基于端羟基含氟黏合剂的含铝浇注PBX炸药性能

为提高炸药密度及爆轰能量,将端羟基含氟黏合剂(密度1.40 g·cm^(-3))应用于浇注PBX(polymer bonded explosive)炸药配方中。研究了甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、六亚甲基二异氰酸酯三聚体(3HDI)四种异氰酸酯固化剂对端羟基含氟黏合剂体系粘度、固化过程的影响,同时考察了固化剂对固化成型和力学性能的影响。结果表明,固化剂可显著降低黏合剂体系粘度。在25~70℃考察温度范围内,温度越高,黏合剂体系粘度越低。60℃以上端羟基含氟黏合剂体系粘度变化平缓且各体系相差较小。三官能度异氰酸酯作为固化剂,粘度、开放期及凝胶时间更适用于浇注PBX炸药制备工艺。基于88%固含量的含铝浇注炸药配方和捏合-真空吸注-固化制备工艺,以HTPB作为对比,研究端羟基含氟黏合剂对炸药制备工艺及性能的影响。端羟基含氟黏合剂基PBX炸药浇注流变性能和固化成型质量均较好,密度和爆热分别为1.96 g·cm^(-3)和7790 J·g^(-1),较HTPB基PBX炸药分别提升6.52%和6.55%。

可浇注固化PBX类含铝炸药低易损性研究

采用真空振动浇注-固化技术,制得了几种以聚合物弹性体端羟基聚丁二烯(HTPB)为粘结剂,以黑索金(RDX)为主体炸药的含铝炸药。结果表明:用硝基胍(NQ)或3 硝基 1,2,4 三唑 5 酮(NTO)代替部分RDX,炸药的撞击感度明显降低,其枪击、苏珊实验反应等级较低。这种低易损性的PBX类含铝炸药适用于一些高性能武器战斗部装药。

RDX在2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)低共熔体系中的溶解度

采用液相色谱法,在87～95.3℃温度范围内,测定了RDX在2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)与N-甲基-4-硝基苯胺(MNA)低共熔体系中的溶解度。优化了色谱分离条件:流动相甲醇/水=6/4(V/V),流速为1.0 mL.min-1;检测波长254 nm,进样量5.0μL。实验考察了不同粒径的RDX、平衡时间以及温度对溶解度的影响,在低共熔物体系DNAN/MNA中,建立了RDX溶解度-温度关系曲线。结果表明,RDX在共熔体系中溶解度范围为9.39～10.28 g,并随着体系温度的升高而增大。

高格尼能钝感浇注PBX设计及性能

通过系列浇注高聚物粘结炸药(PBX)的爆轰性能,拟合得到爆速与HMX含量的线性关系,研究了HMX颗粒特性及钝感剂含量对混合炸药机械感度的影响。结果表明,采用高品质HMX和3%的钝感剂时,混合炸药的安全性最好。在此基础上设计制备了一种组成及性能与B2273A(HMX/丁羟粘结剂90/10)接近的HMX基高固相浇注PBX炸药GO-1(HMX/丁羟粘结剂90/10)。其摩擦感度和撞击感度分别为5%和0,冲击波感度I50为17.7 mm,爆速为8587 m·s-1,格尼系数为2.80,爆轰性能、金属加速能力和安全性能优良,该炸药在枪击试验、烤燃试验中均为燃烧的低反应等级。

高活性金属在炸药中的应用思考

含能材料是武器系统的毁伤源和动力源,是战略性的基础材料,也是武器高能和安全的重要保证。在颠覆性含能材料获得工程应用前,传统CHON类含能材料对提升炸药的威力作用有限,而高活性金属材料具有巨大发展潜力,对提升武器装备毁伤效能具有重要意义。适用于炸药的高活性金属材料泛指点火燃烧性能好,可明显提升炸药威力的金属粉体,包括但不限于超细粉体、超级铝热剂、亚稳态合金、贮氢材料等,涉及金属冶炼、复合材料设计与制备、应用与性能评价等多个方面的研究,对推动学科发展,提升我国在本领域科技自立自强能力具有重要意义。

