高固含量CL-20基炸药油墨的3D微喷打印成型及性能

为了获得微尺度爆轰性能优良且与3D微喷打印工艺兼容的悬浮式炸药油墨配方,以水溶性壳聚糖(CS)和聚乙二醇-4000(PEG-4000)为复合黏结体系,亚微米CL-20为主体炸药,设计和制备了高固含量CL-20基炸药油墨,并通过3D微喷打印平台进行打印成型。采用扫描电镜(SEM)、激光共聚焦显微镜、X射线衍射仪(XRD)对成型样品的形貌结构进行了表征;采用差示扫描量热仪(DSC)、机械感度仪和静电感度仪分别测试了样品的热分解性能、机械感度和静电感度,并对微型打印样品的爆轰性能进行了测试。结果表明,CL-20质量分数为90%时,打印成型样品表面宏观比较平整,但微观平均粗糙度约为14.58μm,内部结构均匀,层间无明显孔隙,成型样品中CL-20的晶型为ε型;与亚微米CL-20相比,油墨成型样品的表观活化能增加了5.94kJ/mol,其撞击、摩擦和静电感度分别下降了1J、80N和0.21J;微型传爆药打印样品的成型密度为1.515g/cm³,爆轰临界尺寸和爆速分别为1mm×0.135mm和7484m/s。     

液滴微流控技术制备窄粒径分布的HNS基PBX复合微球

为获得窄粒径分布的HNS基高聚合物黏结炸药(PBXs)微球,采用液滴微流控技术,分别以2%、3%的氟橡胶(F₂₆₀₄)、硝化棉(NC)和聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为黏结剂对HNS进行包覆,并对微球的形貌、粒径分布、晶体结构、热性能以及撞击感度进行表征和测试。结果表明：黏结剂含量为3%时,均能制得球形度较高、粒径分布窄、单分散性好的微球,平均圆形度分别为0.927,0.915,0.908,D₅₀分别为46.86,58.77,60.12μm(跨度均小于0.4);3种微球晶型未发生改变,撞击感度值分别提高了4.5,4.0,3.5 J,安全性能显著提高。     

TNBA/TNAZ最低共熔物的制备及性能

采用静电喷雾方法制备了2,4,6-三硝基-3-溴苯甲醚(TNBA)与1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)不同质量比的低共熔物。根据低共熔物的差示扫描量热(DSC)曲线绘制了二元温度-组成(T-X)、熔融焓-组成(H-X)相图,从而得到最低共熔物的质量比。采用扫描电镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)、高效液相色谱(HPLC)、X射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、DSC和热重-质谱联用(TG-MS)等方法对最低共熔物形貌、组分含量、元素分布、晶体结构和热分解性质进行了研究,并对最低共熔物的机械感度、热感度和爆轰性能进行了测试和理论计算。结果表明:TNBA/TNAZ最低共熔物的最佳质量比为60.95∶39.05;其微观形貌无尖锐棱角,组分比例与静电喷雾前一致,表面元素分布均匀,晶体结构与原料基本一致;最低共熔温度为350.18 K,相比原料TNBA、TNAZ降低了22.72 K和24.82 K;热分解反应速率常数为0.33 s^-1,活化焓为60.10 kJ·mol^-1,活化能为64.44 kJ·mol^-1,活化吉布斯自由能为135.21 kJ·mol^-1,活化熵为-143.78 J·(mol·K)^-1;最低共熔物的撞击感度(H50)为42 cm,摩擦感度(FS)为20%,5 s爆发点温度为558 K;爆轰性能(氧平衡-34.83%,爆热5101.78 kJ·kg^-1,爆速7598.37 m·s^-1)介于原料TNBA与TNAZ之间,理论爆轰产物主要为N2、C(d)、CO、CO₂及H₂O。     

粒度对HMX热感度及火焰感度的影响研究

采用喷射细化法和滴加法,制备了3种粒度的HMX粉末.采用激光粒度仪和扫描电子显微镜(SEM)对样品进行了表征,对其火焰感度、慢烤热感度及热分解特性进行了测试,并计算了3种HMX样品的热分解动力学参数及热爆炸临界温度.结果表明,随着HMX d_(50)的减小,HMX的火焰感度和慢烤热感度都逐步升高;而HMX的表观活化能和热爆炸临界温度随其d_(50)的增大而逐渐升高.     

喷雾干燥法中溶剂对RDX颗粒形貌和性能的影响

采用喷雾干燥法制备微米级球形黑索今(RDX)。研究了乙酸甲酯、乙腈、丙酮、丁酮4种低沸点溶剂对制备的RDX颗粒形貌和性能的影响。采用扫描电镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)分析了所得RDX颗粒的形貌和热分解特性,并测试了其撞击感度。结果表明:喷雾干燥法制备的RDX粒径为1~5m,其中以丁酮为溶剂喷雾干燥制备的RDX颗粒形貌最好,颗粒形状均为球形,分μ散均匀,颗粒表面光滑并且缺陷较少;与原料RDX相比,喷雾干燥法制备的RDX颗粒的撞击感度均明显降低,特性落高较原料RDX提高了2倍以上;热分析结果表明,喷雾干燥法制备的球形RDX热分解的表观活化能(E)和热爆炸临界温度(Tb)均有所降低,其中以乙酸甲酯为溶剂喷雾干燥制备的RDX的E和Tb分别降低了33.35kJ·mol-1和7.77℃。     

