CL-20/TATB混合物的制备及性能表征

为了提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的安全性,采用机械混合法和重结晶法分别制备了CL-20/TATB混合物;通过光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、感度测试仪对其形貌、晶型、热稳定性、机械感度进行测试分析。结果表明,机械混合后CL-20表面无明显包覆物,而重结晶混合粒子表面有一层致密的黄色薄膜,同时两种混合物中CL-20的晶型仍为ε型,未发生晶型转变;两种混合物的热分解表观活化能较原料CL-20分别提高了17.3、117.36kJ/mol,热爆炸临界温度分别提高了0.12、3.8℃,重结晶混合粒子的热稳定性明显提高;两种混合物的撞击感度(H50)较原料CL-20分别提高了10.4、54.5cm,摩擦感度的临界载荷分别提高了80、60N,表明重结晶混合粒子的机械感度显著降低。     

CL-20/TATB共晶的分子动力学模拟

基于CL-20的晶胞参数和主要生长面及共晶的形成原理,构建了6种CL-20/TATB共晶结构模型。运用Forcite及在MD下达到平衡后,基于平衡结构进行径向分布函数考察、X射线粉末衍射图谱计算及模型能量计算。结果表明:6种共晶模型中分子间均存在较强的氢键作用力;随机取代模型的XRD衍射峰与纯组分CL-20相近,主要生长面模型的XRD衍射峰较纯组分CL-20和TATB有很大不同,且均有新峰出现;共晶模型在生长速率最慢的(10-1)晶面上取代后的能量最低,结构最稳定。基于能量计算、径向分布函数研究,TATB取代CL-20(10-1)晶面的共晶模型更容易形成。     

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。     

水溶剂化效应对CL-20分子结构的影响

CL-20是当前能量水平最高的新型含能材料,然而晶型复杂、感度高的问题使其应用受到限制。为了降低感度并使其转化为单一稳定且能量密度最高的ε晶型结构,常需要采用多种溶剂或反溶剂,进行结晶或共晶处理。除此以外,运输和储运过程中也需要溶剂进行保护。本文针对常见的水溶剂,采用Gaussian 09程序包,运用密度泛函理论,利用B3LYP/6-31g(d)基组,探讨水溶剂化效应对CL-20分子结构中的键长、键角、二面角、原子的自然电荷以及分子轨道的影响规律。     

CL-20与HMX结晶体的研究

采用溶剂蒸发法研究了CL-20与MX结晶体的制备。通过偏光显微镜观察了结晶体的形貌:通过DSC测试分析了CL-20与HMX结晶体的热分解性能;结果表明,CL-20与HMX结晶体的形貌和热分解温度明显不同于CL-20和HMX。     

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。     

超细NC/GAPE/CL-20含能复合纤维的制备及性能研究

采用静电纺丝法制备了NC/GAPE/CL-20含能复合纤维,并用SEM、EDS、XRD、IR、XPS和BET分析对复合纤维的形貌和结构进行了表征;采用DSC对复合纤维进行了热分析,并用TG-MS测试了复合纤维的热分解产物;测试了样品的机械感度并计算了其能量性能。结果表明,黏结体系NC/GAPE与炸药CL-20结合良好,复合纤维的平均直径为620nm,比表面积为5.2648m~2/g;纤维的表面元素和分子结构与原料一致,没有新化学键生成;复合纤维中CL-20的晶型发生了改变,从ε-CL-20转变为β-CL-20。DSC分析的结果表明,复合纤维的热分解活化能为216.03kJ/mol,比CL-20升高了22.47kJ/mol; TG-MS测试结果表明,复合纤维的热失重过程较为集中,主要分解产物为N_2、CO、NO和H_2O,同时也有少量CO_2、CH_4、N_2O、H_2生成;感度测试结果表明,与原料CL-20相比,复合纤维具有更低的撞击感度和摩擦感度;在能量性能方面,复合纤维的爆速为9365m/s,与原料CL-20相近;复合纤维的爆热为6027kJ/kg,低于原料CL-20的6158kJ/kg;复合纤维的标准比冲和特征速度分别为2573.7N·s/kg和1631.5m/s,略低于原料CL-20的2673.8N·s/kg和1638.6m/s。表明此含能复合纤维具有较高的能量性能和较低的机械感度。     

配位键合剂-603对亚微米CL-20撞击感度的影响

用亚微米单质炸药CL-20和亚微米CL-20/配位键合剂-603(LBA-603)混合炸药的撞击感度试验研究了LBA-603对亚微米CL-20/LBA-603体系撞击感度的影响,并对LBA-603在混合炸药中的作用机理进行了探讨.结果表明,由于LBA-603与CL-20分子的-NO2基团形成诱导效应,LBA-603在亚微米CL-20表面形成一层黏附层,对亚微米CL-20起到包覆作用,包覆层具有能量缓冲、吸热、表面修饰的作用;亚微米CL-20/LBA-603混合炸药的撞击感度随LBA-603添加量的增加而降低,与单质炸药亚微米CL-20相比,添加质量分数10%的LBA-603后,混合炸药的特性落高(H50)提高了10.96 cm.     

