量气法研究三种黏合剂与CL-20混合体系的热行为

用NBK型"拉瓦"量气测试系统研究了较高温度(160～200℃)下六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)与硝化棉和硝化甘油双基吸收药(NC+NG)、环氧乙烷与四氢呋喃共聚醚(PET)、3,3-双叠氮甲基氧杂环丁烷与四氢呋喃共聚物(PBT)三种黏合剂的全分解过程,从放气规律和动力学的变化阐述了CL-20及其与三种黏合剂混合体系的热行为。结果表明:CL-20及其与(NC+NG)、PET、PBT三种黏合剂混合体系的热分解表观活化能分别为176.68,176.31,136.12,127.0kJ.mol-1。(NC+NG)黏合剂对CL-20的分解反应速度以及活化能几乎没有影响;CL-20初期分解的气体产物与PET和PBT两种黏合剂发生"非均相的气相/凝聚相反应",使得混合体系的分解表观活化能降低,分解速度显著加快。同时,(NC+NG)、PET和PBT没有改变CL-20分解的机理函数。     

NC/NG与ADN的相互作用

用高压差示扫描量热法(PDSC),热重-微商热重法(TG-DTG),研究了双基粘合剂(NC/NG体系)与二硝酰胺铵(ADN)之间的相互作用.结果表明,(NC/NG)/ADN体系中NG的分解峰由NC/NG中的207.0 ℃提前至159.8 ℃,在高压下该分解峰温提前至153.6 ℃.NC/ADN的分解峰温比NG/ADN提前了4.8 ℃,而且大部分的ADN没有被NG加速而提前分解,表明NC对ADN的作用比NG更强烈.此外,还用真空安定性试验(VST)评价了NC/NG与ADN的相容性,混合体系的净增放气量大于11 mL,属于严重不相容,证明在90 ℃下NC/NG与ADN之间也存在强烈的相互作用.     

PBT与高能氧化剂的相互作用的热分析法研究

用高压差示扫描量热法(PDSC)和热重-微商热重法(TG-DTG),研究了PBT与CL-20、DNTF、TNAZ、ADN之间的相互作用.结果表明,CL-20受到PBT的促进而提前分解,PBT/CL-20中CL-20的分解峰温比CL-20单组分提前了33.7℃,一部分PBT因受到CL-20和(或)其分解产物的作用也提前分解.PBT大分子对DNTF和TNAZ的气化起到抑制作用,并使其分解放热反应大幅提前近100℃,同时,DNTF和TNAZ气相产物对PBT的分解也有促进作用.除了PBT对ADN产物AN的升华过程有抑制外,PBT和ADN及其凝聚相产物之间的相互作用较小,但ADN的气相产物对PBT和ADN都有一定的影响.     

原位傅立叶变换红外光谱研究含CL-20的NEPE推进剂的热分解Ⅱ

采用温度阶跃(T-Jump)和快速扫描傅立叶变换红外联用技术(T-Jump/FT-IR)研究了含CL-20的NEPE推进剂热分解生成的气体产物,从微观上研究推进剂的热分解.实验获得了各推进剂气体裂解产物及其红外特征吸收峰强度随温度(时间)的变化曲线,选用红外特征吸收峰较强的NO2比较了推进剂各组分间的相互作用.结果表明:CL-20和AP的加入促进NG的裂解,AP使CL-20加速分解,Al粉减弱了AP与CL-20、NG之间的相互作用,催化剂的加入改变了裂解机理.     

量气法研究ADN与(NC+NG)的相互作用

用 NBK型"拉瓦"量气测试系统研究了较高温度下二硝酰胺铵(ADN)与双基吸收药(NC NG)体系的相互作用,从动力学角度阐述了二者的相互作用.结果表明: ADN与(NC NG)混合物加热分解的最终放气量在标准状态下为626.8 mL·g-1,与ADN和(NC NG)最大放气量之和相比并没有增加,但分解速度显著提高,活化能显著降低至82.58 kJ·mol-1,ADN与(NC NG)之间存在强烈的相互作用.     

