高速气流碰撞法制备超细TATB粒子的研究

采用高速气流碰撞法对TATB进行细化,借助SEM技术对超细TATB粒子形貌进行表征。实验得到了平均粒径0.35mm、计算比表面积21m2g-1以上的亚微米超细TATB粒子,粒子外形近球形。     

CF_3SO_3H/H_2O喷射结晶制备纳米TATB

为获得粒度可控、纯度较高的纳米1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB),采用三氟甲磺酸为溶剂,去离子水为非溶剂,通过喷射结晶法制备了纳米TATB。研究了制备工艺及p H对TATB粒度和纯度的影响规律。用场发射扫描电镜(FE-SEM)、BET(Brunauer-Emmett-Teller)比表面积测试、X射线衍射(XRD)、高效液相色谱(HPLC)和差示扫描量热(DSC)等对纳米TATB的形貌、比表面积、晶体结构、纯度和热分解特性进行了表征。结果表明,喷射过程中溶剂-非溶剂的体积比可以影响纳米TATB形貌和粒度,随着溶剂/非溶剂比例的减小,样品的粒径变小,颗粒更均匀;在溶剂与非溶剂的体积比为1∶50的条件下,可以获得粒径为60nm、颗粒均匀、比表面积为31.6 m~2·g~(-1)的纳米TATB。p H值对纳米TATB的纯度影响很关键,用水洗至p H=7,样品纯度可以达到98.1%。     

纳米TATB炸药贮存老化机理

为深入理解纳米三氨基三硝基苯(TATB)炸药在不同贮存环境下的稳定性,设计了90℃,不同湿度(10%RH、50%RH和90%RH)以及低气压(200 Pa)等多种贮存环境条件,借助中子小角散射(SANS)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(IR)等表征技术,对不同温度、温湿度及低气压环境纳米TATB微结构演化规律进行了研究。实验结果表明,纳米TATB经45℃、60℃和71℃热老化后,其比表面积均明显下降,且老化温度越高下降趋势越显著并出现部分晶体颗粒长大;湿热极端环境(90℃,90%RH)则显著影响纳米TATB晶粒贮存稳定性,经短期(5天)贮存纳米TATB即出现显著的颗粒长大现象,尺寸约1~3μm;纳米TATB经90℃低气压(200 Pa)环境贮存也出现晶粒长大并呈微米级片状结构;基于不同贮存环境条件的试验结果,分析了纳米TATB长大熟化机制,即纳米TATB表面能较高,在温度和湿度作用下部分TATB分子克服能垒,迁移、扩散并在晶粒表面重排长大。     

不同粒度TATB的热分解动力学研究

通过对不同颗粒度三氨基三硝基苯（TATB）在不同升温速率下的DTA表现，初步表征了TATB粒度变化对热分解速率的影响趋势。研究表明，极细颗粒TATB的热分解速率似乎有它与高压冲击起爆感度相似的特征。     

龙骨状纳米结构TATB的构筑与热分解动力学研究

基于纳米结构对材料性能的调控,采用溶剂/非溶剂法来构筑三氨基三硝基苯(TATB)的纳米结构。通过强的非溶剂效应和温度效应,制备得到龙骨状纳米结构TATB。采用场发射扫描电镜(FE-SEM)与透射电镜(TEM)观察样品的微观形貌,X射线衍射分析(XRD)和激光粒度分析仪测试样品的晶相和粒径分布。结果表明,所得样品整体呈龙骨状结晶,晶型较原料TATB未发生改变,粒径分布为70～400 nm。不同升温速率下的热分析结果表明,龙骨状TATB的热分解峰温较原料TATB提前1.54～2.91℃,表观活化能(E_a)提高0.29 kJ·mol~(-1),对热刺激的敏感性降低;通过微分法计算得出龙骨状TATB的热分解机理为随机核化,每一粒子有一个核,而原料则为三维扩散,其动力学方程为球形对称的Jander方程。     

纳米TATB的绿色制备法

采用二甲基亚砜(DMSO)和绿色环保溶剂1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐,按质量比为70∶30混合作为溶剂,去离子水作为非溶剂,制备了纳米级TATB。采用扫描电镜、激光粒度分析仪和X射线衍射仪(XRD)对TATB的形貌、粒度和晶体结构进行了表征,并测试了样品的热分解性能和机械感度。结果表明:细化后的TATB粒度分布范围为51.9~65.5nm,平均粒径为58.4nm,晶型结构与原料相比没有改变;细化后TATB的活化能降低,说明细化后的TATB热稳定性降低;细化后的TATB撞击感度较原料有所提高,而原料TATB和细化TATB的摩擦感度都很低。     