机械球磨法制备纳米HNS及其热分解性能

为细化六硝基茋(HNS),采用高能球磨法制备出了平均粒径为94.8 nm的纳米HNS炸药。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外(IR)、X光电子能谱(XPS)、DSC-IR和5 s爆发点,进行了HNS样品的表征和分析。结果表明,球磨后炸药的微观形貌呈类球形,粒度呈正态分布。机械球磨作用并未改变HNS原有的晶型、分子结构、及表面元素,说明该制备纳米HNS方法十分可靠。纳米HNS热分解的表观活化能较原料HNS高12.4 kJ·mol~(-1),说明纳米HNS分子的活化需要更高的能量。纳米HNS被加热后分解成了大量的CO_2和少量H_2O,而N元素以非极性的N_2分子存在。纳米HNS的5s爆发点(T_(5s))较原料高12.2℃,说明纳米HNS具有更低的热感度。     

CL-20基爆炸网络装药的UV光辅助直写成型及性能

为了提高爆炸网络装药效率和成型效率、改善装药能量性能,以高能叠氮胶3,3-二叠氮甲基氧丁环-四氢呋喃共聚醚(PBT)和紫外光(UV)固化树脂为复合粘结剂、以CL-20为主体炸药,设计了一种UV光辅助固化的CL-20基含能油墨,并采用3D打印平台装置对油墨进行了直写成型。采用流变仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、邵氏硬度仪等对成型复合物的流变性能、微观结构、晶型、硬度进行了表征和测试。结果表明,CL-20含量为82%时,油墨体系稳定性较好,采用UV光辅助固化的油墨固化速率快、成型样品表面平整,硬度为70 HA;撞击感度测试表明,复合物的特性落高比原料提高了20 cm;传爆性能测试表明,成型样品可实现90°拐角传爆,在1.2 mm装药宽度下,其传爆临界尺寸为0.387 mm。     

液滴微流控技术制备亚微米级HNS基PBX复合微球

为了获得形状规则、流散性好和粒径均一的球形化造型粉,采用液滴微流控技术,研究了不同黏结剂对2,2’,4,4’,6,6’-六硝基二苯基乙烯(HNS)复合微球性能的影响。分别选取氟橡胶(F₂₆₀₄)、硝化棉(NC)和聚叠氮缩水甘油醚(GAP)对亚微米HNS进行球形化造粒制备,成功制备出亚微米级HNS/F₂₆₀₄(95/5)、HNS/NC(95/5)和HNS/GAP(95/5)复合微球。通过扫描电镜、X射线衍射仪、比表面积、热分析仪、真密度测试仪和机械感度测试仪等对微球进行测试和表征。结果表明：3种黏结剂均能制得球形度高、单分散性好、粒径分布窄的HNS复合微球,平均圆形度分别为0.934,0.915,0.925,D₅₀分别为45.39,58.68,45.43μm(跨度均小于0.55),热分解峰温分别为354.44,349.53,339.37℃。球形化过程使微球真密度分别增加到1.9408,1.9383,1.9204 g·cm^-3,有效提高了HNS装药性能。微球堆积形成的锥角分别为27°,24.3°,24°...     

GAP/CL-20基混合炸药药浆的流变性

采用粘度测试技术研究了聚叠氮缩水甘油醚(GAP)/六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)基混合炸药药浆的流变特性、挤注工艺温度和固化过程中温度与粘度的关系。用X射线衍射仪测试工艺温度对其混合炸药中CL-20的晶型的影响。结果表明,混合炸药药浆为假塑性流体,80℃为最佳挤注工艺温度,固化后混合炸药中的CL-20仍为ε晶型。根据药浆的化学反应流变特性,在恒温条件下采用双阿伦尼乌斯方程建立的粘度模型为ηt=447.5329exp(25.20883/T)exp[0.02922exp(7.18748/T)t]。在20,40,60,80℃时,该模型的理论预测粘度与实验结果吻和良好。     

PVA/FEVE/CL-20炸药油墨设计、直写成型及其微尺度传爆特性

为考察氟碳树脂（FEVE）在炸药油墨中的应用效果,以聚乙烯醇（PVA）水溶液为水相,FEVE乙酸乙酯溶液为油相,设计了一种新型水包油乳液型黏结体系,并加入亚微米ε-CL-20颗粒,配制CL-20基炸药油墨进行直写技术打印。采用扫描电子显微镜、流变测试仪、X射线衍射仪、撞击和摩擦感度测试仪对打印成型样品进行形貌表征和传爆性能测试。结果表明,PVA/FEVE水包油乳液型黏结剂体系稳定存在时间可达174 h。90%固含量的CL-20的炸药油墨流变性能最佳,具有良好的可打印性。所得直写打印成型样品表面光滑,为多微孔内部结构,CL-20炸药晶型仍为ε型。打印样品的撞击能和摩擦力分别为216 N和4.5 J,相比原料ε-CL-20,撞击感度和摩擦感度分别降低了125%和200%。打印样品的爆速、临界传爆拐角、1 mm线宽临界传爆厚度和方形截面临界传爆尺寸分别为6772 m·s^-1、160°、0.039 mm和0.4 mm×0.4 mm,具有优异的微尺度传爆能力。