叠氮硝胺发射药的贮存性能研究

为研究叠氮硝胺发射药的贮存性能,采用热老化加速寿命试验预估发射药贮存寿命,通过理化性能试验、14.5mm机枪试验研究叠氮硝胺发射药长期贮存后的理化性能、内弹道性能。结果表明,采用热加速老化法预估叠氮硝胺发射药的安全存储寿命(常温30℃)为63a,与普通双基吸收药相比,具有更好的安定性;长贮23a以上的叠氮硝胺发射药理化性能、安定性、内弹道性能稳定。研究表明叠氮硝胺发射药可以满足弹药装药长期贮存使用要求。

叠氮硝胺发射药燃烧性能调控技术

通过对发射药燃烧性能调节与控制技术途径的对比分析,提出了适用于高增塑剂含量的叠氮硝胺(DI-ANP)发射药燃烧性能调节与控制技术方案,确定了适合DIANP发射药的钝感包覆剂配方。利用密闭爆发器研究了钝感包覆DIANP发射药的燃烧性能及其影响因素,试验结果表明:采用钝感包覆处理技术可以降低DI-ANP发射药的初始燃气生成猛度,获得了渐增性燃烧的效果。钝感包覆剂的用量是影响钝感包覆DIANP发射药燃烧性能的主要因素。

1,5-二叠氮基-3-硝基氮杂戊烷对硝化棉的溶塑作用

采用双滚筒炼胶压延机、扫描电镜、材料试验机等试验对比分析了叠氮硝胺发射药和双基发射药无溶剂法制备的工艺性能、发射药内部形貌、发射药静态力学性能等。结果表明,对于含氮量(质量分数)分别为12.6%、13.0%的高氮量硝化棉,叠氮硝胺发射药比双基发射药的压延塑化温度、塑化遍数、成型压力均较低。1,5-二叠氮基-3-硝基氮杂戊烷(DIANP)对高氮量硝化棉能充分塑化均匀,高、低、常温力学性能优,说明DIANP对高含氮量硝化棉的溶塑能力优于NG,使发射药具有较好的柔韧性,改善了发射药的低温力学性能。

叠氮硝胺对硝基胍发射药热行为的影响

用叠氮硝胺(DIANP)替换硝基胍(NQ)发射药中部分(质量分数6%)硝化甘油(NG)制备了一种含叠氮硝胺的硝基胍发射药。通过高压差示扫描量热法、爆发点试验、甲基紫试验、真空安定性试验和热加速老化试验研究了DIANP对NQ发射药热行为的影响,用Kissinger方程和Ozawa方程计算了发射药样品分解反应的表观活化能(Ea)。结果表明,少量DIANP使NQ发射药的热安定性稍有改善;Kissinger方程和Ozawa方程计算NQ发射药的Ea值分别为327和318kJ/mol,含DIANP的NQ发射药的Ea值分别为196和194kJ/mol,两者的等动力学点(Tik)为172.9℃,表明DIANP能够降低NQ发射药高温下的分解反应速率,即DIANP在一定程度上可以调节NQ发射药的燃速。根据温度系数法预估的含DIANP的NQ发射药和NQ发射药在30℃下的安全贮存寿命分别不少于31年和23年,表明加入少量DIANP可延长NQ发射药的安全贮存寿命。

DAGR125发射药的燃烧特征

采用密闭爆发器静态试验和30mm高压模拟炮的动态试验,以制式单基药作为对比发射药,研究了DAGR 125发射药的静态燃烧特性及膛内燃烧特征。结果表明,DAGR 125发射药具有低压下起始缓燃的燃烧特性,随压力的升高呈渐增性燃烧特征;在高膛压装药条件下DAGR 125发射药燃烧正常、稳定,膛内p-t曲线光滑,起始负压差小。

