叠氮纤维素结构和溶度参数的分子模拟

为了研究叠氮纤维素(AC)的结构及其与增塑剂的混溶性,运用分子力学(MM)和分子动力学(MD)法结合COMPASS力场对其结构和溶度参数进行了模拟。结果表明,模拟得到的红外光谱数据和X射线衍射谱图与实验数据吻合较好;298 K时叠氮纤维素的溶度参数模拟值为20.86(J·cm-3)1/2。预测其与常见增塑剂的混溶性优良次序为:硝化三乙二醇(TEGDN)>硝化二乙二醇(DEGDN)≈丙酮(acetone)>硝化甘油(NG)>1,2,4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)。     

HTPB推进剂组分溶度参数的分子模拟研究

采用无定形动力学(amorphous cell dynamics,ACD)方法、Synthia方法和Blend方法,对端羟基聚丁二烯(HTPB)粘合剂及其常用的增塑剂、固化剂组分的溶度参数进行了模拟计算,对组分间的相溶性进行了判断.结果表明: ACD方法可以定性的模拟组分的溶度参数,Synthia方法则能够定量模拟组分的溶度参数,Blend方法可以定性直观展示组份间的相溶性及温度、摩尔含量的影响;几种方法模拟结论与实验基本吻合.常用的增塑剂满足HTPB体系相溶性要求,固化剂异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、氮丙啶三(-2甲基氮丙啶-1)氧化磷(MAPO)与HTPB相溶性好于甲苯二异氰酸酯(TDI)及六次甲基二异氰酸酯(HDI),相溶性对固化效果有一定影响.计算了几种含能增塑剂与HTPB的相溶性,结果不太理想.     

支化聚叠氮缩水甘油醚硝酸酯的制备

为改善含能粘结剂及增塑剂的流变性与氧平衡,用聚环氧氯丙烷(PECH)、叠氮钠(NaN3)、氢氧化钠(NaOH)、在乙二醇(EG)引发下,100℃反应获得了支化聚叠氮缩水甘油醚(B-GAP),浓硝酸-20~0℃反应,将B-GAP转化为支化聚叠氮缩水甘油醚硝酸酯(B-GAPN)。研究了用反应条件控制B-GAP羟值及B-GAP与B-GAPN分子量。从B-GAP红外光谱的—OH特征峰削弱和—ONO2峰的出现,可判断合成产物为B-GAPN。     

HMX溶液结晶的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究了温度对奥克托今（ HMX）在二甲亚砜（ DMSO）溶剂中结晶的影响。计算了278～378 K温度范围内DMSO和HMX的扩散系数、HMX与DMSO分子间结合能。模拟了298 K下HMX在DMSO溶液中的成核过程。结果表明,HMX与DMSO分子间相互作用主要为范德华力与静电力。358 K时二者的结合能最小为20246 kJ · mol-1,此时HMX分子最易成核,成核导致HMX的扩散系数下降。     

HTPE/增塑剂共混体系相容性的分子动力学模拟

用分子动力学(MD)方法模拟研究了粘结剂端羟基聚醚(HTPE)与增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP),癸二酸二辛酯(DOS)和邻苯二甲酸二乙酯(DEP)的相容性及HTPE/增塑剂共混物的玻璃化转变温度(Tg)。结果表明,当共混体系中存在较强的分子间氢键作用时,通过分析结合能、径向分布函数和玻璃化转变温度,可综合评价HTPE与增塑剂的相容性。HTPE与三种增塑剂相容性的优劣顺序为HTPE/DBPHTPE/DOSHTPE/DEP;通过温度-比容关系得到了HTPE,HTPE/DBP,HTPE/DOS及HTPE/DEP四种体系的Tg,依次为190.26,176.30,168.82,178.33 K。     

PBT与含能增塑剂相互作用的分子动力学模拟

为了筛选与3,3-二叠氮甲基氧丁环与四氢呋喃共聚物(PBT)粘合剂相容且与PBT混合物有低玻璃化转变温度的含能增塑剂,用分子动力学(MD)方法,模拟研究了PBT粘合剂与三缩三乙二醇二硝酸(TEGDN)、1,3-二叠氮基-2-乙基-2-硝基丙烷(DAENP)、丁基硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)、1-烯丙基-3(5),4-二硝基吡唑(ADNP)、双2,2-二硝基丙醇缩甲醛/双2,2-二硝基丙醇缩乙醛混合物(BDNPF/A,或A3,两者质量比为1∶1)5种含能增塑剂之间的相容性、PBT/增塑剂共混物的玻璃化转变温度。分析了PBT粘合剂与含能增塑剂相互作用的原因。结果表明,含能增塑剂优劣次序为Bu-NENADAENPA3TEGDNADNP,TEGDN、ADNP与PBT不相容;PBT/含能增塑剂的玻璃化转变温度顺序为PBT/Bu-NENAPBT/TEGDNPBT/DAENPPBT/ADNPPBT/A3。与现用的PBT增塑剂A3相比,Bu-NENA、DAENP与PBT相容性更好,且PBT/Bu-NENA和PBT/DAENP混合体系的玻璃化转变温度更低。     