中子衍射法测量TATB基PBX单轴压缩的内应力研究

1,3,5-三氨基-2,4,6三硝基苯(TATB)基高聚物粘结炸药(PBX)的内应力是造成其贮存开裂和低应力破坏的重要原因。为了验证用中子衍射分析TATB基PBX内部应力的可行性,在中子残余应力谱仪(RSND)上水平安装2 kN双丝杆拉伸台,用原位中子应力测量技术测量了不同负荷状态下的内部应力的变化。结果表明,TATB晶体的(002)晶面(29°衍射角)和(412)晶面(75°衍射角)可作为中子应力观测晶面。中子衍射测量晶格间距的变化(点阵应变)与对其施加的应力呈近似线性增加的关系,随着应力的增加,点阵应变随之增加。在较为复杂的原位压缩加载/卸载过程中,晶格应变结果与复杂的应力变化过程基本保持一致。中子衍射信号强度随路径指数衰减,中子衍射深度6 mm。     

TATB造型粉颗粒单轴压缩力学性能

为掌握三氨基三硝基苯（TATB）造型粉颗粒力学性能,设计了一种适用于X射线微层析成像系统的原位微米力学加载装置,利用X射线微层析成像技术对颗粒细观结构特征进行了无损表征,采用Hertz法向接触模型对单个造型粉颗粒力-位移关系进行了研究,获得了单个TATB造型粉颗粒的杨氏模量、屈服点、接触刚度、破坏荷载等力学参数与颗粒外形、孔隙形态、孔隙分布等结构特征。结果表明,单个TATB造型粉颗粒准静态法向压缩过程表现出弹性变形、弹-塑性变形与破坏崩塌三个阶段,颗粒内部尺寸小且空间结构分散的孔隙在颗粒变形过程中基本不发生变化,颗粒内部尺寸大且平行于加载方向的片状孔隙显著降低颗粒破坏强度,颗粒内部结构的差异对其压缩力学性能影响较大。     

粘结剂含量对热压TATB基PBX残余应力的影响

为了掌握粘结剂含量对高聚物粘结炸药(PBX)残余应力和宏观力学性能的影响规律,采用基于VKα靶的X射线衍射方法测试了F2314粘结剂含量为0~11%热压成型的TATB基PBX残余应力,采用巴西试验方法测试其宏观力学性能,并采用了TATB晶体-粘结剂包裹结构简化模型进行温度单一因素条件的残余应力数值模拟验证。实验结果表明:不含粘结剂的PBX,其残余应力为拉应力;随着PBX中粘结剂含量增加,残余应力逐渐减小,当粘结剂含量超过5%,其拉伸残余应力递减趋势增强;当粘结剂含量由7%增加到9%时,残余应力由拉应力转变为压应力;PBX力学强度随粘结剂含量增加而增强。残余应力模拟结果与实验结果具有相同变化趋势。     

TATB近太赫兹波段的吸收特性及其密度泛函理论计算

利用太赫兹时域光谱技术对三氨基三硝基苯(TATB)在0.2～2.5 THz频谱范围内的吸收光谱峰值进行了测量。采用密度泛函理论模拟计算了TATB的太赫兹频率特征吸收峰,结果表明,实测值TATB吸收光谱峰值位于1.65,2.22 THz处,计算值分别位于1.2,1.65 THz处。理论结果与实验结果对比发现,TATB在此波段有明显的特征吸收峰,并且理论与实验在某些特征吸收峰一致性好。     

超声波在超细炸药制备中的应用

介绍了超声技术在超细炸药制备中的应用。超声振荡对炸药破碎、微细颗粒的分散、破聚及调节微粉孔隙度有很好的效果；超声辐射可抑制晶体长大，制备细颗粒TATB。     

亚微米TATB的制备、表征与性能测试

采用溶剂-非溶剂重结晶细化技术制备了平均粒径为520.9nm的亚微米级TATB,与扫描电镜照片进行了对比.对超细TATB的性能进行了测试,以零间隙小隔板试验和爆发点试验为基础,研究了超细TATB的能量输出和热感度.结果表明,与原料TATB相比,亚微米TATB的爆发点降低了3.22%,钢凹值提高了8.51%,并对其原因进行了理论分析.     