叠氮硝胺发射药的燃烧性能调控技术

为改善叠氮硝胺发射药的燃烧性能,以小分子多炔基化合物(TPTM)作为钝感剂前驱体,采用转鼓喷涂工艺对其进行表面钝感处理,TPTM与发射药组份1,5-二叠氮基-3-硝基-3-氮杂戊烷(DIANP)在60℃反应,形成网状结构大分子钝感剂,并通过密闭爆发器试验、热加速老化试验和14.5 mm机枪试验表征了钝感效果,通过30 mm火炮试验考核了钝感发射药的内弹道性能。结果表明:钝感叠氮硝胺发射药的初始燃速降低15%左右、渐增性燃烧特征量L m/L0大于1.5、长储稳定性好,在30 mm炮上具有良好的内弹道性能。

DAGQ发射药膛内静态和动态燃烧性能

为了研究DAGQ发射药在膛内的燃烧性能,以经典内弹道理论为基础,建立了发射药膛内燃烧测试系统和处理方法,通过密闭爆发器燃烧试验和微波干涉法发射药膛内动态燃烧性能试验,研究了DAGQ发射药的静动态燃烧规律及不同温度下的动态燃烧特性。结果表明,所建立的试验系统和处理方法,能够很好地获得弹丸在膛内的运动过程。DAGQ发射药的静动态燃速都存在转折现象,静态燃速在转折点前压力指数大于1,转折点后压力指数都远小于1,动态燃速压力指数基本都小于1。在膛内燃烧过程中,由于高速气流对发射药的燃面冲刷,使得膛内的动态燃速要大于密闭爆发器内的静态燃速,并且随着膛内压力的增大,燃速相差越来越大。

压延烘干法制备用于定量分析的叠氮硝胺吸收药

为缩短叠氮硝胺吸收药组分定量分析时间,采用压延烘干法制备了样品,并与过筛烘干法制备的样品进行了比较。用液相色谱法、卡尔·费休法分别检测了两种样品的组分含量和水分含量。结果表明,压延烘干法制备样品共需要1.2h,明显少于过筛烘干法的4.5h。压延烘干法制得的样品均匀性更好,使得取样量可以由过筛烘干法的2g减少到0.2g,配制试样溶液时所需的溶剂体积减少了90%。压延烘干后的样品含水质量分数为0.06%-0.12%,低于过筛烘干法制备的样品。表明用压延烘干法制备样品,可以减少样品组分定量分析的总时间,并且可以减少废溶剂量。

RDX和NGU对叠氮硝胺发射药动态燃烧稳定性的影响

以30 mm高压模拟炮为试验平台,以单基发射药为参照,研究了3种典型叠氮硝胺(DIANP)发射药的动态燃烧稳定性,分析了配方组成对DIANP发射药起始燃烧特征、膛内压力上升过程及膛内压力波动的影响,探讨了DIANP发射药配方组成与其起始燃烧特征、膛内压力上升特点和压力波强度的相互关系。结果表明,在DIANP发射药配方中添加质量分数30%的固体组分黑索今(RDX)或硝基胍(NGU),发射药膛内动态燃烧稳定性增加,膛压-时间曲线波动减小,膛压从30 MPa增至50 MPa所需的时间分别增加了92%和78%,起始负压差从-40.7 MPa降低至-4.44 MPa和-10.66 MPa。在DIANP发射药体系引入高含量的固体组分RDX或NGU,由于低压下RDX分解前熔融吸热,而NGU火药燃烧表面存在坚实熔融层,均可有效减小DIANP发射药起始燃气的生成速率,降低发射装药起始燃气生成猛度,缓减起始阶段膛内压力的上升,提高药床起始燃烧一致性,减小膛内压力波强度。

高效液相色谱法测定含FOX-7不敏感发射药中4种组分

采用反相高效液相色谱法测定含FOX-7的不敏感发射药中4种组分硝基胍(NQ)、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)、硝化二乙二醇(DEGDN)、II号中定剂(C2)的含量。试样用水浸润后以丙酮溶解,进行色谱分析,紫外检测波长为210 nm,色谱柱为Cl8柱(150 mm×4.6 mm,5μm),流动相为乙腈-水(60∶40)。NQ,FOX-7,DEGDN及C2的质量浓度分别在0.05~1.32,0.02~1.28,0.02~1.25,0.002~0.12 g/L时分别与对应色谱峰面积线性相关。4种化合物的加标回收率为99.4%~100.2%,测定结果的相对标准偏差为0.71%~1.25%(n=8)。该方法准确、实用,可行性高,对发射药生产合成及质量控制有一定的指导作用。