分散剂在熔黑梯炸药中的应用研究

运用界面研究手段，对样品测试了接触角，计算出了分散剂与RDX的界面热力学参数，并对分散剂形成的炸药体系进行了机械感度、渗油及热安定性试验。实验结果表明：Prolipid 141作为分散剂的乳化效果最好，其铺展系数较好，形成的炸药机械感度好、渗油率低，热安定性良好。

一种熔铸炸药的回收利用技术

通过改进熔铸炸药冒口结构设计、二次熔化工艺、产品浇注、质量分析等试验和各种性能测试以及实验验证,掌握了熔铸炸药冒口药的回收利用技术,冒口药可再次用于常规战斗部装药和试验件装药中,取得了较大的经济效益。

TNT基熔铸炸药:增韧增弹的途径及作用

综述了含能材料中TNT为基熔铸炸药(MeltCastExplosives)在增韧增弹上的实验研究,介绍了可用于熔铸炸药增韧增弹的新途径,以及熔铸炸药组分间作用的相关理论研究。熔铸炸药长期以来存在的感度高、脆性易裂等问题限制了其在高性能武器系统中的应用。目前,国内外关于熔铸炸药增韧增弹的研究较少,早期的文献大都针对熔铸炸药的改性研究。因此,解决现今熔铸炸药的问题,实现对其增韧增弹具有重要的科学意义和应用前景。文献表明:(1)国内外在"熔铸炸药增韧增弹"概念上未进行系统总结,也未见任何文献中提出;熔铸炸药改性剂(聚酯纤维、聚氨酯弹性体、HNS晶形控制剂)的研究主要针对的是熔铸炸药的渗油、降感研究,尚未解决熔铸炸药脆性、易裂的根本问题;(2)其它复合材料的增韧增弹技术对熔铸炸药有所借鉴,尤其是纳米粒子以及高分子材料的增韧增弹技术;(3)通过设计和制备与熔铸炸药相容的增韧增弹剂,再将其与熔铸炸药进行物理共混或颗粒级配等技术完成浇铸后进行力学性能、微观性能研究等,可以初步建立熔铸炸药增韧增弹的模型并总结出有关增韧增弹的机理。

熔铸炸药研究现状与发展趋势

熔铸炸药是目前战斗部最主要的装药方式之一,但是现有以TNT为载体的熔铸炸药配方在能量、安全性、装药质量和力学性能等方面存在明显缺陷。本文详细综述了熔铸炸药连续相、高能量密度材料、综合降感技术、流变性研究和装药工艺5个方面国内外的研究现状,特别是归纳了以NTO、DNTF等为代表的新型含能材料的应用情况,提出了熔铸炸药在新型载体物质、高能钝感单质炸药、共晶炸药、功能助剂、高固相含量熔铸体系装药工艺等方面未来的主要发展方向。

TNT基熔铸炸药冷却过程温度场变化规律研究

利用多通道数据采集仪对几种熔铸炸药冷却过程温度场进行测试,发现熔铸炸药冷却过程特别是相变发生的瞬间,温度曲线发生较大的拐点变化,通过对实验数据的分析,探讨了相变发生机理,得到了几种熔铸炸药的相变温度,随着熔铸炸药固相含量的增加,相变温度有下降趋势。所探讨的的两种熔铸炸药的相变温度在76～77℃内,均低于TNT的熔点。

HMX基PBX的作功能力及其JWL状态方程

为研究HMX基PBX(90/10-HMX/黏结剂)的作功能力和爆轰产物状态方程,通过25mm标准圆筒试验,得到该炸药的作功能力特征参量以及格尼速度(2.80mm/μs)。用非线性有限元动力学程序ANSYS/LS-DYNA对圆筒试验进行了数值计算。通过计算值与试验结果进行对比和调整的方法得到HMX基PBX的爆轰产物JWL状态方程参数,通过炸药驱动平板飞片试验和数值计算对这些参数进行了验证。计算值与实验结果吻合,表明圆筒试验得到的爆轰产物JWL状态方程参数是有效的。

