零氧平衡CL-20/AP复合含能材料的制备及表征

为了调节六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)的氧平衡,进一步提高其能量利用率,采用乳液法制备了零氧平衡的CL-20/AP复合含能材料,并研究了影响乳液稳定性的因素。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)及撞击感度试验对材料的形貌、结构和性能进行了表征。结果表明,表面活性剂吐温-80的用量为AP和CL-20总质量的0.56%时,可形成稳定的O/W结构;乳液能在48h内保持良好的稳定性;微米级的空心球形α-CL-20晶体附着在AP晶体表面,二者充分接触;CL-20/AP复合含能材料仅在243.38℃处有一个放热峰,其放热量达1 538.83J/g,同原料CL-20相比提高了60.7%;CL-20/AP复合含能材料撞击感度的特性落高H50为45cm,比原料CL-20高32cm,显示CL-20的安全性能明显改善。

静电组装低感度CL-20@GO核壳复合材料的制备及性能研究

为降低六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的机械感度,提高其综合性能,以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)为改性剂对CL-20改性,以氧化石墨烯(GO)为包覆材料,利用静电自组装方法对改性CL-20炸药进行表面包覆,制备得到CL-20@GO核壳复合材料;采用水接触角测试、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等对样品进行形貌表征;利用差示扫描量热仪(DSC)测试其热性能,并测试了其机械感度。结果表明,经质量分数5%的APS溶液改性的CL-20成功引入氨基基团,亲水性效果最佳;GO层包覆改性CL-20完整,致密性强;与原料CL-20相比,CL-20@GO核壳复合材料的活化能提高了63.0kJ/mol,撞击感度(H 50)由13.0cm提升至23.5cm,摩擦感度由100%降至24%,表明采用静电自组装的GO涂层可以明显降低CL-20的感度。

基于疏水仿生学提升超细高氯酸铵热分解、安全及防吸湿性能的研究

为了研制出兼具高燃速和高安全性能的固体推进剂,以改善高氯酸铵的性能为目标,采用液相沉积法制备了具有核壳结构的超细高氯酸铵@硬脂酸锌(UF-AP@ZnSA)复合物;使用扫描电镜(SEM)、热重-差示扫描量热法(TG-DSC)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等对样品的形貌、结构和热分解性能进行了表征;并测量了样品的撞击感度、摩擦感度、吸湿率和接触角等参数;采用热分析-红外联用技术分析并解释了硬脂酸锌(ZnSA)催化UF-AP的热分解机理。结果表明,UF-AP表面生成了ZnSA壳层;不同壳层含量的复合物中UF-AP高温分解峰从424.3℃降至370~385℃,相较于原料UF-AP,放热区间更加集中,放热量更大;UF-AP@ZnSA复合物特性落高(H_(50))相较于原料增加了27.6 cm,摩擦感度的爆炸概率减小了76%,安全性能大幅度提升;壳层质量分数为5%的UF-AP@ZnSA复合物72 h的吸湿率为0.05%,较原料UF-AP的吸湿率降低约90%,防吸湿性能得到明显提升。

纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的制备及其性能研究

高能单质含能材料六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)由于机械感度过高,限制了其在军事领域的广泛应用。以硬脂酸修饰的纳米六硝基茋(HNS)为表面活性剂,CL-20和1,3-二硝基苯(DNB)的乙酸乙酯溶液为油相,在超声波辅助作用下制备稳定的Pickering乳液,研究了纳米HNS的界面性质、改性纳米HNS的用量及乳液的静置时间对乳液稳定性的影响规律,成功制备纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物,并对复合物的形貌、结构、热分解性能及安全性能进行表征。结果表明:改性HNS含量为10%~20%,静置时间小于200 min时,可以制备均匀稳定的Pickering乳液;核壳复合物粒径约为5μm左右,表面包覆一层改性纳米HNS;由于共晶结构,复合物的热分解峰温为247.7℃,其热分解放热峰温较原料CL-20提高了7.9℃;复合物的特性落高H_(50)为43 cm,摩擦感度爆炸概率为36%,相较于原料CL-20,安全性能大幅提升。本研究所采用的制备方法安全简单且组分无非含能材料,理论上未降低核壳复合物的能量,有望为含CL-20的复合炸药的设计和制备提供新思路,提升CL-20在军事领域的适用性。

Pickering乳液自组装CL-20/n-Al/F2605复合空心微球的制备与性能

高能量、高爆热的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/Al复合物由于自身的高感度而限制了在炸药领域的广泛应用。为制备高能量和高安全性的CL-20/Al含能复合材料,采用Pickering乳液法制备了空心球形CL-20/n-Al/F2605(氟橡胶)复合物,并对Pickering乳液稳定性、复合物表面结构、热分解、燃烧及安全性能进行了分析。结果显示:当2 mL乙酸乙酯中溶解的CL-20固体质量为0.10~0.14 g、油水质量比在1:5~1:7之间、超声时间小于30 min、静置时间小于120 min时,形成的乳液稳定性好。该复合物表面结构粗糙,中位径d_(50)为73.17μm,各组分复合均匀。复合物的热分解峰温和活化能分别为236.7℃、164.6 kJ/mol,n-Al和F2605降低了CL-20分解过程中21.2%的活化能。复合物平均线性燃速为7.14 cm/s;特性落高H_(50)为39.5 cm,和原料CL-20相比提升了26.5 cm,安全性能得到提高。

