晶体缺陷对HMX基PBX性能影响的理论计算

为研究晶体缺陷对奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)性能的影响,分别建立了2种PBX"完美"模型和4种缺陷模型。采用分子动力学(MD)方法,对6种PBX模型进行了模拟计算,得到了感度、结合能、爆轰性能和力学性能参数并进行了对比。结果表明,晶体缺陷导致PBX炸药的键连双原子作用能和内聚能密度减小,分别下降2.46～5.72 kJ·mol~(-1)和0.0251～0.0544 kJ·cm~(-3),表明缺陷模型的感度增加,安全性降低;缺陷模型的结合能下降509.61～1618.24 kJ·mol~(-1),表明炸药的稳定性变差;缺陷模型的密度、爆速和爆压均下降,降幅分别为0.01～0.05 g·cm~(-3)、36.35～185.69 m·s~(-1)和0.36～1.79 GPa,其氧平衡和爆热的变化几乎可以忽略不计,表明缺陷模型的毁伤威力降低。晶体缺陷还导致PBX炸药的拉伸模量、体积模量和剪切模量分别下降0.062～1.772、0.261～1.188 GPa和0.012～0.685 GPa,体积模量与剪切模量之比增加0.002～0.366,位错和空位缺陷模型的柯西压分别下降0.822 GPa和0.479 GPa,掺杂和孪晶缺陷模型的柯西压分别上升0.114 GPa和0.491 GPa,表明缺陷模型的抗变形能力下降,柔韧性增强。     

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.     

基于纳米压痕方式测定PBX的弹性模量

介绍了纳米压痕方式测定塑料粘结炸药弹性模量的理论和实验方法。选取以HMX的为基的模压塑料粘结炸药(PBX)的柱形(Φ20 mm×4 mm)样品,在其表面进行4×4(间距为10μm)点阵压痕实验,测定出该炸药在16个不同位置的弹性模量值。实验表明该型PBX模量值随着压入深度以及压痕位置发生变化。在压入深度为270~750 nm之间的模量测定值较高,而在压入深度超过750 nm后,模量值趋于稳定,测定值为6 GPa,接近于传统方法的测量值。     

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。     

TNT/TNCB共晶炸药的制备及表征

采用溶液共结晶法制得2,4,6-三硝基甲苯/2,4,6-三硝基氯苯(TNT/TNCB)共晶炸药,采用X射线单晶衍射表征了其结构,该晶体属于单斜晶系,P21/c空间群,晶胞参数:a=2.1148(5)nm,b=0.60974(14)nm,c=1.4968(4)nm,α=90°,β=110.374(4)°,γ=90°,V=1.8093(7)nm3,Z=4。采用差示扫描量热法分析了共晶炸药的热性能,并测定了其撞击感度,结果表明,该共晶炸药熔点为72.7℃,H_(50)=92.9 cm,均低于TNT与TNCB。运用密度泛函理论方法及Kamlet-Jacobs方程计算得到TNT/TNCB共晶炸药的爆速为7508 m/s,爆压为24.52 GPa。     

3,4-二硝基吡唑的性能表征及应用

为了探究3,4-二硝基吡唑(DNP)替代TNT作为新型熔铸炸药载体的可行性,采用光学显微镜、傅里叶红外变换光谱仪、紫外可见分光光度计及DTA/TG热分析仪器对其结构进行了表征,利用氧弹量热仪、电测法分别测试了DNP爆热、爆速,并应用VLW程序计算了TNT/CL-20,DNP/CL-20混合炸药的爆轰参数。结果表明,DNP热分解过程主要分为吡唑环断裂和硝基脱环、自催化加速反应两个阶段,热分解表观活化能为131 k J·mol-1;DNP爆热、爆速分别为4326 k J·Kg~(-1)、7633 m·s~(-1),计算得出DNP/CL-20混合炸药爆轰性能明显优于TNT/CL-20混合炸药,当DNP/CL-20=2∶3(质量比)时,计算爆压为39.4 GPa,爆速为8961 m·s~(-1)。     