热塑性弹性体改性B炸药的性能研究

添加2%热塑性弹性体401和501对B炸药改性,得到改性后炸药MB-1和MB-2,测试了二者的力学性能和落锤撞击感度,分别用经验法和VLWR程序计算了二者的爆轰性能。结果表明,MB-1和MB-2的弹性和韧性均好于B炸药;在低速(100-1500s-1)冲击下,MB-2的韧性比MB-1好。大药片落锤撞击感度试验中,MB-1和MB-2的爆炸反应阈值高度分别为3.5-4m和6-6.5m,MB-1的撞击感度比MB-2高。与B炸药相比,MB-1和MB-2的爆速分别降低了0.104mm·μs-1和0.099mm·μs-1,爆压分别降低了1.3GPa和1.2GPa。

TNT炸药熔铸结晶成型过程μCT实验研究

利用微焦点工业CT(μCT)对TNT炸药熔铸结晶成型过程进行了在线监测试验研究,获得了成型过程TNT炸药结晶与成型质量的三维细观结构及其分布的演化特征与规律。结果表明:炸药结晶凝固速度在初始阶段最快,随后逐渐降低;在凝固过程中缩孔存在逐渐增大直至稳定、交联的现象;靠近侧壁和底部部位的缩孔少、CT值高,相应密度值也高。在保温、不补缩状态下熔态TNT浇铸凝固后的细小缩孔率为7.13%,集中缩孔与细小缩孔体积之和大于所浇铸悬浮液体积的20%;药柱下部与中下部直至中部截面的线密度差约1.5%～8%,表层与浅表层直至靠近中心部位的线密度差则达5%～18%。

高固含量HMX基浇注PBX的烤燃试验研究

参照美国MIL-STD-2015C非核弹药的危险性评估试验,研究了新研制的高固含量HMX基浇注PBX(PBX-9010)的热刺激响应特性,进行了升温速率为1、3、10和100℃/min的烤燃试验,用SEM、XPS和DSC-TG对烤燃试验前后的PBX-9010样品进行了表征。结果表明,PBX-9010炸药均发生了燃烧的低等级反应,是一种高安全性不敏感炸药。升温过程中PBX-9010炸药表面出现"脱粘"现象,烤燃分解反应是由HMX的热分解反应引起,HMX的晶型转变和黏结剂对烤燃试验结果均有重要影响。

DDI/IPDI固化聚氨酯力学性能及其在PBX炸药中的应用

研究了新型混合固化剂二聚脂肪酸二异氰酸酯(DDI)/异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)固化端羟基聚丁二烯(HTPB)基聚氨酯的力学性能及其在PBX炸药中的应用。结果表明,当混合固化剂中DDI与IPDI的异氰酸酯基(NCO)的摩尔比为1/3时,HTPB基聚氨酯的拉伸强度和延伸率达到最大值(0.427 MPa和579.9%)。当DDI与IPDI的NCO摩尔比为1/1时,聚氨酯的压缩失效载荷最高。DDI/IPDI固化的HTPB基聚氨酯的延伸率是甲苯二异氰酸酯(TDI)固化聚氨酯的2.51倍。DDI/IPDI固化的PBX炸药的压缩率比使用TDI提高57.3%。使用DDI/IPDI时,PBX药片撞击感度试验和药片剪切试验的反应阈值提高了0.25 m以上,PBX的撞击安全性得到改善。

HMX级配对醇醛高聚物粘结炸药流变性能的影响

为了探索HMX颗粒级配对醇醛浇注型高聚物粘结炸药流变性能的影响,采用幂律模型和卡森模型,研究了HMX不同颗粒配比下的物料状态。结果表明,该物料属于具有触变性的假塑性流体。非牛顿指数n值与小颗粒含量呈负相关。低剪切速率(2.15 s^(-1))时,物料粘度随小颗粒含量增加出现极大值。高剪切速率(53.85 s-1)时,物料粘度与小颗粒含量呈正线性关系。物料的屈服值与小颗粒含量负相关,且中颗粒含量对物料屈服值的影响最显著。认为,n值越大、粘度越小、屈服值越低的物料流变性能更好。

