钝感高能炸药撞击感度测试方法的探讨

本文报道了用于测试钝感高能炸药（ＩＨＥ）撞击感度的撞击装置及ＩＨＥ等炸药的５０％爆炸特性落高的试验结果。结果表明，该撞击装置不仅可以比较合理地区分出很多用标准撞击装置无法分开的钝感高能炸药的撞击感度次序，也可以测出许多敏感炸药的撞击感度。     

应用神经网络预测炸药撞击感度

运用密度泛函理论,在DFT-B3LYP/6-31G*的水平上对36种CHON炸药分子进行了分子优化和频率振动分析,得到了各个炸药分子量化结构参数.然后结合炸药分子的拓扑结构参数分析,最终确定电子能、最低空轨道能量、氧平衡指数、氧原子数目、芳香性(0/1)、α-CH (0/1)、活性指数七个参数与撞击感度具有较好相关性.以这七个参数作为神经网络的输入参数,构建网络模型,得到预测集的均方根误差RMS=17.84 cm,优于分别由氧平衡指数和活性指数确定的两种传统模型,它们的均方根误差分别为42.71 cm和36.47 cm.     

单体炸药撞击感度的理论判别——从热力学判据到动力学判据

评介了系列爆炸物撞击感度相对大小的量子化学理论判据；包括“最小键级原理（PS-BO）“和“最易跃迁原理（PET）“--热力学判据；重点介绍“热解引发反应活化能“动力学判据。比较了它们的优劣和适用性。     

高能炸药摩擦感度理论初步研究

根据炸药的热反应扩散方程,通过理论分析和数值模拟的方法对高能炸药的摩擦感度进行了研究。理论模型中考虑了由于炸药与金属摩擦作用导致炸药的熔化,以及炸药温度变化引起炸药与金属之间摩擦阻力的变化。通过数值模拟考察了不同的摩擦系数对炸药与钢摩擦引起的点火的影响,得到了HMX在400MPa的压力作用下以3.8m·s-1的相对速度与钢摩擦时界面温度的变化。当摩擦界面温度达到750K时,炸药发生点火。确定了HMX的点火时间为0.43ms,金属与炸药的滑移的距离为1.6mm,与HMX的摩擦感度实验结果基本符合。     

RDX晶体特性对冲击感度的影响规律

采用标准隔板和落锤撞击试验方法分别研究了RDX的晶体内部空隙(用晶体表观密度表征)、颗粒度和形貌对包括冲击波感度和撞击感度在内的冲击感度的影响规律。冲击波感度测试采用隔板试验,药柱配方为RDX/食用油(质量比为76/24),药柱采用液体填充方式制备。隔板试验研究表明:随着RDX晶体表观密度在1.7961~1.7983 g.cm-3范围内增加,炸药配方的冲击波感度降低,隔板厚度从14 mm降到12.2 mm,晶体表观密度与隔板厚度基本成线性关系;当晶体表观密度为1.7976 g.cm-3时,在50~600μm粒度范围内,随着颗粒度的增加,RD X炸药配方的冲击波感度降低,隔板厚度从13.5 mm降到12.3 mm;当晶体表观密度和颗粒度相近时,晶体颗粒的外观形貌对炸药冲击波感度影响不大。落锤撞击试验表明:RD X颗粒度对撞击感度影响较大,当平均颗粒直径在16.7~337.9μm范围时,随着粒径的增加,特性落高从75 cm降到35.8 cm,颗粒越大撞击感度越高;当颗粒度相近时,在1.7961~1.7983 g.cm-3范围内,RDX晶体表观密度对撞击感度几乎无影响。     