线型聚能射流速度参数的试验及数值模拟研究

本文采用DYNA2D程序对射流自由飞行段进行数值模拟，将模拟所得的射流头部速度值与现有的试验结果进行了对比，数值结果与试验结果较为吻合。     

DNTF与高聚物相容性的分子动力学模拟

为确定高分子聚合物钝感剂和3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱 （DNTF）的相容性,采用分子动力学（MD）模拟方法,分别构建了DNTF与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、氟橡胶（F₂₆₀₃）、顺丁橡胶（BR）和聚偏二氟乙烯（PVDF）混合的熔铸炸药模型,在COMPASS力场下,从径向分布函数、溶度参数和Flory-Huggins相互作用参数3方面研究了DNTF与上述4种高分子聚合物钝感剂的相容性,揭示了共混物分子间相互作用力本质。采用真空安定性实验法对4种共混物体系的相容性进行了实验验证。结果表明：共混物中同组分的分子间径向分布函数值比两组分的分子间值低,体系溶度参数均小于3 J^1/2·cm^-3/2,体系的相互作用参数值小于临界作用参数值,体系放气量均小于0.6 mL,说明DNTF与PMMA、F₂₆₀₃、BR和PVDF均相容,且数值模拟结果与实验结果相吻合。     

杂质对混合硝酸酯及其含能粘合剂安定性的影响

以混合硝酸酯和含70%混合硝酸酯的高能粘合剂作为原料,通过添加不同的杂质,研究了杂质及其含量对硝酸酯安定性的影响.结果表明,随着Fe3 、Cl-、NO3-杂质离子浓度的增加,混合硝酸酯的安定性均降低,NO3-离子对混合硝酸酯安定性的影响最大;Fe2(SO4)3、FeCl3、Fe(NO3)3、BaCl2对含70%混合硝酸酯高能粘合剂安定性的影响依次减弱,且浓度越大,对安定性影响越大.在三种贮存温度下,随着pH值增大,高能粘合剂的安全贮存时间呈现先增大后减小的趋势,含70%混合硝酸酯高能粘合剂pH＝7.08时,安定性最好,安全贮存时间最长;随着高能粘合剂中含水量的增加,高能粘合剂的安全贮存时间也相应降低.     

NEPE推进剂粘合剂性能的分子模拟研究

为了验证分子模拟技术的有效性,运用美国Accelrys公司的分子模拟软件包Materials Studio中的Synthia、Blends模块,针对聚酯类、聚醚类、聚丁二烯类聚氨酯粘合剂,进行了空间位阻参数、杨氏模量、零切粘度及粘流活化能、表面能、Flory-Huggins相互作用参数的分子模拟研究。分子模拟数据与文献报道的实验结果基本吻合,可以为固体推进剂新型粘合剂的分子设计提供参考。     

基于MD方法的增塑剂扩散行为的模拟研究

为克服实验手段的不足,用分子动力学方法模拟丁羟推进剂粘接体系中增塑剂癸二酸二辛酯(DOS)的扩散行为.利用分子模拟软件Materials Studio 4.3构建增塑剂和粘接体系的分子模型,选用COMPASS力场,对经几何优化后的混合体系进行分子动力学模拟,得到增塑剂在粘接体系中的均方位移,通过爱因斯坦方程得到其扩散系数.环境温度为273, 298, 310, 323, 348 K时, DOS在丁羟推进剂粘接体系中的扩散系数分别为0.0010, 0.0020, 0.0025, 0.0031, 0.0043; DOS含量为23%,37.5%,47%,60%时,扩散系数分别为0.0025, 0.0020, 0.0018, 0.0015(单位10-4 cm2·s-1).结果表明: 随着温度的升高,扩散系数逐渐增大; 随着增塑剂含量的增加,扩散系数依次略有下降.     

不同温度下PETN晶体感度判别和力学性能预测的MD研究

为从理论上寻求典型硝酸酯炸药太安（ PETN）晶体的感度判据和力学性能,在NPT系综下,用COMPASS力场对PETN （4×3×4）超晶胞和沿其（100）晶面切割的两种模型,实施了5个温度（195,245,295,345,395 K）的周期性分子动力学（MD）模拟。结果表明,随温度升高,它们的引发键O-NO2的最大键长（ Lmax ）递增,引发键连双原子作用能（ EO-N ）和内聚能密度（CED）递减,与感度随温度升高而增大的实验事实相一致。 Lmax、EO-N和CED在一定条件下,确可用作高能物质热和撞击感度相对大小的理论判据。随温度升高,弹性系数与弹性模量递减,刚性减小,柔性递增,符合实验事实,表明,以切割分面模型进行MD模拟能获得较符合实际的确定结果。     

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。     

NG在聚氨酯中扩散性能的分子动力学模拟

为研究二异氰酸酯类型、温度、硝化甘油（ NG）含量等因素对NG在聚氨酯弹性体内扩散性能的影响,用分子动力学方法,在COMPASS力场下对NG和聚氨酯弹性体混合体系进行了模拟。构建NG与不同聚氨酯弹性体的混合体系模型,并进行结构优化,先后进行恒温恒压系综（ NPT）和恒温恒容系综（ NVT）的分子动力学模拟,得到NG在混合体系中的均方位移,通过爱因斯坦方程计算得到其扩散系数。结果表明：NG在聚氨酯弹性体内扩散系数的数量级为10-8 cm2· s-1,与实验数据一致;扩散系数随聚氨酯弹性体链的柔顺性增加而上升;随温度的不断升高,扩散系数先缓慢上升,当超过308 K后,扩散系数急剧增加。随NG含量的不断升高,扩散系数先缓慢下降,当超过14％后,扩散系数急剧下降。