一种新型大弧厚六翼星孔棒状发射药的燃烧特性

设计并制备了一种新型大弧厚六翼星孔棒状发射药,利用密闭爆发器研究了不同长径比(L/D=1,2,6)、不同端面封堵层厚度/发射药弧厚比(s/e_1=0,0.05,0.1)的星孔棒状发射药燃烧特性,并结合某大口径火炮进行了试验验证。结果表明,星孔棒状发射药燃烧稳定,呈平行层燃烧。长径比L/D由1增加至6时,燃烧渐增性因子Pr由0.285增加至0.447,增加了56.8%,而且最大压力点滞后。端面封堵发射药的L-B曲线显示了明显的降低起始燃烧活性和燃烧破孔特征。s/e_1由0增加至0.05、0.1时,星孔棒状发射药的起始气体生成量降低了约1/2,破孔时间介于燃烧10%~20%(已燃份数)发射药所需燃烧时间之间。选择合适封堵层厚度,可实现发射药燃气生成规律的可控调节。s/e_1由0增加至0.05、0.1时,最大膛压pm分别下降1.3%和3.5%,而离炮口32.5m处的弹丸初速分别提高0.28%和1.4%。

一种新型三基发射药的安全贮存寿命研究

为研究一种新型三基发射药的贮存安全,采用热老化加速寿命试验、Berthelot方程预估发射药安全贮存寿命,研究发射药理化性能、中定剂含量、组分含量、能量性能及燃烧性能随老化时间的变化。结果表明,新型三基发射药的安全存储寿命(常温30℃)为63a,中定剂含量随老化时间增加而减小,理化性能、主要组分含量、能量性能及燃烧性能随老化时间变化不明显。经过老化试验的发射药质量稳定,燃烧性能稳定,可以满足弹药装药长期贮存使用要求。

七孔发射药内外弧厚差异对其燃烧性能的影响

为了研究七孔发射药内外弧厚差异对其燃烧性能的影响,通过密闭爆发器静态燃烧试验及火炮发射药装药内弹道试验研究了内外弧厚一致性及弧厚偏差对高能低烧蚀叠氮硝胺七孔发射药燃烧性能的影响。结果表明,当发射药的内外弧厚差异较大时,密闭爆发器试验中发射药增面燃烧阶段结束点提前,增面燃烧阶段已燃百分数由85.46%降至70.76%,燃烧时间由23.40ms增至27.75ms;发射药燃烧时间随着温度变化的敏感性逐渐加大。装药发射试验中,当外弧厚大于内弧厚时,加大了装药的初速温度系数,初速温度系数由0.54m/(s·℃)增至0.78m/(s·℃),装药质量由9.4kg增至9.8kg,最大膛压由266.9MPa降至262.6MPa。

超低温重结晶法制备纳米FOX-7及性能研究

为了制备出粒径均匀且分散性较好的纳米FOX-7,采用液氮超低温重结晶法在不同溶剂条件下制备了纳米FOX-7;采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TG)对所制备的纳米FOX-7的性能进行了表征,并测试了其撞击感度和摩擦感度。结果表明,所制备的纳米FOX-7的平均晶粒度为30nm左右,颗粒平均粒径均在100~200nm之间;与原料FOX-7相比,其高低温分解放热峰之间的温度范围变窄,能量释放效率及分解放热焓有较大提高,撞击感度和摩擦感度明显降低。不同溶剂由于其溶解度和极性的不同,所制备样品的颗粒粒径有所不同,溶解度与极性越大,所制备的颗粒粒径越小、热性能越好、感度更低。当溶剂为N-甲基吡咯烷酮时,所制备的纳米FOX-7的颗粒粒径在100nm以下占比为18%,初始分解峰温提高了11.8℃,分解放热焓提高了19%,特性落高从87.2cm提高至138.2cm,摩擦感度从216N提高至360N。