超细AP热分解、吸湿与安全性能一体化调控技术

针对超细高氯酸铵(UF-AP)易吸湿、感度高、热分解温度偏高等问题,通过溶剂-非溶剂法制备了UF-AP,平均粒径约为7μm。采用液相沉积法制备了具有核壳结构的超细高氯酸铵@硬脂酸锰(UF-AP@MnSA)复合物,并开展了性能一体化调控研究。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱法(FT-IR)、热重分析法(TG)、差示扫描量热法(DSC)和(DTG)等方法,对样品的形貌、结构和热分解性能进行了表征;并测量样品的撞击感度、摩擦感度、吸湿率和水接触角等相关参数。结果表明,当MnSA质量分数为3%时,可将UF-AP完全包覆成具有核壳结构的UF-AP@MnSA复合物;MnSA分解产物中的MnO会催化UF-AP的分解过程,随着MnSA质量分数的增加,UF-AP@MnSA复合物的低温分解阶段会被削弱,同时高温分解阶段提前,热分解放热速率显著加快;MnSA质量分数为3%时为最优选择,对应UF-AP@MnSA复合物的高温分解DTG最大为139.1%/min,特性落高(H_(50))增加了20 cm,摩擦感度的爆炸概率减小了72%,72 h吸湿率仅为0.062%,UF-AP@MnSA复合物的热分解性能、安全性能、防吸湿性能均有效提升。

纳米CoFe2O4@C复合催化剂的制备及其对AP的催化性能

为了降低高氯酸铵(AP)的热分解温度,基于离子交换原理,通过喷雾法将海藻酸钠(SA)的钠离子与铁钴离子进行交换制备出海藻酸铁钴(FeCo/SA)复合物,经高温煅烧得到铁酸钴@碳(CoFe2O4@C)复合催化剂;采用XRD、FT-IR、SEM等对CoFe2O4@C形貌结构进行了表征;将复合催化剂加至AP中,通过DSC法考察了铁钴离子质量比和煅烧温度对AP热分解催化效果的影响。结果表明,通过离子交换,SA转变为FeCo/SA,常温常压下该复合物为无定型结构,煅烧后原位生成纳米铁酸钴(CoFe2O4)颗粒并负载在碳化后的碳骨架上,有效阻止了纳米CoFe2O4颗粒的团聚;在煅烧温度分别为300、400和600℃,铁钴离子的质量比为1∶2、1∶1和2∶1时,煅烧产物均为CoFe2O4@C;其中铁钴离子质量比为2∶1的FeCo/SA,经300℃煅烧得到的CoFe2O4@C使AP的高温分解峰温降低最多达到96.5℃,表明所制备的CoFe2O4@C复合催化剂能有效降低AP的热分解温度。

基于纳米HNS及共晶技术高效降低CL-20感度的研究

以硬脂酸修饰的纳米六硝基茋(HNS)为表面活性剂,采用Pickering乳液法制备出CL-20-TNT共晶/HNS复合物(CL-20-TNT/HNS),并对其形貌、晶型、热分解性能和安全性能进行了表征。结果表明,Pickering乳液法制备的CL-20-TNT/HNS球形复合物粒径约为5μm,HNS均匀包覆在其表面;CL-20和TNT通过分子间相互作用形成了共晶;CL-20-TNT/HNS热分解峰温为251.5℃,较原料CL-20升高了8.1℃,其撞击感度H 50为68 cm,远高于原料CL-20和CL-20/TNT/HNS三者的机械混合物,较大幅度地提高了CL-20的安全性能。采用的Pickering乳液法中基本不含非含能组分,与以非含能材料(如吐温、司班等)为表面活性剂制备的复合物相比,未降低CL-20-TNT共晶/HNS复合物的能量。

g-C_(3)N_(4)/Fe_(2)O_(3)复合催化剂的表征及其对AP的催化作用

为了改善固体推进剂中高氯酸铵(AP)热分解性能,降低其热分解温度,利用SEM,XRD,FT-IR对原位制备的g-C_(3)N_(4)/Fe_(2)O_(3)复合催化剂的形貌和结构进行了表征,通过差示扫描量热法(DSC)考察了催化剂对AP热分解的催化效果。结果表明:g-C_(3)N_(4)/Fe_(2)O_(3)复合结构完整,Fe_(2)O_(3)颗粒紧密负载在g-C_(3)N_(4)上;加入不同质量分数的复合催化剂,AP的低温分解峰和高温分解峰都明显降低,且随着催化剂加入量的增加催化效果增强;加入复合催化剂质量分数5%时,高温分解峰和低温分解峰分别降低到348.1℃和281.7℃,表明g-C_(3)N_(4)/Fe_(2)O_(3)复合催化剂可有效降低AP的热分解温度,改善其热分解性能。