相变与微裂纹对HMX晶体高温下撞击感度的影响机制

为了研究高温下炸药撞击安全性中存在的多因素耦合问题,设计了高温炸药撞击感度试验装置,并建立了高温炸药撞击感度试验方法。结合扫描电镜和X射线衍射技术,采用所建立的试验方法,研究了奥克托今(HMX)晶体颗粒高温撞击过程下的响应。结果表明,随着温度升高,HMX晶体颗粒的落锤撞击感度逐渐升高。同时,HMX晶体品质随着温度升高逐渐变差,140℃时有少部分晶体碎裂,180℃时较多的晶体碎裂,当达到200℃时,HMX晶体全部碎裂;HMX的β→δ相变发生在184～186℃。降至常温后δ相晶体逐渐恢复为β相,撞击过程有助于β相的恢复。影响热加载前后HMX晶体颗粒撞击感度的主导因素包括温升、微裂纹和相变,不同影响因素起作用的温度段是不同的。     

工业雷管撞击感度试验装置研究

设计了一种测试工业雷管撞击感度的试验装置,并利用设计的试验装置测试了国内部分雷管样品的撞击感度。试验证明:设计的试验装置安全、可靠,操作方便,能够满足工业雷管撞击感度测试技术条件要求。     

PBX浇注炸药撞击感度的影响因素研究

利用爆炸概率法对不同配方PBX浇注炸药的撞击感度进行了研究,通过SEM对样品撞击前后的形貌进行了微观分析。结果表明:PBX浇注炸药配方中的Al粉含量、粘合剂的选择以及原材料包覆处理等是影响PBX浇注炸药撞击感度的主要因素。从理论上分析了PBX浇注炸药的起爆机理及主要影响因素,认为通过优化PBX的配方设计和制备工艺,可以有效降低PBX炸药的机械撞击感度。     

环氧树脂和石墨对高氯酸钾类烟火药撞击感度的影响

为了揭示高氯酸钾类烟火药的安全性,制备了本工作称为样品1#～7#的7种50/50/m/n-KClO4/Al/环氧树脂/石墨混合物体系(m=n=0;m=3,n=0;m=5,n=0;m=5,n=1;m=5,n=2;m=5,n=3;m=5,n=4)。用GJB772A-1997-601.1,热重-差热分析(TG-DTA)和扫描电子显微镜(SEM)研究了环氧树脂和石墨对高氯酸钾类烟火药撞击感度的影响。结果表明:样品1#～7#的撞击感度爆炸百分数分别为0,60,76,40,12,2和0。与样品1#比较,样品1#中加入环氧树脂使样品2#和3#的撞击感度爆炸百分数升高,且随样品1#中环氧树脂含量的增加,撞击感度爆炸百分数升高。与样品3#比较,样品3#中加入石墨使样品4#～7#的撞击感度爆炸百分数降低,且随样品3#中石墨含量的增加,撞击感度爆炸百分数以4#>5#>6#>7#次序降低。探讨了环氧树脂对KClO4/Al二元体系起增感作用和石墨起减感作用的原因。     

三种典型炸药晶体微塑性与撞击感度的相关性

为了研究单质炸药晶体微观性能对混合炸药宏观力学行为和撞击感度的影响,研究了梯恩梯（TNT）、黑索今（RDX）与奥克托今（HMX）三种常用炸药晶体的微塑性表征方法,并将炸药晶体的微塑性与单质炸药撞击感度进行了相关性分析。采用纳米压痕技术对三种常用炸药晶体进行了微弹性与微塑性的测试与计算,提出了以塑性能量与压痕总能量之比（η_P）量化炸药晶体微塑性的计算方法。结果表明：与压入深度计算的微塑性（δ_h）相比,本研究获得的炸药晶体微塑性η_P与粉末态单质炸药的撞击感度（P）达到95.8%的线性相关。本研究提出的炸药晶体微塑性量化方法将炸药晶体微塑性与其撞击感度建立起高度线性关系,为评价炸药安全等级提供了一种微观表征方法。     