溶剂-非溶剂法制备纳米FOX-7及其性能

以N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)及两者的混合物为溶剂,通过溶剂-非溶剂法制备了纳米1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)。通过场发射电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热法(DSC)和热重分析法(TG)对所制备的纳米FOX-7的形貌、物相、结构和热性能进行了表征,并对样品的感度进行了测试;在此基础上,研究了溶剂、表面活性剂对纳米FOX-7性能的影响。结果表明:所制备的纳米FOX-7平均晶粒尺寸小于30 nm。添加表面活性剂有助于降低纳米FOX-7的晶粒尺寸及颗粒尺寸,提高其粒度分布均匀性,改善其分散性。与原料相比,所制备的纳米FOX-7的初始分解温度提高,两个分解放热峰之间温度范围变窄,能量释放效率及分解焓有较大的提高,撞击感度与摩擦感度明显降低。当采用混合溶剂并添加表面活性剂OP-10和Tween 20时,所制备的纳米FOX-7的初始分解温度都提高近15℃,分解焓分别提高了4.97%,4.65%,摩擦感度降低了66.7%,50.0%。

三维纳米结构FOX-7的构筑与热分解性能

以具有三维纳米网格结构且可降解的聚缩醛胺气凝胶(PHA)作模板,采用蒸发结晶法,原位诱导1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)结晶析出,得到FOX-7/PHA复合物,然后利用硫酸的稀溶液(10%)降解去掉模板,即可得到具有三维纳米结构的FOX-7(nano-FOX-7)。高效液相色谱(HPLC)测定nano-FOX-7的纯度为99%,说明模板基本去除完全。对样品的形貌、物相、结构和热分解性能进行了表征测试。结果表明,去模板后的nano-FOX-7较为完整地保留了模板PHA的三维纳米网络结构,其中FOX-7的平均晶粒尺寸为83.68 nm。与raw-FOX-7相比,特殊的纳米多孔结构使FOX-7的转晶峰和低温分解峰分别延后11.3℃和21.3℃,放热几乎集中在高温分解峰291.0℃处,分解焓从原料的1309 J·g-1增加到1421 J·g-1,表观活化能提高了128.62 kJ·mol^-1,增幅达31.46%,能量释放效率和热稳定性大幅提高。

NC/Bu-NENA/RDX高固含量复合球形药的制备及性能研究

首次通过水相悬浮造粒法制备了硝化纤维素(NC)/N-丁基硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)/1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮杂环己烷(RDX,40%,质量分数)复合球形药。采用扫描电镜、差示量热-热重、爆炸概率法、甲基紫法、密闭爆发器等方法,研究了NC/Bu-NENA/RDX复合球形药的微观结构、热分解性能、机械感度、热安定性和燃烧性能。结果表明:水相悬浮造粒法制备的NC/Bu-NENA/RDX复合球形药球形度高、结构致密、微观结构缺陷少;NC/Bu-NENA/RDX复合球形药热分解活化能为144.5kJ/mol,与NC/NG/RDX复合球形药相比,提高了5.1%,热稳定性增加;Bu-NENA替代NG后,复合球形药摩擦感度和撞击感度分别降低了57.8%和90.1%,热安定性提升了57.1%;燃烧性能方面,NC/Bu-NENA/RDX复合球形药起始缓燃,燃烧性能稳定。

高固含量推进剂模压工艺

探索了一条高固含量推进剂较安全的成型工艺路线,重点介绍了一种高固含量球形药工艺。采用内溶法制得纯硝化棉黏合剂体系及硝化棉与ETPE(含能热塑性弹性体)混合黏合剂体系的高固含量(RDX(黑索今)质量分数为55%～60%)球形药,其球形药密度接近理论计算值,颗粒饱满,粒度均匀致密。采用模压成型工艺将其压制成推进剂药柱,药柱经无损检测,均匀致密,内部无气孔。同时药柱进行了各项性能实验。研究结果表明:该工艺方法简单可行,安全可靠。