叠氮硝胺发射药的燃烧性能调控技术

为改善叠氮硝胺发射药的燃烧性能,以小分子多炔基化合物(TPTM)作为钝感剂前驱体,采用转鼓喷涂工艺对其进行表面钝感处理,TPTM与发射药组份1,5-二叠氮基-3-硝基-3-氮杂戊烷(DIANP)在60 ℃反应,形成网状结构大分子钝感剂,并通过密闭爆发器试验、热加速老化试验和14.5 mm机枪试验表征了钝感效果,通过30 mm火炮试验考核了钝感发射药的内弹道性能。结果表明: 钝感叠氮硝胺发射药的初始燃速降低15%左右、渐增性燃烧特征量L_m/L₀大于1.5、长储稳定性好,在30 mm炮上具有良好的内弹道性能。     

1,5-二叠氮基-3-硝基-3-氮杂戊烷溶解度参数的估算与测定

采用基团贡献法估算了1,5-二叠氮基-3-硝基-3-氮杂戊烷(DIANP)的溶解度参数。用浊度滴定法测定了其溶解度参数。研究了DIANP在不同溶剂中的溶解性。结果表明,基团贡献法的估算值与浊度滴定法的测定值相吻合。测得DIANP的溶解度参数为22.29 (J/mL) 1/2。DIANP在不同溶剂中的溶解性符合“溶解度参数相近相溶”原则。     

NC/PEG共混体系组分间的相互作用及其微观结构

用溶液共混法制备了硝化纤维素/聚乙二醇(NC/PEG)共混物,采用红外光谱和偏光显微镜表征了共混物两组分的相互作用和共混体系微观结构。结果表明,NC与PEG分子间存在较强的相互作用,PEG以碎晶的形式分布在共混体系中。用分子动力学模拟研究了NC和PEG分子间的相互作用机理,通过介观动力学模拟得到共混体系微观结构及密度分布图,两种模拟结果与实验结果均保持较高的一致性。表明,分子动力学和介观动力学模拟能表征NC/PEG体系分子间相互作用和微观结构。     

NGO/NC复合含能材料的制备及热分解性能

为了提高硝化纤维素(NC)的热分解性能,以硝化石墨烯(NGO)作为含能燃烧催化剂与NC进行复合,制备了NGO/NC复合含能材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和场发射扫描电子显微镜(SEM)分别研究了NGO/NC复合含能材料的结构和形貌,采用同步热分析仪(TG-DSC)研究了NGO对NC热分解的催化性能。结果表明,当NGO的添加量为1%时,NC的结构不会明显改变,NGO/NC复合含能材料为多孔的三维网络状,且NC的表观分解热由339 J·g~(-1)增加至2132 J·g~(-1),放热峰温度由201℃提高至213℃,质量损失为96%,表明NGO的加入提高了热稳定性,增加了表观放热量。     

竹浆纤维素纳米纤维对硝化纤维素膜的增强作用

为获得力学性能更好的硝化纤维素膜材料,对竹浆进行2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基(TEMPO)选择性催化氧化-超声处理,得到直径纳米级、长度微米级的纤维素纳米纤维(cellulose nanofibrils,CNFs)。采用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或DMF/H2O混合溶剂作分散剂,先后将硝化纤维素与酸化和未酸化的CNFs进行充分混合,在不同的分散剂条件下制备出CNFs增强的硝化纤维素膜,采用透射电镜(TEM)、热重(TG)、力学拉伸试验、动态力学热分析(DMTA)等测试表征了CNFs形态尺寸以及CNFs增强的硝化纤维素膜力学性能变化规律。结果表明,CNFs的直径为5～10 nm,长度为500～3000 nm;酸化与未酸化的CNFs在DMF中分散性均好于丙酮溶液;在DMF/H2O分散体系中水的体积分数达到20%时出现了CNFs团聚;在DMF分散剂体系中,加入酸化的CNFs制备出的复合膜拉伸强度为52.0 MPa,断裂伸长率为10.4%,显著高于空白样(36.6 MPa,8.4%)。     

双叠氮直链醚增塑剂的合成与性能

分别以一缩二乙二醇(DEG)和二缩三乙二醇(TEG)为原料,经硝化、叠氮化反应合成了新型含能增塑剂1,5-二叠氮基-3-氧杂戊烷(AZDEGDN)和1,8-二叠氮基-3,6-二氧杂辛烷(AZTEGDN),优化了叠氮化反应条件,并采用红外光谱、核磁共振及元素分析对其结构进行了表征。结果表明,合成AZDEGDN的最佳反应条件为:叠氮化钠和一缩二乙二醇二硝酸酯(DEGDN)的摩尔比为2.7∶1,反应温度80℃,反应时间8 h;在此条件下,AZDEGDN收率为96.4%,纯度为99.1%。合成AZTEGDN的最佳反应条件为:叠氮化钠和二缩三乙二醇二硝酸酯(TEGDN)的摩尔比为2.5∶1,反应温度75℃,反应时间8 h;在此条件下,AZTEGDN收率为96.0%,纯度为99.2%。AZDEGDN的主要性能:生成焓912.5 kJ·mol~(-1),热分解温度249.3℃,摩擦感度0%,撞击感度64.6 cm;AZTEGDN的主要性能:生成焓898.1 kJ·mol~(-1),热分解温度256.1℃,摩擦感度0%,撞击感度151.4 cm。两者玻璃化温度均小于-100℃。     

