二苯胺对硝化棉的等温热分解动力学的影响

为研究二苯胺(DPA)对硝化棉(NC)的等温热分解动力学的影响,采用等温热分解量气装置,获得378.15～398.15 K时NC/DPA(3%)混合样品热分解产生气体的压力随时间变化曲线,该曲线中存在明显的拐点。通过Arrhenius方程和模式配合法获得NC/DPA(3%)混合样品在拐点前和拐点后的等温热分解动力学参数。采用Berthelot方程外推得到不同温度下NC/DPA的贮存寿命。结果表明,拐点前NC/DPA(3%)混合样品的活化能为164.6 kJ·mol~(-1),拐点后NC/DPA(3%)混合样品的活化能为150.4 kJ·mol~(-1);与原料NC相比,拐点前NC/DPA(3%)混合样品的活化能提高17.7 kJ·mol~(-1);以分解深度0.1%作为评判标准,室温下NC/DPA(3%)混合样品可贮存18.3年,表明添加3%DPA后可延长NC贮存寿命7.7年。     

纳米硝化纤维素的制备及性能表征

采用静电纺丝技术制备了硝化棉纳米纤维,确定了硝化纤维素纺丝液溶剂体系的组成。优化了静电纺丝工艺参数。研究结果表明,体积比为11的丙酮/乙醇混合液可作为制备硝化棉静电纺丝液的溶剂;优化得到的纺丝工艺条件为:纺丝电压14 kV,纺丝液浓度9%,纺丝液流量0.1 mL.h-1,接受距离22 cm,在该优化的工艺条件下可得到平均直径为80 nm的硝化棉纳米纤维。静电纺丝没有改变硝化纤维素的分子链结构,纳米硝化纤维素的分解热为1835.80 J.g-1,高于纺丝前硝化纤维素的分解热。     

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。     

硝化壳聚糖/n-Al复合材料的共振制备和燃烧特性

为有效缓解纳米铝粉（n-Al）颗粒团聚并改善其燃烧性能,利用具有蜂窝状网络结构且高能低感的硝化壳聚糖（NCh）为包覆剂,通过声共振法制备了结构均匀的二元纳米复合材料NCh/n-Al,同时采用XRD、SEM、TEM和激光点火研究了其形貌结构和燃烧性能,并与硝化棉（NC）/n-Al复合材料进行了对比。结果表明,制备的NCh/n-Al复合材料形貌均匀、分散性良好;相比于n-Al及NC/n-Al,NCh/n-Al点火延迟时间分别缩短了6和20 ms,火焰面积增大了近1倍;NCh/n-Al的燃烧更加充分,残渣主要包括Al₂O₃和极少量未燃烧的Al及碳渣,且粒径明显较小。     

制备工艺对HMX机械感度和热分解特性的影响

采用对原料奥克托今(HMX)筛分、球磨和溶剂/非溶剂重结晶等三种方法,制备出了不同形貌和粒度的HMX粉末。利用激光粒度仪和扫描电子显微镜(SEM)对样品进行了表征,并进行了撞击感度、摩擦感度及DSC测试,计算了三种HMX样品的表观热分解活化能。结果表明,筛分法制备的HMX样品,随着样品d50的减小,其机械感度没有明显的变化规律;球磨法制备的HMX样品,随着样品d50的减小,其撞击感度降低、摩擦感度升高;溶剂/非溶剂法制备的HMX样品,随着样品d50的减小,撞击和摩擦感度均降低。球磨法制备的HMX热分解活化能的平均值为262.184kJ.mol-1,明显高于溶剂/非溶剂法(238.902kJ.mol-1)和筛分法(242.343kJ.mol-1)。     

富勒烯乙二胺二硝酰胺盐的制备、表征及热分解特性

以富勒烯乙二胺硝酸盐和二硝酰胺铵(ADN)为原料,通过离子交换反应制备了富勒烯乙二胺二硝酰胺盐,采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、元素分析和X射线光电子能谱(XPS)等对其结构进行了表征。结果表明,富勒烯乙二胺二硝酰胺盐的分子式为H12C60(HNCH2C H2NH2·HN(NO2)2)12。用差热分析(DTA)、差示扫描量热法(DSC)和热重-微分热重分析(TG-DTG)研究其热分解特性。DSC曲线表明富勒烯乙二胺二硝酰胺盐于150℃开始分解,热分解峰温为203℃,分解焓为1037.7 J·g-1。TG曲线表明,100~800℃范围内,总失重率49.68%,主要是N(NO2)-2分解和部分支链分解。     

RDX热分解特性及HMX对其热稳定性的影响

利用微热量热实验研究了黑索今(RDX)的热分解特性及奥克托今(HMX)对其热稳定性的影响,运用AKTS分析软件对热分解曲线进行解耦分峰,得到了不受熔融相变影响的热分解曲线和参数,采用Kissinger、Friedman和Ozawa法计算了其热分解活化能。结果表明:RDX是熔融分解型物质,解耦后的RDX熔融峰温为201.07～208.05℃,分解峰温为207.99～232.76℃,活化能为167.70 kJ·mol~(-1),通过Friedman法和Ozawa法计算的活化能变化趋势相同,并得到AKTS软件验证。不同RDX/HMX比例(9/1,8/2,7/3,6/4,5/5)的样品与单质RDX相比,混合样品中RDX的熔融峰温平均降低了8.63,8.32,9.70,8.57,6.50℃,其分解峰温平均改变了1.14,2.01,2.58,3.53,3.47℃;混合样品中RDX活化能为162.32,151.40,149.78,141.14,132.93 kJ·mol~(-1),表明随着HMX比例的增加,RDX活化能降低。     

