硝基二唑炸药爆炸参数的经验计算(Ⅱ)

选取3,4,5-三硝基吡唑（TNP）为“母体”结构单元,用爆炸基团如硝基、硝氨基、偶氮和氧化偶氮基等对其1位氮原子上的氢原子进行消除修饰,构建一类新型多硝基吡唑类炸药分子。运用Brinkley-Wilson（ B-W）法则,Rothsteine′s和Kamlet等方法对该类炸药的爆炸参数进行了计算,并与RDX和HMX等炸药进行了比较。结果表明,该类炸药密度大,爆速为7．9～9．3 km· s-1,爆压为29．0～42．0 GPa,是一类新型高能量密度材料化合物,该类炸药分子中含芳香吡唑环,预测其分子稳定性良好。     

2,6-二氨基-3,5-二硝基-1-氧吡嗪爆炸参数的理论计算

运用预测炸药分解产物的BW法则、计算爆速的Rthsteine's方法和计算C-J压力的库珀方法等,对钝感含能材料2,6-二氨基-3,5-二硝基-1-氧吡嗪(LLM-105)的爆炸参数进行了理论计算;并与HMX和TATB的爆炸参数进行了比较,结果表明LLM-105是一种能量超过TATB、接近HMX的钝感含能材料.     

硝基咪唑类含能化合物的合成研究进展

综述了10种硝基咪唑类含能化合物的合成及性能,包括1,4-二硝基咪唑(1,4-DNI),2,4-二硝基咪唑(2,4-DNI),4,5-二硝基咪唑(4,5-DNI),2,4,5-三硝基咪唑(2,4,5-TNI),1-甲基-2,4-二硝基咪唑(2,4-MDNI),1-甲基-4,5-二硝基咪唑(4,5-MDNI),1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑(MTNI),1-苦基-2,4-三硝基咪唑(2,4-PDNI),1-乙酸乙酯-2,4,5-三硝基咪唑(CTNII),1-苦基-2,4,5-三硝基咪唑(PTNI)。对高能钝感炸药1,4-DNI、2,4-DNI及MTNI的合成与性能进行了详细介绍并对路线中存在的问题进行了简要评述。同时提出了一条理论上可行的合成MTNI的新路线,即碘代-硝化法:以N-甲基咪唑为原料经碘化得到1-甲基-2,4,5-三碘基咪唑(MTII),然后再用超酸硝化得到目标物。     

2,4,5-三硝基咪唑铵盐新法合成及性能

设计了2,4,5-三硝基咪唑铵盐新的合成方法,以4-硝基咪唑为原料,经碘代、硝化得到2,4,5-三硝基咪唑,再与氨水成盐合成了目标化合物,总收率33.3%,并采用质谱、红外光谱等进行了结构表征。利用DSC和TG研究了2,4,5-三硝基咪唑铵盐的热性能,其熔解温度为254.52℃,分解温度为308.31℃,热重变化范围为203.6～399.9℃,总共失重94%。2,4,5-三硝基咪唑铵盐摩擦感度2%,撞击感度为18%,是一种低感炸药。     

微型爆炸网络用DNTF/HMX基传爆药研究

为了使爆炸网络装药在实现高爆速、高安全和小临界尺寸传爆的同时满足装药均匀性好、爆速极差小的要求,以3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)和奥克托今(HMX)为主体炸药,以含能聚合物聚叠氮基缩水甘油醚(GAP)为粘结剂,配以其它助剂,设计出一种适用于微小尺寸爆炸网络的DNTF/HMX基传爆药配方,并采用微注射工艺将其装入到微型爆炸网络沟槽中。采用扫描电镜(SEM)表征了主体炸药颗粒粒径和形貌并观察和测试了装药表面;采用X射线衍射仪(XRD)测试了主体炸药和装药后炸药的晶型;采用直线传爆临界尺寸实验测试了传爆性能;采用撞击感度与冲击波感度实验测试了配方的安全性能。结果表明:配方的炸药组分固含量为85%,固化成型后装药表面平整,颗粒分布均匀,炸药晶型未发生变化,沟槽中装药密度可达1.6 g·cm~(-3)(理论密度的92%)以上。在此装药密度下,该配方的直线传爆临界尺寸为0.6 mm×0.6 mm,在0.8 mm×0.8 mm的沟槽中爆速为7558m·s~(-1),爆速极差为29 m·s~(-1);撞击感度特性落高为45.2 cm(5.0 kg落锤),冲击波安全性试验小隔板厚度值为8.74 mm。     