GAP-ETPE/NC共混聚合物的制备与性能

采用溶液共混工艺,将聚叠氮缩水甘油醚(GAP)型含能热塑性弹性体(ETPE)与硝化纤维素(NC)进行物理共混,制得不同质量比的GAP-ETPE/NC共混聚合物。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和广角X-射线衍射仪(WXRD)表征制备的共混聚合物结构,动态力学热分析(DMA)、万能材料试验机、邵氏硬度仪和热重分析(TG)研究其热学和力学性质。结果表明,制备的GAP-ETPE/NC共混聚合物具有明显的叠氮型聚醚聚氨酯弹性体和硝化纤维素特征,相容性较好,热稳定性较单纯NC有一定改善。NC含量增大,有利于共混聚合物结晶程度的提高,使其表现出较高的模量和强度,GAP-ETPE含量增大时,共混聚合物的延伸率和低温力学性能得到显著改善。其中当GAP-ETPE/NC质量比从5/5变化到3/7时,共混聚合物抗拉强度由20.7 MPa增加至39.2MPa,断裂伸长率由141%降至40.6%。     

CL-20/DMMD共晶炸药的制备与表征

通过溶液共晶法制备得六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)与二硝基二氮杂戊烷(DMMD)的共晶炸药CL-20/DMMD.采用X射线单晶衍射(SCXRD)、扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(PXRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、差式扫描量热法(DSC)对其进行测试及表征.结果表明该晶体为单斜晶系,P21/c空间群,分子间以氢键为主要作用力并形成层状结构.PXRD表明CL-20与DMMD之间有新的晶相生成,FT-IR表明CL-20/DMMD部分衍射峰发生偏移的原因是产生了氢键作用.DSC显示CL-20/DMMD共晶熔点为180.8℃,比CL-20和DMMD的熔点分别提高了21.5℃和120.9℃;其主要热分解峰为240.1℃,比CL-20增加了3.5℃.根据Rothstein和Petersen理论预测爆速和爆压分别是9255 m·s-1和41.08 GPa,较CL-20的爆速9386 m·s-1,爆压45.09 GPa均略微下降,较DMMD的爆速7287 m·s-1,爆压21.79 GPa、奥克托今(HMX)的爆速9048 m·s-1,爆压40.55 GPa、黑索今(RDX)的爆速8945 m·s-1,爆压37.28 GPa、梯恩梯(TNT)的爆速7042 m·s-1,爆压21.44 GPa有所提高.     

含不同燃速催化剂的NC/GAP复合球形药的制备与热分解性能

为了改善燃速催化剂在固体推进剂药柱中的分散均匀性,提高其催化效率,采取内溶法分别制备了含燃速催化剂Fe_2O_3、Cu O、CNTs以及Cu_2Cr_2O_5的硝化纤维素/聚叠氮缩水甘油醚复合球形药,并对其形貌、粒径、塑化性能、热分解性能等进行了测试与分析。结果表明,采取内溶法工艺制备的含燃速催化剂NC/GAP复合球形药,圆球化程度高,流散性好,球形药颗粒粒径可控;燃速催化剂以物理共混的方式引入NC/GAP复合球形药,对NC和GAP的分子结构未产生影响。另外,燃速催化剂的加入促进了NC/GAP球形药的热分解。含Fe_2O_3、CuO、CNTs以及Cu_2Cr_2O_5的复合球形药比纯NC/GAP球形药的起始热分解温度分别降低12.15,15.38,15.42℃和13.97℃,其中CuO和CNTs的催化效果较明显。     

共晶和共混对CL-20/DNB感度和热解机理影响的MD模拟

为了从分子水平进一步揭示共晶和共混对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/1,3-二硝基苯(DNB)含能材料的感度、力学性能和热解机理的影响,采用分子动力学(MD)模拟方法在COMPASS力场条件下对CL-20、DNB、两者的共混物及共晶的感度、结合能和力学性能进行了模拟计算。在Reax FF/lg力场条件下对其热解机理进行了研究。结果表明,共晶和共混均会降低体系的感度,但共晶效果更加明显;与共混物结构相比,共晶结构更加稳定,共晶和共混均可以改变复合体系的力学性能,降低体系的刚度,增加体系的柔性和安全性,但共混会使体系的力学性能劣化。共晶分子间强的作用会促进体系中各组分的热解反应,NO_2、N_2、NO、H_2O、HONO、HON以及CO_2等是共晶和共混体系的主要热解产物。与共混相比,共晶是一种更加有效的含能材料改性方法,可为含能材料的配方设计提供理论指导。     

叠氮硝胺安全性能参数的实验测定

为了估算叠氮硝胺(DIANP)的安全性能参数,进行了热刺激和机械刺激试验,获得了DIANP在不同刺激下的响应特性;同时,为了确定生产工房的安全等级,在不同冲击波超压处进行了TNT当量测定.试验结果表明:DIANP在电引火头点燃下不燃烧、无火焰感度;DIANP的自发火温度为226℃;克南试验中DIANP的极限孔径为20....     