两种固化剂对PBT弹性体力学性能的影响

为了研究固化剂化学结构对3,3-双叠氮甲基氧丁环-四氢呋喃共聚醚(PBT)弹性体力学性能的影响,分别以六亚甲基二异氰酸酯(HDI)与水的加成产物N100、三羟甲基丙烷与HDI混合物(TMP/HDI)为固化剂,通过与PBT反应制备得到不同固化剂交联的PBT弹性体。采用力学、低场核磁、红外分析方法,考察了异氰酸酯固化剂结构对PBT弹性体力学性能的影响规律。结果表明:相同化学交联网络密度下,PBT-N100弹性体S0的断裂拉伸强度为(0.983±0.03)MPa,延伸率为(110±7)%,初始拉伸模量为(1.80±0.02)MPa;PBT-TMP/HDI弹性体S4的断裂拉伸强度为(1.43±0.08)MPa、延伸率为(336±6)%,初始拉伸模量为(1.26±0.01)MPa。PBT-N100弹性体S0网链物理交联强度高于S4。N100中脲羰基与氨基较强的氢键作用提高了PBT弹性体网链间的物理相互作用,使得弹性体S0拉伸模量高于S4、延伸率低于S4。     

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。      

多硝基双吡啶的合成、表征和理论研究（英）

以2-氨基-6-氯-3,5-二硝基吡啶为原料,经C-N偶联反应和叠氮化取代反应,设计/合成了一种新化合物N-(6-叠氮基-3,5-二硝基吡啶-2-基)-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶,总产率为69％.用1H NMR、13C NMR、质谱和元素分析鉴定了其结构,在DFT-B3 LYP/6-31 G**水平下预估该化合物的的爆速为7.89 km·s-1,爆压为28.37 GPa.表明,该化合物比2,4,6-三硝基甲苯(TNT)有更好的爆轰性能.     

多硝基双吡啶的合成、表征和理论研究（英文）

以2-氨基-6-氯-3,5-二硝基吡啶为原料,经C—N偶联反应和叠氮化取代反应,设计/合成了一种新化合物N-(6-叠氮基-3,5-二硝基吡啶-2-基)-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶,总产率为69%。用1H NMR、13C NMR、质谱和元素分析鉴定了其结构,在DFT-B3LYP/6-31G**水平下预估该化合物的的爆速为7.89km·s-1,爆压为28.37GPa。表明,该化合物比2,4,6-三硝基甲苯(TNT)有更好的爆轰性能。     

4,6-二硝基-7-氧-苯并氧化呋咱钾-水合物(KDNP·H2O)的合成、晶体结构与性能

2,4,6-三硝基间苯二酚铅(LTNR)的主要缺点是静电感度过高以及含铅对人体、环境造成危害.为了寻找LTNR的替代物,采用两步法合成了4,6-二硝基-7-氧-苯并氧化呋咱钾-水合物(KDNP·H2O).利用溶剂蒸发法获得了该化合物的单晶.利用元素分析、红外光谱法、核磁共振氢/碳谱法和单晶X-衍射对其结构进行了表征.按国军标GJB-5891测试了其感度,计算了爆热.根据Kamlet-Jacobs方程计算了该化合物的爆轰参数.结果表明,该晶体为三斜晶系,空间群为P-1,有一个结晶水.该起爆药撞击感度为21.3 cm,静电感度为0.69 J,摩擦感度为56％,火焰感度为为24.7 cm,爆热为3.50 kJ·g-1,爆速为6.77 km·s“、爆压为21.25 GPa,显示KDNP·H2O是一种无铅安全环保的起爆药.     

