DNTF/HATO混合体系安全性及分子动力学模拟

为了研究3,4–二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)与5,5'-联四唑-1,1'-二氧二羟胺(HATO)混合炸药安全性能,对DNTF临界直径和不同比例的DNTF/HATO混合体系的撞击感度、摩擦感度、冲击波感度、热感度的变化规律进行了研究。结果表明:DNTF单质炸药临界直径约为0.2 mm。当HATO的含量小于等于55%时,混合体系的特性落高随HATO含量的增加线性增加;摩擦感度随HATO含量的增加线性减小。混合体系的冲击波感度在HATO含量小于等于50%时与DNTF相当,当HATO含量达到55%时有所改善,隔板值G50降低5 mm左右。DNTF和HATO混合后,HATO的热分解温度会由243.7℃降低到230℃左右。采用Dreiding力场对DNTF/HATO混体系分子动力学模拟得到,随着HATO含量的增加,DNTF分子中五元环与NO_2相连的C—N键、五元环中的C—O键的键长呈现下降的趋势,说明DNTF、HATO形成混合体系后,结构稳定性有所提高。     

铅、铜盐催化剂对DNTF炸药热分解及烤燃响应特性的影响

为提高3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)炸药热安全性,采用高压差示扫描量热仪(PDSC)、小型烤燃实验考察了水杨酸铅(PbSa)、水杨酸铜(CuSa)、2,4-二羟基苯甲酸铜(β-Cu)、邻苯二甲酸铜(Cu(PA)2)、氧化铜(CuO)等催化剂对DNTF烤燃响应特性以及1 MPa下热分解性能的影响。结果表明,CuSa、β-Cu、Cu(PA)2等有机铜盐催化剂可提高DNTF热分解速率,使其在1 MPa下分解峰温降低13.6℃以上,PbSa使DNTF分解峰温升高了3.1℃,同时二次分解剧烈程度更明显,CuO对DNTF热分解无影响;CuSa可使无约束条件的DNTF在1℃·min^-1下的烤燃响应温度由236.6℃降低为182.3℃,响应剧烈程度由爆炸改善为燃烧;少量CuSa可使强约束条件下的DNTF基混合炸药装药在1℃·min^-1下的烤燃响应温度降低2.4℃,响应剧烈程度由爆炸降低为燃烧,说明选择合适的有机铜盐催化剂可有效改善DNTF基炸药装药烤燃响应特性。     

DAATO_(3.5)与CMDB推进剂组分的相互作用及相容性

采用差示扫描量热法(DSC)和真空安定性实验(VST),对N-氧化3'3-偶氮双(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)(DAATO_(3.5))与复合改性双基(CMDB)推进剂常用单组分之间的相互作用和相容性进行了研究。采用70℃推进剂固化实验,考察了DAATO_(3.5)与CMDB推进剂药浆多组分混合体系的相容性。DSC研究结果表明,DAATO_(3.5)与硝化棉(NC)、硝化甘油(NG)、奥克托今(HMX)、3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)、铝粉(Al)、吉纳(DINA)、炭黑(C.B)和1,3-二甲基-1,3-二苯基脲(C2)之间没有明显的相互作用,相容性较好。DAATO_(3.5)与黑索今(RDX)和六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)存在较为明显的相互作用;与间苯二酚(Res)之间存在强烈的相互作用,Res对DAATO_(3.5)的峰温没有影响但会显著改变DAATO_(3.5)的分解峰型;高氯酸铵(AP)对DAATO_(3.5)的分解峰温没有明显的影响;DAATO_(3.5)可使AP的起始分解温度从310℃降至275℃,并使AP的低温分解峰和高温分解峰合并成一个分解单峰,分解峰温较AP的高温分解峰温下降52.9℃。VST实验结果表明,DAATO_(3.5)与AP相容,与RDX属于中等反应,与Res不相容。推进剂固化实验结果表明,DAATO_(3.5)与CMDB推进剂多组分混合体系在70℃实际工艺条件下可以安全固化,形成的含DAATO_(3.5)的CMDB推进剂均匀致密,表明DAATO_(3.5)可应用于CMDB推进剂中。     

共沸精馏制取无水乙醇的实验研究

以工业酒精为原料,采用间歇共沸精馏方法制取无水乙醇,考察了共沸剂类型、共沸剂用量、共沸精馏时间等因素对分离效果的影响,实验结果表明:采用环己烷作共沸剂,共沸剂的实际加入量与理论加入量之比约为1.23:1和共沸精馏时间为135min左右时,制得的无水乙醇浓度(质量分率)可以达到99.88%.     

BOM熔铸炸药的制备与性能

为了研究熔铸炸药3,3'-联(1,2,4-噁二唑)-5,5'-二甲硝酸酯(BOM)的性能,采用熔铸工艺制备了熔铸试样,测试了熔铸试样的爆速;通过热分解和恒温试验研究了BOM的熔铸工艺热安全性,采用宏观凝固成型和微观凝固结晶试验研究了BOM的凝固性能,采用抗压和抗拉试验研究了BOM铸件的力学性能;通过爆轰性能计算研究了BOM/HMX/Al熔铸炸药体系的爆速和爆热性能.结果表明,BOM自然凝固成型密度为1.726 g·cm-3,实测爆速为7679 m·s-1.BOM分解峰温为213.8℃,计算热爆炸临界温度为190.7℃,恒温加热未见变色发烟,显示良好的熔铸工艺热安全性.BOM凝固缺陷集中于铸件顶部补缩区,自然凝固体积收缩率15.7％,成型密度为理论密度的94.7％,凝固成型性能良好.铸件抗压强度6.21 MPa,抗拉强度1.89 MPa.在BOM/HMX/Al熔铸炸药体系中,爆速随着Al含量的增加线性降低.Al含量低于24％时,爆热随着Al含量的增加逐步提高.Al含量大于24％时,爆热与配方中BOM和HMX的配比相关,可调节体系中BOM与HMX的配比以满足配方最佳的铝氧比.     