硝化棉一级自催化分解反应动力学参数数值模拟

提出了计算硝化棉（ＮＣ）一级自催化分解反应动力学参数的数值模拟方法。根据热重（ＴＧ）曲线分析结果,建立了描述ＮＣ失重５０％前、后随时间变化的一级自催化反应微分动力学方程和一级反应微分动力学方程。     

硝化棉气凝胶的微结构及热分解特性

为研究硝化棉(NC)气凝胶的微结构及其与热性能的关系,用溶胶-凝胶法以及超临界干燥法制备了硝化棉气凝胶。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重-红外联用(TG-FTIR)表征了其微观结构、结晶性及热性能。结果表明:NC气凝胶的微观结构为纳米颗粒堆积成的纳米多孔结构。其结晶遭到破坏,呈非晶无序特征。与NC相比,NC气凝胶的DTG峰温及DSC放热峰温度分别提前7℃和11℃,分解热由1429.87 J·g-1提高至1689.21 J·g-1。     

NC/NG共混体系的分子动力学模拟研究

为研究复合改性双基推进剂（CMDB）基体硝化纤维素（NC）与硝化甘油（NG）之间相互作用的实质,通过构建NC纯物质以及不同质量比的NC/NG共混体系模型,并采用分子动力学模拟的方法,对NC分子链的回转半径及模型中不同原子间的径向分布函数进行了分析。结果发现：NC分子链的回转半径随温度升高而增大的趋势并不明显;而随NG分子数量增多而增大的趋势非常显著。径向分布函数分析表明,NG分子可与NC分子形成氢键而替代NC分子内的氢键,使NC分子内的相互作用力减弱,从而导致NC分子链回转半径增大.     

Bu-NENA/NC低感度双基推进剂性能研究

使用N-丁基硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)全部替代硝化甘油(NG),通过无溶剂法制备了Bu-NENA/硝化纤维素(NC)双基推进剂,并对样品的感度、热分解特性、挥发性和力学性能进行了研究。结果表明,Bu-NENA替代NG后,双基推进剂的特性落高H50由8.1 cm提高到27.1 cm,摩擦感度由94%降低到18%,机械感度大幅降低;起始分解温度和第一分解阶段峰温由120.31℃和151.54℃分别提高到144.58℃和179.47℃,均提高24℃以上;Bu-N EN A/N C双基推进剂在80,90,100℃下的挥发速率常数均低于NG/NC推进剂在对应温度下的挥发速率常数,推进剂的挥发性降低;高温(50℃)、常温(20℃)和低温(-40℃)下,Bu-N EN A/N C双基推进剂断裂伸长率均提高,尤其是低温断裂伸长率可达13.63%,是N G/N C推进剂的1.63倍。     

HTPE交联改性NC

用溶液共混法,制备了不同比例的硝化棉(NC)/端羟基聚醚(HTPE)物理共混物以及NC/HTPE/甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)交联聚合物。用混合焓法研究了物理共混体系的相容性。用动态热机械分析研究了共混物的动态力学性能。用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱法研究了NC和HTPE间的交联反应状态及分子间相互作用。结果表明,NC/HTPE是部分相容体系,且相容性与组成有关。随着HTPE比例的增加,共混体系的玻璃化温度逐渐降低,当NC含量为30%时,NC/HTPE物理共混体系的低温Tg为-9.8℃,交联体系的Tg为-1.4℃,相比NC的Tg有大幅度的降低。与NC/HTPE物理共混体系相比,化学交联可使NC和HTPE的相容性增加。交联后的异氰酸酯基在2270 cm-1处的特征吸收峰消失,说明交联反应比较完全。共混后NC的羟基和硝基的伸缩振动吸收峰均向低波数移动,说明NC和HTPE间存在氢键相互作用。交联之后,羟基和硝基的吸收峰移动减小,说明交联使NC和HTPE间的氢键作用被化学键作用部分取代。     

开放式数控系统中PLC与NC的高速通讯

开放式数控系统采用"IPC NC控制卡 PLC可编程控制器"体系结构,其PLC与NC通过CAN总线接口通讯.并把eCAN模块中的32个邮箱按功能划分成接收和发送邮箱,把CAN通讯分成邮箱配置、接收、发送3个模块实现其功能.通过CAN通讯可达到PLC与NC在系统级的高速、准确通讯.