氮-氨基多硝基二唑的理论研究（英文）

采用密度泛函理论B3LYP方法,在aug-cc-p VDZ的水平上,对6种N-氨基多硝基二唑化合物的电子结构、能隙及感度进行了理论研究。运用Politzer的方法得到了6种化合物的固相生成热和密度;采用键离解能预估了化合物的热稳定性,其离解能为238.94~283.95 k J·mol-1;运用Kamlet-Jacob方程对其爆轰性能进行了预测。结果表明:1-氨基-3,4,5-三硝基吡唑(8.99 km·s-1,36.12 GPa)和1-氨基-2,4,5-三硝基咪唑(8.92 km·s-1,35.56 GPa)的爆轰性能与环三亚甲基三硝胺(RDX,8.75km·s-1,34.7 GPa)及环四亚甲基四硝胺(HMX,9.1 km·s-1,39.00 GPa)相当。综合热稳定性和爆轰性能,认为1-氨基-3,4,5-三硝基吡唑和1-氨基-2,4,5-三硝基咪唑是潜在的高能量密度材料。     

基于HLLE-SVM预测混合炸药爆轰性能

为了预测炸药爆轰参数并提高预测精度,提出一种将Hessian局部线性映射算法(HLLE)和支持向量机理论(SVM)相结合的预测方法。选取16种传统混合炸药作为研究对象,利用Hessian局部线性映射算法理论,对原始数据进行降维处理,再将降维后的数据作为输入,应用SVM对炸药爆速、爆热做回归预测,采用遗传算法(GA)选取最佳惩罚因子、核函数参数,将预测结果与文献值对比分析,预测相对误差在±3%之内。最后将该方法应用于新型熔铸混合炸药2,4-二氨基-3,5-二硝基-1-氧吡嗪(LLM-105)/1-甲基-3,5-二硝基-1,2,4-三唑(DNMT)和LLM-105/1-甲基-4,5-二硝基咪唑(4,5-MDNI)爆速预测,与试验值做比较,相对误差分别为2.91%、3.72%。结果表明,该方法对混合炸药爆轰参数预测误差较小,模型精度较高。     

三种新型低熔点炸药的合成及表征

以双氰胺、甲基咪唑和吡唑为原料,通过硝化、重排、再硝化等步骤合成了3种新型低熔点炸药：1-甲基3,5-二硝基-1,2,4-三唑(DNMT)、1-甲基-4,5-二硝基咪唑（4,5-MDNI）、3,4-二硝基吡唑(DNP). 优化了3种新型炸药的合成工艺,得到较优的工艺条件。采用熔点测定、红外光谱、元素分析和核磁共振氢谱对3种新型炸药结构进行了表征,利用DSC研究了其热分解性能,其熔点分别为：DNMT 95℃、4,5-MDNI 77℃、DNP 85℃. 结果表明,这3种新型炸药熔点低、热稳定性好。     

单质炸药在等离子体作用下的起爆响应

为了得到单质炸药在等离子体作用下的起爆响应规律,以镍-铬(Ni-Cr)丝和钨丝电爆炸作为等离子体产生源,进行了单质炸药的等离子体起爆实验,采用示波器测定等离子体的电压和电流,以见证板判定炸药是否爆轰。结果表明,Ni-Cr丝等离子体对奥克托今(HMX)的起爆能力强于钨丝等离子体。选用粒度21μm和140μm,装药密度相差10%的HMX起爆,粒度较小和装药密度较小时,HMX的等离子体起爆响应更剧烈。单质炸药奥克托今(HMX),2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105),1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7),N-脒基脲二硝酰胺盐(FOX-12),三氨基三硝基苯(TATB)可被等离子体起爆。2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)由电爆炸产生的热作用引燃。炸药的Ni-Cr丝等离子体感度顺序为:HMXLLM-105≈FOX-7FOX-12TATB。推断等离子体起爆炸药的机理为混合起爆。提出了基于等离子体的颗粒燃烧模型。     