TATB基高聚物粘结炸药低温老化后的结构和热性能研究

将TATB基高聚物粘结炸药在0，－10，－20，－30，－40℃的条件下贮存120天，利用红外光谱测定其分子结构的特征，并 利用真空安定性试验、热失重以及差热分析测定低温贮存前后的热稳定性，结果表明：TATB基高聚物粘结炸药经低温贮存后分子结构没有发生改变，热稳定性较好，说明低温贮存对TATB基高聚物粘结炸药影响不大。     

CL-20/TATB粘结炸药制备及其表征

使用钝感炸药三氨基三硝基苯(TATB)对高能炸药六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)进行包覆和降感处理,制备过程中以1%的Estane作为粘结剂,5%的TATB作为钝感剂,采用水悬浮法制备了CL-20基PBX,并对其进行SEM、XRD、DSC以及撞击感度性能测试。结果表明:TATB可以有效地包覆在CL-20表面,在包覆过程中CL-20晶型未发生改变;与未添加TATB的CL-20/Estane粘结炸药相比,热爆炸临界温度提升了0.08℃,活化能提高了7.09k J·mol-1,并且其撞击感度明显降低,特征落高(H50)由30.64cm提升至44.57cm,提升了45.5%。     

用Polymorph Predictor方法模拟TATB的晶体结构

采用PolymorphPredictor方法对TATB的晶体结构进行模拟的结果是:P-1,a=9.01 ,b=9.01 ,c=6.01 ,α=90.01°,β=90.01°,γ=120.00°,ρ=2.03g·cm-3,并得到XRD谱图(2θ=11.5、29.5处有强峰),结果与实验值比较接近。     

TATB纯度的反相高效液相色谱分析方法及应用

建立了一种反相高效液相色谱法测定TATB纯度的定量分析方法,采用Zorbax^R phenyl色谱柱（250mm×4．6mm、5μm）,乙腈／水60／40（v／v）为流动相,流速1．0mL／min,在354nm检测波长下进行检测;研究结果表明：TATB纯度分析结果的扩展不确定度为0．5％（k=2）,线性相关系数为1．0000,该方法具有快速、简便、准确、重复性好等特点。     

TATB/CL-20复合装药结构的3D打印成型技术

为了提高装药的能量和安全性,设计了3种新型复合装药结构,分别为轴向多层结构、径向多层结构和轴向/径向复合结构。采用具有高能量密度的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和高安全性的三氨基三硝基苯(TATB),以缩水叠氮甘油聚醚(GAP)和多异氰酸酯(N-100)为黏结剂体系构成CL-20/GAP/N-100和TATB/GAP/N-100两种炸药体系配方,并通过3D打印技术将TATB和CL-20两种炸药体系构筑成3种不同的新型复合装药结构。研究了含能体系的黏结剂含量和3D打印工艺参数(打印速率以及打印针头口径)对装药微观结构的影响,确定了合适的打印成型工艺,当黏结剂含量为20%时,采用3 mm·s~(-1)的打印速度和口径为0.25 mm的针头进行打印能得到结构稳定的装药。采用GJB772A-1997方法 601.2测试了3种复合装药结构的撞击感度,结果表明,轴向/径向复合多层装药结构(CL-20质量占比90%)的特性落高达到72.00 cm,比同质量的CL-20装药提高了3.14倍。     

模压TATB基PBX炸药件晶体取向对膨胀特性的影响

炸药件的膨胀特性对其使用性能有重要影响,研究TATB基PBX炸药件晶体取向与膨胀特性的关系,可为控制TATB晶体的形稳性提供基础支撑。采用线膨胀仪测定了颗粒状、片状及原材料TATB晶体所压制药柱沿不同方向的膨胀特性,采用X射线衍射仪和Rietveld全谱拟合精修的方法测定了TATB基PBX炸药件的晶体取向(F),并研究了TATB晶体取向对膨胀特性的影响。结果表明:TATB基PBX药柱存在各向异性膨胀,轴向的膨胀程度约为径向的2倍,膨胀系数(αCTE)与药柱中晶体的取向满足关系αCTE=(7.08+10.37×F)×10-5K-1,药柱的线膨胀系数随晶体取向增大而增大,而不同形貌的TATB晶体所压药柱的取向不同。因此,通过改变晶体形貌可以控制晶体取向,进而抑制药柱膨胀的各向异性,改善TATB炸药的形稳性。