喷雾干燥法制备ε-CL-20/EPDM复合炸药及其性能表征

以ε-CL-20(六硝基六氮杂异伍兹烷)为主体炸药,三元乙丙橡胶(EPDM)为胶粘剂,采用喷雾干燥法制备了ε-CL-20基PBX(聚合物粘接炸药)。研究结果表明:通过喷雾干燥法可使EPDM成功包覆在CL-20晶体表面,制得的包覆产物为ε-CL-20/EPDM复合炸药;与细化CL-20相比,ε-CL-20/EPDM的撞击感度明显降低,包覆样品的特性落高(H50)值从25.12 cm升至41.36 cm,表观活化能由182.58 k J/mol增至230.24 k J/mol,热爆炸临界温度由244.18℃增至245.60℃,说明ε-CL-20/EPDM复合炸药的热稳定性更好。     

PBX的制备及包覆工艺研究

以六硝基六氮杂异伍兹烷为主体炸药,用水悬浮法制备了CL-20基压装高聚物黏结炸药(PBX)。通过正交实验优化了制备工艺,并对影响包覆效果的主要因素进行了研究。结果表明,影响包覆效果的因素大小次序为:温度2次加入溶剂的量加料速度搅拌速度;最佳工艺为:实验温度60℃,2次加入溶剂的量与高聚物的质量比4∶1,加料速度0.86 mL/s,搅拌速度650 r/min;包覆后样品撞击感度的特性落高H50比原料CL-20提高了30 cm。     

EPDM对CL-20的包覆及表征

以CL-20为主体炸药、EPDM为黏结剂,采用水悬浮法制备了CL-20基PBX炸药,用SEM、XRD和FT-IR对产物进行了表征,并测试了其撞击感度和热安定性。结果表明,该包覆工艺可使EPDM成功地包覆在CL-20表面,在包覆过程中CL-20晶型没有发生变化。与原料CL-20相比,包覆样品的撞击感度明显降低,特性落高由15.9cm提高到40.7cm,热安定性更好。     

丙烯酸酯橡胶对CL-20的包覆降感及改性

以六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)为主体炸药、分别以3种类型丙烯酸酯橡胶(ACM)(AR-71、AR-12、AR-14)和Estane 5703为黏结剂、以己二酸二辛酯(DOA)为增塑剂,进行分子动力学(MD)模拟。采用溶液-水悬浮法制备了6种CL-20基PBX,采用FE-SEM、XRD、DSC对其进行表征,并测试了其撞击感度。结果表明,ACM和增塑剂包覆在CL-20晶体表面,颗粒呈球形或椭球形,包覆后CL-20晶型仍为ε型。AR-71包覆的CL-20热安定性最好,热爆炸临界温度比Estane5703包覆的CL-20高2.07℃,同时在3种ACM包覆CL-20体系中,CL-20/AR-71体系的热安定性优于CL-20/AR-12和CL-20/AR-14。AR-71对CL-20降感起到很好的作用。增塑剂的引入有效改善了CL-20/AR-71和CL-20/Estane 5703复合粒子的热稳定性。其中CL-20/AR-71/DOA体系的热稳定性和热安全性最好,同时增塑剂也使CL-20/AR-71和CL-20/Estane5703复合粒子的机械感度降低。     

CL-20/FOX-7/蜡复合粒子的制备及性能研究

为了提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的安全性,采用水溶液-悬浮法将FOX-7、微晶蜡包覆在CL-20表面,制备了4种包覆样品;采用扫描电子显微镜法(SEM)、X-射线衍射法(XRD)、傅里叶变换红外光谱法(FTIR)、X射线光电子能谱法(XPS)、差示扫描量热法(DSC)、感度测试法对其微观形貌、晶型、结合方式、包覆效果、耐热性、摩擦感度进行了系统测试分析。结果表明,4种包覆样品均为物理复合,CL-20晶型未发生改变,其中水悬浮法制得的CL-20/FOX-7混合物与机械混合物相比,CL-20表面存在更多的FOX-7粒子,其包覆率为49.83%,热分解峰温为242.79℃,摩擦感度的临界载荷为168N;在混合物中加入微晶蜡后,复合粒子呈类球形,CL-20晶体几乎无外露,但微晶蜡加入的方式对复合粒子性能有较大影响,蜡外包样品的包覆率为64.73%,热分解峰温244.98℃,摩擦感度的临界载荷为360N,较蜡内包样品包覆率提升了5.03%,热分解峰温提升了2.31℃,摩擦感度的临界载荷提升了144N。表明采用FOX-7、微晶蜡可共同对CL-20进行包覆改性,且蜡外包的样品综合性能最好。     

CL-20/RDX共晶炸药的制备与性能测试

为了研究六硝基六氮杂异伍兹烷/环三亚甲基三硝胺(CL-20/RDX)共晶炸药的性能,采用喷雾干燥法制备了质量比为1∶1的CL-20/RDX共晶炸药;通过扫描电镜(SEM)观察了共晶炸药的形貌;采用粉末X-射线衍射法与红外光谱法测试了共晶炸药的结构;采用差示扫描量热法(DSC)测试了共晶炸药的热性能;通过感度实验分别测试了共晶炸药的撞击感度与摩擦感度。结果表明,CL-20/RDX共晶呈球形,粒径在1～5μm; CL-20/RDX共晶的衍射图与CL-20和RDX的衍射图均不完全相同,衍射峰有明显的位移;CL-20/RDX共晶炸药的热分解温度为222.8℃,比CL-20低30℃左右,比RDX低20℃左右,说明共晶的生成对其热性能有较大影响;CL-20/RDX共晶炸药的撞击感度为76%,特性落高为26.9cm,摩擦感度为64%,其机械感度较CL-20有大幅降低,表明共晶炸药的感度显著降低,安全性能得到明显提高,进一步说明共晶在含能材料改性和降感方面的优势。     