DNAN及TNT基熔铸炸药综合性能比较

为了对比载体炸药2,4,6-三硝基甲苯(TNT)和2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)、以及以它们为基的熔铸炸药的综合性能,系统研究了DNAN和TNT、以及DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的流变、能量、安全、以及力学等性能。结果表明:载体炸药DNAN(6.87 m Pa·s)的粘度低于TNT(9.05 mPa·s),DNAN/HMX熔铸体系的极限固含量(约80%)高于TNT/HMX熔铸体系(约75%);DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的爆速分别为8336 m·s~(-1)和8452 m·s~(-1),爆压分别为31.03 GPa和31.44 GPa;在1 K·min~(-1)的慢速烤燃条件下,DNAN/HMX(20/80)和TNT/HMX(25/75)熔铸炸药的响应等级分别为燃烧反应和爆炸反应;在4.51GPa的冲击波入射压力条件下,TNT/HMX(25/75)在8～12 mm内达到完全爆轰,而DNAN/HMX(20/80)在12 mm内未能达到完全爆轰;DNAN/HMX(20/80)的抗拉和抗压强度均大于TNT/HMX(25/75)。因此可以得出结论,在能量性能基本持平的情况下,DNAN/HMX(20/80)熔铸炸药的安全及力学性能优于TNT/HMX(25/75)熔铸炸药。     

RDX杂质对HMX性能影响的分子动力学研究

为了研究奥克托今(HMX)制备过程中产生的黑索今(RDX)杂质对HMX性能的影响,分别建立了掺杂率为4.17%、8.33%、12.50%和16.67%的四种HMX模型。采用分子动力学方法,计算得到了不同模型的键连双原子作用能、内聚能密度、溶度参数、爆轰参数与力学参数,并与纯HMX相关性能参数进行了比较,结果表明,RDX掺杂缺陷导致炸药的键连双原子作用能和内聚能密度减小,减小幅度分别为9.53～36.36 kJ·mol~(-1),0.028～0.135 kJ·cm~(-3);受RDX掺杂缺陷的影响,HMX与氟橡胶(F_(2311))的溶度参数的差值减小,减小幅度为0.51～2.32 J1/2·cm~(-3/2),其密度、爆速和爆压减小幅度分别为1.12%～5.59%、0.84%～4.19%和2.27%～11.14%,爆热略有轻微上升,可忽略;RDX掺杂缺陷还导致HMX的弹性模量、体积模量和剪切模量降低,而柯西压以及体积模量与剪切模量的比值上升,其变化幅度分别为1.04～3.63 GPa、0.58～1.73 GPa、0.42～1.45 GPa、0.35～2.69 GPa和0.11～0.64。这说明,随着RDX掺杂缺陷浓度增大,HMX炸药的安全性能降低、爆轰性能下降、力学性能变差、与F_(2311)的相容性变好。     

2种非TNT基熔铸炸药水下爆炸特性

为选择水下炸药中的主炸药,分析RDX与HMX在水下爆炸的能量输出特性差异,分别以RDX和HMX为主炸药,制备了2种非TNT基熔铸炸药R-RDX与R-HMX,并在直径为85 m的水池中进行水下爆炸试验,测试水下爆炸压力及脉动周期,计算冲击波能及气泡能.试验结果表明:在4~6 m范围内,R-RDX炸药的冲击波能为1.18 MJ/kg,气泡能为4.00 MJ/kg;R-HMX炸药的冲击波能为1.19 MJ/kg,气泡能为4.01 MJ/kg;对于非TNT基熔铸炸药,HMX作为主炸药同RDX相比,在水下爆炸时并无能量优势.     