含DNTN的CMDB推进剂的能量特性的计算及其组分的相容性

根据最小自由能法,采用NASA-CEA软件,计算了含2,3-二羟甲基-2,3-二硝基~(-1),4-丁二醇四硝酸酯(DNTN)的复合改性双基(CMDB)推进剂能量特性。采用差示扫描量热法研究了DNTN和CMDB推进剂组分的相互作用。结果表明,DNTN替代硝化棉(NC)+硝化甘油(NG)/黑索今(RDX)/Al推进剂配方中的RDX,使体系的理论比冲最大,达2666.5 N·s·kg~(-1),特征速度逐渐增大,氧系数逐渐提高。DNTN全部替代NC+NG/高氯酸铵(AP)/Al推进剂配方中的AP,使理论比冲最大,达2669.1 N·s·kg~(-1),燃气平均分子量降低,燃温升高,表明CMDB推进剂体系中的DNTN有良好的应用潜力。DNTN与NC/NG、RDX、奥克托金(HMX)、六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)、吉纳(DINA)和炭黑(C.B)之间没有明显的相互作用,与邻苯二甲酸铅(φ-Pb)和1,3-二甲基~(-1),3-二苯基脲(C2)之间相互作用明显。     

CL-20基无烟NEPE推进剂的热行为

利用热重(TG-DTG)和高压差示扫描量热(PDSC)研究了含与不含CL-20的无烟NEPE推进剂的热行为。结果表明,推进剂常压和高压下受热分解均有两个阶段,CL-20高压下主要在第一放热分解阶段分解,温度范围约为180~210℃。推进剂的总表观分解热随CL-20的含量和压强的增加而明显增大。     

3，4-双（4′-氨基呋咱基-3′）氧化呋咱与其他含能材料的热分解特性研究

采用DSC和PDSC方法研究了3,4-双（4L氨基呋咱基-3′）氧化呋咱（BAFF）与其他含能材料（NC、NC／NG、RDX、HMX和DNTF）热分解反应之间的相互作用;结果表明,在NC／BAFF和NC／NG／BAFF混合体系中,BAFF的固-液相转变可使NC、NC／NG的分解温度向低温移动,且NC和NC／NG的热分解产物能促进BAFF的热分解反应;RDX与BAFF可形成低共熔物,且RDX的热分解产物能促进BAFF的热分解反应;在HMX／BAFF混合体系中,BAFF的热分解产物可以促进HMX的热分解反应;在DNTF／BAFF混合体系中,DNTF的固-液相转变使BAFF的分解温度降低,且彼此的热分解反应之间有较强的相互促进作用。     

亚微米级球形间苯三酚铁的制备及对六硝基六氮杂异伍兹烷热分解的影响

采用连续喷雾干燥的方法,制备亚微米级的球形间苯三酚铁催化剂。用热重-差示扫描量热分析、扫描电镜和傅里叶转换红外线光谱仪对间苯三酚铁催化剂的形貌、粒度和组分进行表征。运用差示扫描量热测试方法,研究间苯三酚铁对六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）的热分解过程及动力学参数的影响。研究结果表明：间苯三酚铁样品均呈球状颗粒,且流散性非常好,粒度大多分布在500~1 000 nm之间;能明显地促进CL-20的热分解性能,使得CL-20的第一分解峰温最大可提前15.1 ℃;CL-20/间苯三酚铁的活化能较单一的CL-20提高了81.4 kJ/mol.     