添加剂对1，3，3-三硝基氮杂环丁烷性能的影响?

通过扫描电镜(SEM)和液体静力称量法,研究了1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)的微观结构及乙酸丁酸纤维素(CAB)、N-甲基-对-硝基苯胺(MNA)、2,4-二硝基苯胺(DNA)、聚四氟乙烯(PTFE)4种添加剂对TNAZ微观结构和装药密度的影响,并进一步研究了MNA、DNA对TNAZ摩擦感度、撞击感度以及爆速的影响。结果表明,TNAZ熔融结晶后的密度下降了9.3%;CAB、PTFE的加入降低了TNAZ的装药密度;而MNA、DNA的加入不仅提高了TNAZ的装药密度,还降低了TNAZ的摩擦感度和撞击感度;且适量加入MNA和DNA,能够提高TNAZ/HMX基炸药的装药密度,从而提高其爆速。     

TNT、DNAN和DNTF单质凝固过程中温度和缩松的数值模拟及实验研究

为了解熔铸载体炸药凝固过程中温度及缩松规律,以TNT、DNAN和DNTF 3种单质炸药为研究对象,使用铸造软件ProCAST对3种载体在铜模具中自然凝固时轴向不同位置处温度变化及总体缩松情况进行了模拟计算,并针对模拟工况进行了试验验证;通过热电偶温度传感器测量并记录温度曲线;对凝固后的药柱进行机械剖分并观察缩松情况。结果表明,TNT、DNAN和DNTF的凝固点分别为81、90和109℃;TNT及DNAN凝固偏向于逐层凝固,而DNTF凝固则接近于体积凝固;3种单质炸药凝固过程中温度模拟结果准确度高,平均误差均小于10%;缩松预测计算结果同试验结果一致;模拟计算精度能够满足工艺实践的需求。     

一种DNAN基熔铸炸药压滤装药工艺安全性分析

为确保混合炸药在压滤装药工艺过程中的安全性,通过工艺过程安全性分析,获得了工艺安全性风险因素及其分类;利用试验测试和数值仿真手段,对一种DNAN基熔铸混合炸药(MCX-D)的本质安全性、相容性、机械和热刺激等装药工艺安全性影响因素进行了分析与研究。结果表明,炸药本质上是安全的,压滤工艺过程中组分变化和热损伤导致炸药本身感度的升高有限(机械感度≤40%),符合使用要求;装药在温度和压力双重作用下的内部温升仅为0.3℃左右,不存在热爆炸的可能性。由此证明DNAN基熔铸炸药压滤装药工艺是安全可靠的。     

BFFO的热安全性和凝固特性

为了探究双呋咱并[3,4-b:3′,4′-f]氧化呋咱并[3″,4″-d]氧杂环庚三烯(BFFO)的熔铸工艺性能,通过DSC实验并结合长时恒温试验,对BFFO的热安全性进行了研究;通过X光透射成像、扫描电镜形貌分析、DSC控制凝固测试等对其凝固性能进行了研究,并与3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)进行了对比。结果表明,BFFO熔融峰温84.7℃,95~135℃的恒温长时加热未见变色发烟,显示良好的熔铸工艺热稳定性。BFFO的起始分解温度为251.8℃,分解峰温339.5℃,β→0时热爆炸临界温度(T_b)为270.8℃,显示出良好的熔铸工艺热安全性。BFFO具有一种特殊的凝固结晶特性,能以小时为单位,长时间保持熔融状态,显示出非常缓慢的凝固速率。BFFO熔融液相密度为1.659g/cm³(95℃),自然凝固体积收缩率为11.3%。其凝固缺陷集中于药柱顶部补缩区,成型部分整体均匀致密,凝固成型密度1.774g/cm³,达到理论密度的94.9%,显示出良好的熔铸凝固成型性能。相比DNTF,BFFO的熔融峰温降低24.8℃,具有更好的熔融工艺性;分解峰温提高62.6℃且分解过程相对缓和,具有更优的热安定性。BFFO的凝固速率显著低于DNTF,具有更好的凝固补缩性能,可以降低铸件的内部缺陷,使凝固成型相对密度较DNTF提高7.8%。     

两种密度DNTF装药的驱动性能及其产物状态方程

为研究装药密度对3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)驱动性能的影响,采用不同的凝固工艺制备了两种密度的DNTF装药试样,并开展了Φ25mm圆筒试验,获得了圆筒壁膨胀位移与时间的关系,计算了爆轰产物在特定相对比容下的比动能及装药的格尼系数,并依据圆筒试验数据拟合了两种装药密度下DNTF爆炸产物的JWL状态方程。结果表明,常温常压凝固工艺条件下,DNTF装药密度仅为1.58g/cm³;在80℃、0.6MPa工艺条件下,装药密度升至1.80g/cm³,较常温常压下提高了13.9%;在装药密度为1.58g/cm³下,DNTF的格尼系数为2.97mm/μs,爆轰产物相对比容为7.0时的比动能为1.471kJ/g;在装药密度为1.80g/cm³下,DNTF的格尼系数增至3.03mm/μs,爆轰产物比动能增至1.716kJ/g,分别较常温常压下提高了2%和16.7%。表明DNTF装药密度的提升不仅能够显著提升单位体积装药的驱动性能,也有利于单位质量装药驱动性能的进一步增强。