多组分高能复合体系的感度判据、热膨胀和力学性能的MD研究

为研究固体推进剂的感度、热膨胀和力学性能,设计了不同配比、不同温度下的多组分高能模型体系进行分子动力学(MD)模拟。用其中易爆燃组分引发键的最大键长(Lmax)判别安全性,结果表明,在4种不同配比的五组分混合体系中,当质量比(PEG/NG/BTTN)∶AP∶HMX=2.5∶3.5∶2.3时,各引发键(O—N和N—N)的最大键长均为最大,预示该体系的安全性相对较差;(PEG/NG/BTTN)/AP/HMX/Al六组分混合体系中各Lmax值均随温度升高而单调递增,与感度随温度升高的实验事实一致。表明对复杂多组分体系热和撞击感度的相对大小,亦可用Lmax判别。基于六组分体系的MD模拟结果,预估了该体系在不同温度下的热膨胀系数,并用静态力学分析求得其弹性力学性能,该体系的柯西压为正值,其延展性较好。     

遗传-神经网络方法在炸药撞击感度预测中的应用研究

采用炸药的氧平衡为影响因素,以炸药的芳香性、α-CH键等因素为控制符建立炸药撞击感度的人工神经网络预测模型。采用遗传算法进行人工神经网络模型的权值、阈值优化,得到更优化的人工神经网络模型,实现了炸药爆炸性能的预测。预测结果表明:预测值与文献值误差较小,说明可以采用人工神经网络模型进行炸药撞击感度的预测,采用遗传算法优化后的遗传-神经网络模型预测误差更小,效果更佳。     

超细高氯酸铵(AP)微观结构对机械感度的影响

采用机械研磨法细化高氯酸铵(AP),采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、撞击和摩擦感度试验方法研究不同状态AP粒子的微观结构和机械感度.结果表明:超细AP样品的机械感度受到多种微纳结构因素的共同影响,多种因素差异使超细AP样品的撞击感度和摩擦感度表现出与某单个因素间不存在必然联系,各因素对撞击感度和摩擦感度的影响程度不同也使各超细AP样品的撞击感度和摩擦感度表现出不一致的顺序;并用热点理论分析了超细AP微观结构对机械感度的影响.     

两种塑料粘结炸药的Steven试验及撞击感度研究

采用2kg钢质弹丸对PBX2、PBX1炸药进行了Steven试验,试验中采用锰铜压力计测试了样品中的压力变化过程,通过高速录像照片估算了点火反应的延迟时间,通过冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压。结果表明PBX1炸药和PBX2炸药的点火反应阈值速度分别约为35.0～35.5m·s-1、40～46m·s-1,在同样撞击速度下PBX1炸药的点火延迟时间明显小于PBX2炸药,这表明PBX2炸药较PBX1炸药钝感。     

高氯酸碳酰肼盐与硝酸碳酰肼盐系列化合物的晶格能与感度性能关系(英)

为了研究晶格能与感度之间的关系,采用微热量计测定了[M(CHZ)3](NO3)2和[M(CHZ)3](ClO4)2 (M=Mn, Zn, Ni)在去离子水中的溶解焓并计算出它们的标准摩尔溶解焓,根据卡普廷斯基经验公式计算了它们的晶格能,得出配阳离子半径[M(CHZ)3]2+ (M=Mn, Zn, Ni)分别为2.12(A), 1.89(A)和2.70(A);讨论了晶格能与机械感度之间的关系: 相同外阴离子系列中配合物的晶格能越大,感度越小,并且高氯酸碳酰肼盐要比相应的硝酸碳酰肼盐的晶格能低,感度最高的为[Ni(CHZ)3](ClO4)2,最钝感的为[Zn(CHZ)3](NO3)2.     