微流控组装nAl@PVDF@CL-20复合含能微颗粒的制备与表征

含六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）和铝粉的炸药及推进剂表现出优良的能量性能，Al/CL-20基含能材料已成为研究的热点。以聚偏二氟乙烯（PVDF）作为黏结剂，以纳米铝粉和六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）为原料，采用微流控技术制备了nAl@PVDF和nAl@PVDF@CL-20复合微颗粒。采用扫描电子显微镜（SEM）和激光粒度分析仪对两种复合微颗粒进行形貌和粒径分析，并用扫描电镜观察复合微颗粒的剖面表征其内部结构，采用傅里叶红外光谱仪（FTIR）进行结构分析，采用热重-差示扫描量热仪（TG-DSC）进行热分析。结果表明，制备的两种复合微颗粒球形度高，分散性好，粒度分布均匀，粒径为10~20 μm；复合微颗粒内部各组分分布均匀，各组分之间是物理复合，不存在化学键。热分析结果表明，nAl@PVDF和nAl@PVDF@CL-20复合微颗粒中PVDF和nAl表面的氧化层之间均发生了预点火反应，预点火反应放出的热量能够促进PVDF的分解；与nAl和PVDF复合能够促进CL-20的分解反应；与机械混合的nAl/PVDF/CL-20材料相比，微流控技术制备的nAl@PVDF@CL-20复合微颗粒各组分分布更加均匀。     

喷雾干燥法制备亚微米鞣酸铁/硝胺炸药复合微球及其催化性能

为了研究鞣酸铁催化剂对固体推进剂中常见组分热分解性能的影响,采用超声喷雾干燥法制得三种亚微米复合微球(鞣酸铁(Ta-Fe)/六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、鞣酸铁/黑索今(RDX)、鞣酸铁/奥克托今(HMX))。利用扫描电镜(SEM)和粒度分析等方法分别对复合微球的形貌、粒度和组分进行表征。采用差示扫描量热法(DSC)研究复合微球中鞣酸铁对CL-20、RDX、HMX热分解的催化过程及动力学参数的影响。结果表明,鞣酸铁分布均匀,样品均呈球状颗粒,且流散性好,粒度为500~1000 nm;鞣酸铁能有效促进CL-20、RDX、HMX的热分解,使得CL-20、RDX、HMX的热分解峰温分别提前了17.2,8.2,11.5℃,其中鞣酸铁对CL-20的热分解催化效果最佳,Ta-Fe/CL-20复合微球的活化能与原料CL-20相比降低了9.6 kJ·mol……-1。     

亚微米六硝基六氮杂异伍兹烷的制备及其性能研究

采用HLG-50型粉碎机,成功制备了亚微米六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）。运用激光粒度仪和扫描电子显微镜(SEM)对产品的粒度分布、颗粒大小及形貌进行了表征;采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、激光拉曼光谱(Raman)、X射线粉末衍射(XRD)仪及高效液相色谱(HPLC)仪分析了产品的晶型和纯度;使用热重(TG)和差示扫描量热(DSC)法分析其热分解特性,同时表征了产品的冲击波感度。研究结果表明：亚微米CL-20颗粒呈类球形,其平均粒径d₅₀为210 nm, 并保持着原料的ε晶型且纯度高;与原料相比,亚微米CL-20的热分解峰温度稍有提前,其冲击波感度下降了53.1%,降感效果明显,有利于CL-20的应用。     

喷雾和超声辅助制备超细球形化ε-CL-20

采用喷雾和超声辅助重结晶装置制备了超细球形化六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)颗粒。用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)测试表征了样品的形貌、粒径、晶型。用差示扫描量热法(DSC)分析了其热安定性,采用Kissinger公式和Zhang-Hu-Xie-Li热爆炸临界温度计算式,计算了热分解反应的表观活化能和热爆炸临界温度。按GJB772-1997方法测试了其机械感度。结果表明,制备的超细CL-20为粒径400nm左右的球形颗粒,分散性良好,其晶型为ε型。超细CL-20的热安定性较原料有所降低。原料CL-20和超细CL-20的热爆炸临界温度分别为242.85℃和241.64℃,表观活化能分别为156.04kJ·mol~(-1)和165.11kJ·mol~(-1)。与原料CL-20相比,超细CL-20的撞击感度明显降低,特性落高由14.98cm提高到31.95cm,摩擦感度也降低,爆炸概率从100%降低到40%。     