热和冲击波耦合作用下CL-20/TNT共晶响应的分子动力学模拟

为了进一步认识多重外界刺激共同作用下含能共晶的响应机理,采用基于反应力场ReaxFF的分子动力学方法结合多尺度冲击技术(MSST),研究了热和冲击波耦合作用下CL-20/TNT共晶冲击响应机理;构建了常温CL-20/TNT共晶模型以及两个预加热CL-20/TNT共晶模型,以速度为5～9km/s的冲击波作用于常温及预加热共晶模型;对温度变化、反应物衰减、产物生成、团簇演化等方面进行了对比分析。结果表明,预加热作用能够使得系统被更大程度地压缩,导致系统获得更高的温度,从而让反应物衰减速率更快,6km/s的冲击波作用下,50ps时未经预热的常温系统CL-20剩余98%,经500K温度预加热的系统CL-20剩余73%,经800K温度预加热的系统CL-20剩余27%,并使得系统在反应初期生成的产物种类更加丰富、数量更多。从团簇演化情况可以发现,预加热能够使得系统各个演化阶段更早出现。表明预加热能够增加冲击波对含能共晶的作用强度,这种增加作用在低速冲击波加载时更加明显。     

一种新型CL-20/TKX-50共晶炸药的制备、表征和性能研究

为降低六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的感度,通过溶剂-非溶剂法制备了CL-20和1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(TKX-50)共晶炸药;通过Materials Studio 5.0软件分析了CL-20和TKX-50分子的表面静电势,并预测了共晶分子间可能的非共价键作用;采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外(IR)和拉曼光谱(Raman)对其形貌和结构进行了表征;采用DSC测试了其热性能,并测试了其撞击感度,预测了其爆轰性能。结果表明,制备的CL-20/TKX-50共晶呈扁平的片状形貌;XRD、IR和Raman谱图中出现峰的生成、消失、偏移和强度的改变,证明有新的晶格结构形成;升温速率8℃/min下,CL-20/TKX-50共晶的主要热分解峰温为222.8℃,与CL-20、TKX-50的热分解峰温240.3、234.9℃相比,分别提前了17.5℃和12.1℃,明显区别于具有两个放热过程的CL-20/TKX-50混合物的热分解行为;CL-20/TKX-50共晶炸药的感度显著低于原料CL-20,同时也优于β-HMX,说明其具有良好的安全性能;CL-20/TKX-50共晶的预测爆速和爆压分别为9264m/s和43.8GPa,较CL-20均略微下降,但和β-HMX相比,爆轰性能明显提高。表面静电势能和建模分析均表明,CL-20中—NO2的O与TKX-50中—NH+3的H之间易于形成氢键。     

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。     

CL-20/开口多壁碳纳米管复合含能材料的制备与性能

以开口多壁碳纳米管(SMWNTs)为原料,六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)为填料,采用超声吸入法制备CL-20/SMWNTs纳米复合含能材料;利用TEM、DSC-TG、XRD对样品进行表征,并对其进行激光点火试验。结果表明,CL-20晶粒填充到SMWNTs内部,填充部位在SMWNTs的端口,呈颗粒状排列。与纯CL-20相比,CL-20/SMWNTs纳米复合含能材料的起始分解温度由原来的239.6℃降至229.6℃,分解峰温也由原来的221.4℃降至173.6℃。CL-20/SMWNTs纳米复合含能材料光敏感性强,激光能量50W时可将其点燃。     

HMX,CL-20和DNTF自由基的光照检测

为研究含能材料热分解过程的瞬间性和安全性,运用电子自旋共振技术(ESR)检测了HMX,CL-20和DNTF的自由基,得到了它们在相同的光照强度和时间间隔中,各体系的电子自旋共振谱图.结果表明,DNTF在没有光照的情况下即会产生自由基,HMX和CL-20光照一定时间后有自由基产生.随着光照时间的延长,自由基逐渐增多,DNTF的自由基信号最强.     

原位傅里叶变换红外光谱研究含CL-20的NEPE推进剂的热分解

采用热裂解-气体原位池/FT-IR和固体原位池/FT-IR研究了含CL-20的NEPE推进剂的热分解,获得了分解生成的气体产物.结果表明,组分间的相互作用使硝化甘油的挥发和分解温度升高,PEG的分解温度降低;CL-20受热过程中直接由固相热裂解,不同于HMX与RDX先融化再气化裂解;AP的引入缩短了分解历程,提高了体系的分解速率.     

一锅法制备CL–20混合炸药的工艺研究

以CL–20为主体炸药,聚氨酯5702为黏结剂,Span60为表面活性剂,通过一锅造粒法制备了CL–20混合炸药。用单因素实验对影响CL–20混合炸药包覆效果和撞击感度的因素进行了研究,对包覆后的CL–20混合炸药的相关性能进行了测试,得到最佳工艺条件:水浴温度65℃,搅拌器电压为90 V,驱溶时间为1 h,2次加入溶剂的量与高聚物的质量比为4:1。