5-氨基四唑硝仿盐的理论计算

采用量子化学方法研究了5-氨基四唑硝仿盐的结构和性能,计算了5-氨基四唑硝仿盐的密度、生成热、爆速、爆压等,其预测密度为1.93 g·cm-3,估算爆速和爆压分别为9.47 km·s-1和38.82 GPa,爆轰性能高于TNT, RDX和HMX。      

VLWR程序计算CHNO炸药爆轰性能碳相态的选择

用VLWR程序预测不同种类炸药爆轰性能参数时用石墨、金刚石和类液态碳三套固态碳参数。用最小自由能原理确定爆轰产物平衡态组份。通过加入固态碳的相态的选择,修改了原VLWR程序中固态碳的自由能计算。用修改后的VLWR程序计算了石墨、金刚石和类液态碳的Gibbs自由能。根据最小自由能原理,从三种碳相中确定了炸药爆轰产物CJ点碳最有可能的相态,计算了炸药的爆轰参数。用有碳相选择的VLWR程序计算了黑索今（ RDX）、奥克托今（ HMX）和太安（ PETN）等12种CHNO炸药的爆轰参数。结果表明：计算结果与实验值吻合较好。     

Al粉对含铝炸药爆轰性能的影响

为了研究A1粉对含铝炸药爆轰性能的影响,选择以TNT和RDX为基的含铝炸药进行了爆速、爆压和爆热的测量,通过计算得到了含铝炸药的爆轰能量转化率,分析了Al/O摩尔比对爆轰参数及爆轰能量转化率的影响规律.结果表明:随着Al/O摩尔比的增大,含铝炸药的爆压、爆速和爆轰能量转化率均降低,而爆热呈先增大后减小趋势,当Al/O摩尔比为1时,爆热值达到最大.     

球形装药水下爆炸近场测量的连续探针法研究

为了在水下爆炸的单次试验中连续获得炸药爆轰波和近场冲击波的时程曲线,研制了一种压导式连续电阻丝探针,并基于此设计了球形装药水下爆炸测试系统。采用粉状黑索今（RDX）炸药进行120 mm直径的球形装药水下爆炸试验,测量获得了多组爆轰波-冲击波时程曲线。通过对爆轰波段数据进行拟合得到了待测RDX炸药的爆速,利用冲击波段数据计算得到了炸药爆压、绝热指数以及水中冲击波的衰减规律,并与康姆莱特半经验公式和数值模拟结果进行了对比。结果表明：运用新型电阻丝探针测得的RDX炸药参数与理论值相比,爆速、爆压和绝热指数的相对误差分别小于3%、5%和2%;模拟得到的近场冲击波峰压和速度曲线与试验结果基本吻合,最大误差不超过10%.     

呋咱并［3,4-e］-1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物(FTDO)分子结构及性质的理论研究

采用密度泛函方法在B3LYP/6-31+G(d,p)水平上对呋咱并[3,4-e]-1,2,3,4-四嗪-1,3-二氧化物(FTDO)的结构进行了优化,并分析了其红外振动吸收,计算得到FTDO密度为1.860 g.cm-3,氧平衡为-10.25%,生成焓为661.0 kJ.mol-1。以FTDO为单质炸药计算得到其爆容为718 L.kg-1,爆速达9493 m.s-1,爆压达40.76 GPa。与现有的高能量密度材料HMX比较,密度和爆容小于HMX,其余性能均优于HMX。     

高致密球形RDX基浇注炸药的性能

为探索高致密球形黑索今(H-RDX)与普通黑索今(RDX)对浇注炸药性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)等对两者的晶体形貌、热稳定性及机械感度进行评估;同时以典型浇注配方为例,探讨RDX类别对药浆黏度、药柱密度、爆速和冲击波感度的影响规律。结果表明:H-RDX表面光滑,晶体缺陷少,球形度高;与普通RDX相比,H-RDX的热分解表观活化能Ea和活化焓ΔH分别高10.79 kJ·mol^-1和10.81 kJ·mol^-1,撞击和摩擦感度分别降低20%和8%;相同配方下药浆黏度降低41%~45%,药柱密度提高0.6%~3.9%,爆速提高1%~3%,冲击波感度降低10%~14%,表现出更优的工艺性能、爆轰性能及安全性能。     

基于人工神经网络和混合遗传算法的炸药爆速预测

运用基于最优保存和自适应交叉变异的混合遗传算法训练的BP神经网络,根据三维数据建模和炸药的分子量、氧平衡以及装药密度,构建了一个3-4-1型的炸药爆速预测BP神经网络模型。同时利用训练好的神经网络模型对炸药的爆速进行了预测。预测结果表明:模型预测值与有关文献的实验值接近,绝对误差为±7%;也说明了炸药的分子量,氧平衡和装药密度等相关参数与其爆速具有一定的可类推性。