量气法研究CL-20热分解动力学

采用一种新型的热稳定性量气测试系统"拉瓦"装置,在接近真空的密闭条件下对CL-20的全分解过程进行恒温实时监测。实验结果表明,CL-20全分解放出的气体量为628.5 mL.g-1;在170~200℃范围内,分解深度为0%~50%范围内时,其反应机理函数符合成核和生长(n=1.5)的Avrami-Erofeyev方程;表观活化能和指前因子分别为Ea=174.1 kJ.mol-1,ln(A/s-1)=42.34。     

NC/Al纳米复合含能材料的制备与表征

采用溶胶-凝胶法和超临界二氧化碳干燥法制备了硝化棉/铝粉(NC/Al)纳米复合材料,并通过红外光谱、比表面积、扫描电子显微镜(SEM)以及差示扫描量热(DSC)等分析方法对复合材料进行了表征。研究结果表明: 纳米铝粉与NC气凝胶骨架成功复合; 复合材料为平均孔径在20~50 nm之间的介孔材料,纳米铝粉在凝胶中均匀分散; NC/Al纳米复合材料的比表面积随铝粉添加量增加而下降; 复合材料中纳米铝粉与硝化棉质量比为5∶10时, NC组分分解热由空白NC气凝胶的1689.21 J·g-1提高至2408.07 J·g-1。      

碳气凝胶的制备及润湿性能研究

以间苯二酚和糠醛为原料,经溶胶-凝胶、常压干燥和在真空环境中高温碳化,制备出碳气凝胶。用XRD、SEM及BET法对碳气凝胶结构组成与微观形貌进行表征。对碳气凝胶进行氟化处理,研究其润湿性能。结果表明,用此法制得的碳气凝胶经氟化处理可由超亲水变为超疏水材料。     

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。     

四种典型安定剂对硝化棉热安定性能的影响

采用差热分析、差示扫描量热、绝热加速量热等热分析技术研究了四种典型安定剂(二苯胺、N,N'-二甲基-N,N'-二苯脲、3-甲基-1,1-二苯基脲和N-甲基-4-硝基苯胺)对硝化棉热分解行为的影响,获得了不同情况下硝化棉试样的热分解参数.非等温量热法计算结果表明,添加四种典型安定剂后硝化棉的热爆炸临界温度分别提高了0.06,0.82,1.00和1.56 K;绝热加速量热实验显示,安定剂对硝化棉绝热分解初期的温升速率和初始压力影响有限,但使硝化棉的最高温升速率分别降低了0.39,0.64,0.70和0.65 K·min-1;通过中断回扫实验探究了热历史对硝化棉试样热分解行为的影响.结果表明,四种安定剂热安定性效果明显,虽然硝化棉热分解初期受安定剂的影响较小,但随着热分解反应的进行,硝化棉热分解产物引起的剧烈自催化分解可以通过与安定剂进行快速反应而得到缓解,并降低热历史对硝化棉热分解反应的影响.对比可知,N-甲基-4-硝基苯胺对硝化棉自催化分解的抑制作用最为明显.     

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。     

自催化反应速率方程的导出途径及其在含能材料热行为研究中的应用

提出了经验级数自催化反应速率方程和13个派生式的导出途径。导出了描述自催化反应速率曲线特性[αmax和(dα/dt)max]的方程和反应进度(α)随时间(t)和温度(T)变化的方程。编制了计算自催化反应动力学参数(E、A或E1、A1、E2、A2)、经验级数(m、n、p)和αmax、(dα/dt)max值的计算机程序。提出了描述六硝基六氮杂异伍兹烷(HNIW)自催化分解反应的速率方程和硝化棉(NC)(12.82%、12.97%、13.54%、13.61%、13.86%、13.88%、14.14%N)自催化分解反应的动力学参数——催化系数Kcat、速率曲线特性参数和α随t变化的方程。     

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%。     

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。     

DIANP对NC溶塑作用的实验与模拟

用动态流变实验和扫描电子显微镜观察对比研究了1,5-二叠氮-3-硝基氮杂戊烷(DIANP)和硝化甘油(NG)溶塑硝化纤维素(NC)的速率和效果,用分子动力学模拟方法对DIANP、NG、NC的溶度参数和DIANP、NG在NC中的扩散系数进行了模拟计算,采用介观动力学模拟方法得到了NC/DIANP和NC/NG共混体系的介观形貌。结果表明,与NG相比,DIANP溶塑NC速率较快,二者在NC中的扩散系数分别为1.39×10~(-10)m~2·s~(-1)和2.24×10~(-10)m~2·s~(-1)。相对于NG,DIANP溶塑效果更好,两种共混体系的显微形貌特征与介观动力学模拟结果具有很高的一致性。溶度参数计算结果表明,DIANP的分子间作用力大小与NC较为相似,而NG溶度参数的范德华力和静电力分量所占的比例与NC接近。     

HMX热分解动力学与热安全性研究

利用差示扫描量热法( DSC),获得了单质炸药奥克托今(HMX)热分解的特征参数,利用热重法(TG)得到HMX热分解的起始分解温度、各阶段的失重量、最大失重速率及对应的温度、最终残渣量、反应深度、反应速率等参数.将DSC、TG数据与Malek法相结合对HMX的热安全性进行了研究.结果表明,HMX在加热过程中先出现晶型转...