六硝基六氮杂异戊兹烷自催化分解特性与热安全性研究

六硝基六氮杂异戊兹烷（CL-20）是一种十分重要的新型单质炸药,其热分解安全性一直备受关注。利用动态差示扫描量热（DSC）仪进行实验,初步研究了CL-20的热行为;利用中断回归法、瑞士方法研究了CL-20的自催化反应特性,并用等温DSC实验进行了验证;基于CL-20的动态DSC曲线数据,采用Friedman法求得其活化能E_α与ln\[Af(α)\]值随转化率α的变化曲线,并结合热平衡方程计算了其绝热诱导期TMR_ad. 结果表明：CL-20的起始分解温度为233.5~255.7 ℃,其分解反应为自催化反应,热履历显著降低了其起始分解温度和峰温;在反应的不同阶段,CL-20具有不同的活化能,其绝热诱导期8 h和24 h对应的温度T_D8和T_D24分别为162.3 ℃和152.8 ℃.     

CL-20丙酮溶液热分解特性的研究

为了解丙酮对CL-20溶液热分解的影响,采用自行设计的临界爆温测试装置分别测试了固体CL-20以及CL-20丙酮溶液的临界爆炸温度。结果表明:在绝热加热条件下,当增大固体CL-20的质量时,其临界爆炸温度几乎没有变化;丙酮溶剂对CL-20溶液的热分解有一定的抑制作用;在升温速率不变的情况下,增大CL-20丙酮溶液的浓度,其临界爆炸温度先升高后降低,在浓度为6%时,其临界爆炸温度最高;保持CL-20丙酮溶液的浓度不变,在提高升温速率的情况下,其临界爆炸温度逐渐升高。实验结果对研究CL-20在生产、应用过程中的安全性具有重要的意义。     

空气条件下氧化剂对铝/水基燃料燃烧特性的影响

利用多种实验技术研究了在空气气氛中添加剂奥克托今(HMX)和六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)对Al/H2O基燃料燃烧特性的影响。实验发现添加HMX比CL-20更有利于铝粉的燃烧,对燃面温度的提高效果也更为显著,但是,添加CL-20能促进Al/H2O基燃料的热量传递,显著提高燃速。通过分析发现,实验结果与氧化剂CL-20和HMX本身的热分解和燃烧特性紧密相关。     

超细CL-20/HMX共晶的制备、表征及其与推进剂组分的相容性

通过加入微量溶剂,采用超高效混合技术,在70 g的加速度条件下反应30 min制备得到摩尔比为2∶1的超细六硝基六氮杂异伍兹烷与奥克托今(CL-20/HMX)共晶,通过X射线粉末衍射、差示扫描量热法鉴定了CL-20/HMX共晶的形成,并对其形貌、粒度、感度等进行了表征测试。结果表明:制备的超细CL-20/HMX共晶纯度为92.6%,共晶炸药呈规则块状、表面光滑、粒径小于1μm、粒度分布均匀,其X射线衍射图在11.558°,13.264°,18.601°,24.474°,33.785°,36.269°处出现新的较强的衍射峰。超细CL-20/HMX共晶放热分解过程中只有一个放热分解峰,其放热峰温为248.3℃,其分解放热量(2192.1 J·g^-1),显著高于相同摩尔比的物理混合物(1327.3 J·g^-1)。按照GJB772A-1997《炸药试验方法》测得的摩擦感度比原料CL-20降低了16%,特性落高比原料CL-20提高28.6 cm,比原料HMX提高11.5 cm,形成共晶后安全性能更高。采用DSC法研究了超细CL-20/HMX共晶与推进剂常用组分均聚叠氮缩水甘油醚(HGAP)、硝化甘油/1,2,4-丁三醇三硝酸酯混合物(NG/BTTN)、缩二脲三异氰酸酯(N-100)、高氯酸铵(AP)、铝粉(Al)的相容性,发现超细CL-20/HMX共晶与NG/BTTN、AP、Al的相容性较好,与HGAP、N-100不相容。