增塑剂类型对CL-20/HTPB基浇注炸药安全性能的影响

为确定CL-20(六硝基六氮杂异伍兹烷)/HTPB(端羟基聚丁二烯)基PBX(聚合物粘接炸药)配方中最适宜的增塑剂类型,分别制备了含不同增塑剂[如DOA(己二酸二辛酯)、DOS(癸二酸二辛酯)和DBP(邻苯二甲酸二丁酯)等]和不含增塑剂的浇注PBX。着重探讨了不同浇注PBX的热分解动力学参数、撞击感度及临界爆炸温度。研究结果表明:与不含增塑剂体系相比,增塑剂对浇注PBX的热分解峰温影响不大,但均能提高其E(表观活化能),其中含DOS或DBP体系的E值均提高了13%左右;含DBP体系的临界爆炸温度更高,说明该体系具有更好的热安定性;含增塑剂体系的感度明显低于无增塑剂体系,其中含DBP体系的H50(特性落高)值比无增塑剂体系提高了近2倍。     

LLM-105/CL-20基高能钝感PBX的制备与性能表征

为满足含能材料高能钝感的要求,以CL-20为主体炸药,LLM-105为钝感剂,采用溶液水悬浮法制备了LLM-105质量分数分别为10%、20%、30%的3种LLM-105/CL-20基PBX。通过扫描电子显微镜(SEM)、粉末X射线衍射仪(PXRD)和差示扫描量热仪(DSC)对样品的形貌、晶体结构和热性能进行表征,并测试其机械感度;采用EXPLO5软件计算了其爆轰参数。结果表明,LLM-105/CL-20基PBX样品呈类球形,颗粒密实,粒径约为500μm;PBX中各组分的晶体结构未发生改变;3种配方的热安定性都较好,且随着钝感剂LLM-105含量的增加,LLM-105/CL-20基PBX的热爆炸临界温度呈递增趋势;与原料CL-20相比,3种LLM-105/CL-20基PBX的特性落高分别提高了25.88、33.68、37.18 cm,摩擦爆炸概率分别下降29%、38%、45%;LLM-105质量分数为10%的LLM-105/CL-20基PBX的特性落高与PBX-9501相当,而LLM-105质量分数为20%和30%的LLM-105/CL-20基PBX分别比PBX-9501高16.6%和25.12%;理论爆速分别高381.76、279.2、82.03 m/s。3种配方LLM-105/CL-20基PBX炸药的爆轰性能明显优于PBX-9501。     

黏结剂对CL-20/FOX-7基PBX性能的影响

为了研究黏结剂对CL-20/FOX-7基PBX性能的影响,分别以Estane、EPDM、ACM、EVA为黏结剂,采用水悬浮法制备了含有不同黏结剂成分的CL-20/FOX-7基高聚物黏结炸药(PBX);采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分析仪、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)对样品结构、形貌和热分解特性进行了表征;使用撞击感度测试仪、摩擦感度测试仪和小型烤燃实验装置测试了不同样品的机械感度和烤燃特性。结果表明,以EVA为黏结剂制备的CL-20/FOX-7基PBX造型粉颗粒密实,表面光滑且没有脱粘外漏现象,包覆粘结效果最好;以EVA为黏结剂制备的PBX活化能较细化CL-20提高了87.75 kJ/mol,较FOX-7原料提高了42.52 kJ/mol,说明使用EVA的PBX热稳定性较原料有一定提升;同时该PBX样品特性落高(H 50)较细化CL-20提高25.6 cm,摩擦感度爆炸概率降低52%,较使用Estane、EPDM和ACM的PBX样品机械感度更低;使用EVA的PBX药柱在升温速率为6K/min的慢速烤燃条件下,烤燃反应等级为燃烧,说明该配方能够达到烤燃安全试验要求,安全性能较好。     

TATB基和CL-20基PBX炸药爆轰波拐角性能的实验研究

为研究TATB基和CL-20基PBX爆轰波的拐角性能,采用蘑菇(Mushroom)试验计算了含95%TATB基(PBX-Ⅰ)、CL-20基(PBX-Ⅱ)及添加了铝粉的CL-20基(PBX-Ⅲ)炸药药柱在起爆直径10mm和6mm条件下的出射角、熄爆角及延迟时间,讨论了3种PBX炸药的爆轰传播特征和拐角性能。结果表明,起爆直径为10mm时,PBX-Ⅰ的出射角和熄爆角(22.7°和31.9°)明显小于PBX-Ⅱ的出射角和熄爆角(均为90°);起爆直径为10mm和6mm时,PBX-Ⅱ和PBX-Ⅲ的出射角和熄爆角均为90°,都能够传播为类似球形。对于CL-20基PBX,随着铝粉的加入和起爆直径的减小,其炸药半球均能够达到可靠传爆状态,具有较好的拐角性能。TATB基PBX炸药药柱的出射角和熄爆角均显著减小,表明TATB基PBX炸药药柱的拐角性能较差。3种PBX炸药的拐角性能优劣顺序为:PBX-ⅡPBX-ⅢPBX-Ⅰ。