低熔点钝感高能炸药(IHE)的发展探讨

<正>熔铸炸药是常规弹药装药最为便利和经济的装药方式,以TNT为熔融介质的熔铸炸药至今仍是常用的装药,其中以B炸药最为典型。为改进TNT类熔铸炸药,国内外主要从四个方面开展了工作:1.控制TNT熔铸后的结晶。将TNT与六硝基茋(HNS)形成(TNT)2·HNS络合物作为成核剂和晶体改良剂。添加0.5%的HNS可改善粗晶体柱状增长形成裂缝的物理缺陷,得到的结晶     

纳米碳酸锶/高氯酸铵复合粒子的制备及其撞击感度和热分解性能研究

利用超声辅助共沉淀法制备纳米碳酸锶（SrCO₃）,通过溶剂-非溶剂法制备纳米碳酸锶/高氯酸铵（SrCO₃/AP）复合粒子。采用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线粉末衍射仪(XRD)分别对纳米SrCO₃的形貌、粒径、晶型和纳米SrCO₃/AP复合粒子的复合效果进行表征。对纯AP和纳米SrCO₃含量分别为2%、4%、6%的SrCO₃/AP复合粒子进行撞击感度测试;采用差示扫描量热仪分别对纯AP、纳米SrCO₃/AP复合粒子和相同比例的纳米SrCO₃与AP的简单混合物进行热分析。通过马弗炉将纳米SrCO₃/AP复合粒子分别在350 ℃和500 ℃下煅烧1 h,对煅烧后的产物作XRD表征,研究纳米SrCO₃的作用机理。结果表明：采用超声辅助共沉淀法制备出的纳米SrCO₃为类球形,粒径在60 nm左右,晶型为斜方晶系;制备出的纳米SrCO₃/AP复合粒子中,微米级的AP表面均匀分布着纳米SrCO₃,纳米SrCO₃的加入会使AP的撞击感度增加;通过两种不同方式添加的纳米SrCO₃均能升高AP的高温分解峰温度,对AP的低温分解没有影响;与纳米SrCO₃和AP的简单混合物相比,纳米SrCO₃/AP复合粒子中AP的高温分解峰值温度升高6.02 ℃,将纳米SrCO₃与AP进行复合后可以提高纳米SrCO₃对AP高温分解的负催化作用。     

含能材料感度判别理论研究——从分子、晶体到复合材料

近30多年来,通过量子化学计算和分子动力学模拟,国内外已提出过许多关于含能材料撞击感度的微观理论判据。本文主要介绍我们研究小组从高能分子、高能晶体到高能复合材料的热解机理和感度判别的相关工作,其中关于高能晶体和复合材料的感度判别的一些结果和判据是首次报道。     

均三硝基苯类化合物撞击感度与电性拓扑指数的QSPR研究

采用电性拓扑态(electrotopological state,E-state)指数模拟分析了20种均三硝基苯类化合物的撞击感度,构建了4变量的定量结构-性质相关(QSPR)模型,其相关系数和标准偏差分别为0.929和0.079,具有较高的可靠性和相关度.模型分析表明: 影响均三硝基苯类化合物撞击感度的主要因素为4个ETSI描述符对应的子结构,即saCa, N==,-CH2-和-O-.说明原子的电性状态对撞击感度有重要影响.     

不同温度下PETN晶体感度判别和力学性能预测的MD研究

为从理论上寻求典型硝酸酯炸药太安（ PETN）晶体的感度判据和力学性能,在NPT系综下,用COMPASS力场对PETN （4×3×4）超晶胞和沿其（100）晶面切割的两种模型,实施了5个温度（195,245,295,345,395 K）的周期性分子动力学（MD）模拟。结果表明,随温度升高,它们的引发键O-NO2的最大键长（ Lmax ）递增,引发键连双原子作用能（ EO-N ）和内聚能密度（CED）递减,与感度随温度升高而增大的实验事实相一致。 Lmax、EO-N和CED在一定条件下,确可用作高能物质热和撞击感度相对大小的理论判据。随温度升高,弹性系数与弹性模量递减,刚性减小,柔性递增,符合实验事实,表明,以切割分面模型进行MD模拟能获得较符合实际的确定结果。