PDA包覆铝粉及其在HTPB中的分散稳定性

通过原位多巴胺(DA)聚合法在铝粉表面包覆聚多巴胺(PDA),制备了Al@PDA复合颗粒;采用SEM表征不同DA质量浓度下Al@PDA的表面形貌。用XRD测试铝粉包覆前后的晶型;采用XPS分析Al@PDA的表面元素组成;通过沉降法研究了铝粉和Al@PDA在HTPB中的分散稳定性;通过制备固化胶并切片取样观察固体颗粒在HTPB中的分散情况。结果表明,当DA质量浓度为3.5g/L时对铝粉的包覆效果最好,在铝粉表面形成牢固的PDA薄膜;包覆前后Al的晶型没有改变;XPS在Al@PDA表面检测到的C-OH、C=O组分和π-π共轭结构证实了PDA包覆层的存在。沉降24h后Al-HTPB体系出现分层,而Al@PDA-HTPB体系仍然颜色均一,表明Al@PDA在HTPB中的分散稳定性明显优于原料铝粉。

HTPE/增塑剂共混体系相容性的分子动力学模拟

用分子动力学(MD)方法模拟研究了粘结剂端羟基聚醚(HTPE)与增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(DBP),癸二酸二辛酯(DOS)和邻苯二甲酸二乙酯(DEP)的相容性及HTPE/增塑剂共混物的玻璃化转变温度(Tg)。结果表明,当共混体系中存在较强的分子间氢键作用时,通过分析结合能、径向分布函数和玻璃化转变温度,可综合评价HTPE与增塑剂的相容性。HTPE与三种增塑剂相容性的优劣顺序为HTPE/DBP>HTPE/DOS>HTPE/DEP;通过温度-比容关系得到了HTPE,HTPE/DBP,HTPE/DOS及HTPE/DEP四种体系的Tg,依次为190.26,176.30,168.82,178.33 K。

超级铝热剂反应特性研究

以Fe2O3、CuO、Fe3O4、MoO3为氧化剂,分别以50 nm和5μm的铝颗粒为还原剂,超声复合制备了12种不同组成的铝热剂。采用扫描电镜（SEM）研究了铝热剂的结构和形貌,发现纳米铝颗粒与Mo O3的相互分散效果最佳。用差示扫描量热分析和激光点火试验研究了氧化剂种类、颗粒粒径对铝热剂反应活性的影响。结果表明,反应活性次序均为Al/MoO3〉Al/Fe2O3〉Al/CuO〉Al/Fe3O4。相对于微米铝颗粒,纳米铝颗粒可以使超级铝热剂的临界反应温度降低200~400℃,而相对于微米级金属氧化物,纳米粒径的金属氧化物仅能使铝热剂临界反应温度降低10~30℃。表明铝颗粒粒度是铝热剂反应活性的决定因素,氧化剂的超细化对于铝热剂的反应活性改善仅能起到辅助作用;当铝颗粒粒径在同一量级时,铝热剂的反应活性主要取决于氧化剂种类。

仿生聚多巴胺对HMX、TATB和铝粉的界面性能改性

为了研究表面改性方法及表面包覆均匀性、浸润性等性状对含能材料的机械感度、界面力学性能以及工艺性能的影响,仿生贻贝黏附蛋白的作用原理,以多巴胺为前驱体,采用一步法使其在含能材料表面聚合形成一层致密牢固的包覆薄膜聚多巴胺(PDA),制备了改性单质炸药(HMX@PDA、TATB@PDA)和改性铝粉(Al@PDA)。通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和接触角测试仪对改性含能材料的表面形貌、药柱断裂处微观形貌、元素含量以及表面浸润性能进行了表征,采用国军标(GJB?772A?1997)、巴西实验等标准测试方法对改性含能材料的机械感度、拉伸应力?应变曲线等进行了测试,并将实测性能与未改性含能材料进行了对比分析。结果表明,与HMX晶体比较,HMX@PDA晶体的摩擦感度下降30%,特性落高数值增加一倍;与TATB基药柱比较,TATB@PDA基药柱的拉伸强度提高约15%;与Al粉比较,Al@PDA在HTPB液相中24h后可有效减缓沉降。聚多巴胺对晶体完整致密的包覆性能以及含有丰富活性基团的特性,对含能材料的包覆降感、界面力学性能提升和工艺稳定性提升等方面具有显著的界面改性作用。