六硝基六氮杂异戊兹烷/3,5-二硝基苯甲酸(CL-20/DNBA)球形复合物制备及性能

为了降低六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)的感度,采用超声辅助乳液法(UAE),以乙酸乙酯为溶剂,明胶为表面活性剂,在常温条件下,制备了摩尔比为1∶1的CL-20/3,5-二硝基苯甲酸(DNBA)球形复合物。分别采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对其形貌和结构进行了表征;采用差示扫描量热法(DSC)对其热分解性能进行了测试,按照GJB772A-1997测试了其摩擦感度和撞击感度。结果表明:制备的球形复合物表面光滑,无明显棱角,粒径分布均匀,平均粒径为6.7μm;XRD和FT-IR测试结果表明两种分子间有一定的相互作用,可能形成新的球形复合结构;与原料CL-20相比,CL-20/DNBA球形复合物的撞击感度明显降低,特性落高由13 cm提高到50.4 cm,摩擦感度也降低,爆炸概率从100%降低到65%;同时,复合物的热分解性能和CL-20相比明显不同,放热峰提前了20.3℃。

纳米Mn_3O_4复合催化剂的制备及其对AP热分解性能的影响

为了提升高氯酸铵(AP)基固体推进剂的燃烧及点火等性能,采用离子交换法制备了海藻酸锰薄膜,煅烧后得到了纳米Mn_3O_4复合催化剂,研究了其对AP热分解性能的影响。采用扫描电镜、傅里叶红外、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪等对制备的纳米Mn_3O_4复合催化剂形貌和结构进行了表征。结果表明,通过锰离子交换后,海藻酸钠变为海藻酸锰,所形成的薄膜表面光滑致密;400℃煅烧后原位生成的纳米Mn_3O_4颗粒负载在碳化后的海藻酸骨架上,其对AP的催化效果随着纳米Mn_3O_4复合催化剂含量的增加而增强,并且放热速率明显增加;当纳米Mn_3_O4复合催化剂含量为3%时,与纯AP相比,AP的分解温度降低了89.1℃。

基于Pickering乳液构建球扁形核壳CL-20/TNT共晶@Al复合物

六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和纳米Al粉可以提升推进剂或炸药配方的能量,但是纯CL-20或其与一定量Al粉的复合物均具有较高的感度,因此获得低感度的CL-20与Al粉均匀复合物有着重要的意义。以全氟羧酸修饰的纳米Al粉为表面活性剂,CL-20和TNT的乙酸乙酯溶液为油相制备Pickering乳液,研究了纳米Al粉用量和静置时间对乳液稳定性的影响规律,成功制备出球扁形核壳CL-20/TNT共晶@Al复合物,对其形貌、晶型、热分解和安全等性能进行了表征。结果表明,Al粉含量为1%、10%和20%时可以获得稳定的乳液;静置时间少于100 min时,可以获得稳定的乳液;X射线粉末衍射(XRD)结果表明,两种炸药形成了CL-20/TNT共晶;扫描电镜(SEM)结果显示,所形成的球扁形共晶尺寸约为20~40μm,纳米Al粉均匀包覆在共晶表面;复合物的特性落高H;为35 cm,摩擦感度爆炸概率为30%,安全性能高于纯CL-20。采用的制备方法中未添加非含能组份,理论上没有降低CL-20/TNT共晶@Al复合物的能量,有望为含CL-20、Al的高能推进剂和炸药的设计和制备提供新思路。

超声辅助乳液法制备超细化球形CL-20/DNT复合物及其性能研究

为了降低高能炸药六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)的机械感度,采用超声辅助乳液法制备了球形六硝基六氮杂异戊兹烷/二硝基甲苯(CL-20/DNT)复合物;研究了超声时间和放置时间以及表面活性剂的种类和用量对乳液稳定性和复合物形貌的影响;通过光学显微镜和扫描电镜(SEM)对CL-20/DNT复合物的形貌和尺寸进行了表征;采用X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶红外分析(FTIR)对其结构进行了表征;采用差示扫描量热分析(DSC)对其热分解性能进行了测试;采用特性落高法测试了其机械感度。结果表明,在以吐温-80为表面活性剂、用量为炸药总质量的1.87%、超声时间不低于10min以及放置时间不超过24h的条件下,所制备的球形CL-20/DNT复合物形貌尺寸较好,粒径分布较窄,中位粒径为1.88μm,表面光滑;与原料CL-20相比,球形CL-20/DNT复合物的热分解温度提前了27.05℃,转晶峰消失;其特性落高由13.0cm升至68.5cm,感度明显降低。