1-三硝甲基-3-硝基-1,2,4-三唑的晶体结构及性能预估

为了获得1-三硝甲基-3-硝基-1,2,4-三唑(TNMNT)的晶体结构并对其性能进行预估,以3-硝基-1,2,4-三唑为原料,通过取代、硝化反应合成出了TNMNT,收率为62%,以无水乙醇为溶剂,用溶剂蒸发法培养得到纯的TNMNT单晶,并采用核磁共振谱、红外光谱与X-射线单晶衍射仪进行了结构表征。用DSC-TG法分析了热稳定性。用Gaussian 09 and EXPLO5(V6.02)程序分别计算了生成焓和爆轰参数。结果表明:TNMNT晶体属于单斜晶系,空间群P21/c,晶体参数为a=6.643(3),b=20.494(7),c=6.698(3),β=94.225(9)°,V=909.4(6)3,Z=4,Dc=1.922 g·cm~(-3),μ=0.190 mm~(-1),F(000)=528.0。5℃·min-1升温速率下,TNMNT的热分解峰温为158.3℃。它的标准生成焓为210.9 kJ·mol~(-1),爆速为9023 m·s~(-1),爆压为35.5 GPa。大量分子间和分子内氢键作用的存在使TNMNT分子稳定存在,硝仿基团的引入使TNMNT分子的能量提高。     

两种DNAN基含铝炸药的爆轰性能

为研究2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基含铝炸药的爆轰性能,采用全光纤激光干涉测速仪(DISAR),测量了两种含铝炸药——RBOL-2(DNAN/HMX/Al/添加剂)和RMOE-2(DNAN/HMX/NTO/Al/添加剂)爆轰端面与窗口界面粒子速度以及驱动金属平板自由表面速度,得到两种炸药的爆轰反应区宽度分别为(1.073±0.111)mm和(1.559±0.094)mm,CJ压力分别为(25.42±0.44)GPa和(20.99±0.15)GPa,冯·诺依曼峰值压力分别为41.27 GPa和27.69 GPa等爆轰波结构参数。金属平板自由表面速度结果表明:RBOL-2炸药的做功能力强于RMOE-2炸药;含铝炸药达到的稳定爆轰状态与起爆加载条件有关,加载压力越高,含铝炸药的做功能力越强,在较高的加载压力(21 GPa)下,加载压力越高,参与爆轰反应区反应的铝粉越多,含铝炸药达到的爆轰状态越强。     

TNT爆轰生成纳米金刚石晶核生成和长大的估计

以实验测定的爆轰压力和比容等空间分布参数粉为依据，用简单理论估算温度和反应度，用晶粒均匀成核和长大理论估算了ＴＮＴ爆轰游离碳在上述热力学条件下的金刚石成核和长大过程，估算的金刚石得率与实验值相符．     

1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑的晶体形貌预测

为了解1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑(MTNI)晶体结构及晶体生长过程,利用分子模拟软件Materials Studio(MS)中的BFDH、Growth Morphology和Equilibrium Morphology方法预测了MTNI在真空中的晶体形貌,得到了形态学上重要的生长晶面。分析表明:(012)晶面是强极性面,(110)和(111)面为极性面,(010)面为弱极性面。在强极性溶剂中,(012)、(110)和(111)晶面生长受阻,成为显露面,而(010)面会逐渐变小,甚至消失。在弱极性溶剂中,晶面生长情况刚好相反。MTNI在乙醇、丙酮、乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、二甲基甲酰胺(DMF)、甲醇7种溶剂中的预测晶体形貌,与实验所得晶体晶形相吻合。当与乙醇、二氯甲烷、DMF作用后,MTNI的晶习为类球状,球形度分别为1.12、1.11、1.12。     

4-氨基-1,2,4-三唑-NTO盐的晶体结构及性能

用X射线单晶衍射法测定了4-氨基-1,2,4-三唑(4-AT)与3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)制得的盐(AT)(NTO)的单晶结构。结果表明:该晶体为单斜晶系,属P21/c空间群,晶体学参数a=7.071(2),b=6.361(3),c=18.792(7);β=96.43(3)°;V=839.9(5)3;Z=4;Dc=1.694 g.cm-3;μ=0.145/mm;F(000)=440。在(AT)(NTO)晶体中,4-AT阳离子上所有的原子和NTO阴离子上所有的原子均在以各自三唑环为基础的一个平面上,两平面夹角为7.6°。由真空安定性(VST)、撞击感度、摩擦感度和静电火花感度试验所得的真空放气量、特性落高、爆炸概率、50%发火电压、50%发火能分别为0.28 mL.g-1(100℃/48 h),124.7 cm,0%,12.841 kV和2.515 J,表明,(AT)(NTO)对热是稳定的,对撞击、摩擦和静电火花是不敏感的。