DNTF基炸药的起爆传爆特性研究

为了获得与DNTF基炸药匹配的传爆序列设计技术,通过试验和数值仿真方法开展了该炸药的起爆传爆特性研究,结果表明:试验和仿真得到该炸药的临界直径分别为4.96 mm和5.2 mm,二者基本吻合,误差仅为4.84%。起爆药长径比分别为0.25、0.5、0.75、1、1.25、1.5时,炸药的最小起爆药量分别为0.44、0.48、0.5、0.67、0.84、1 g,最小起爆药量随起爆药长径比的增加而逐渐增加。该研究成果可为该炸药的传爆序列设计提供基础数据。

3,4-二硝基吡唑的热行为及其与某些炸药组分的相容性

用差示扫描量热(DSC)和热重/微分热重(TG/DTG),研究了3,4-二硝基吡唑(DNP)的热行为。用DSC法和真空安定性(VST)考察了DNP与炸药组分材料,包括2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)、1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)、黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、高氯酸铵(AP)、Al、微晶蜡的相容性。结果表明:DNP的热分解过程分两个阶段,第一阶段DSC曲线的分解峰温出现在319.8℃,显示DNP有好的热稳定性,第二阶段DSC曲线峰温为407.2℃。DNP与DNAN、T NAZ、RDX、HM X、C L-20、AP、A1、微晶蜡均相容。这些物质可用作炸药组分。

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。

TNAZ/DNTF最低共熔物的熔铸性能

为寻求可替代TNT用于熔铸炸药的液相载体,研究绘制了1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)与3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)混合物的二元相图,并表征了最低共熔物的热安定性、感度、能量性能、渗油性等。结果表明:当TNAZ与DNTF质量比为60/40时为最低共熔物,其共熔点为79.0℃;最低共熔物热分解温度高、热安定性好,机械感度适中,静电火花感度优于B炸药;70℃恒温放置6h不渗油,是一种具有潜力的可替代TNT的熔铸炸药。

120℃恒温下10g级DNTF的热失重特性

通过油浴平台恒温加热和热重分析法,表征了10 g级3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)在120℃下恒温加热6 h的热失重以及相关性能。结果表明,在120℃恒温条件下,10 g级DNTF的质量损失与时间呈线性关系;随时间增加而增大,并且热失重与容器径高比有关。DNTF恒温6 h后继续恒温6 h,热失重速率不变;在此温度下DNTF的恒温热失重主要是由于热挥发,没有发生热分解。在径高比1∶1的器皿里,DNTF连续加热6 h的质量损失为2.7%,说明DNTF在实际工艺条件下操作,以及循环再利用均是安全可靠的。120℃加热后DNTF的机械感度有所降低。

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NO2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。

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。

2,4-二硝基苯甲醚与TNT凝固行为的差异性分析

为了解2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)凝固缺陷的特征及产生的原因,采用量筒称量法测试了DNAN和TNT样品的液相密度,并计算出样品的体积收缩率;用工业CT和扫描电镜对DNAN和TNT药柱的凝固缺陷分布情况进行观测;用DSC和导热系数测定仪测试了DNAN和TNT药柱的热性能参数;用自制的凝固速率测试装置测试了DNAN和TNT药柱中不同部位温度随时间的变化规律,计算了不同凝固层厚度下的平均凝固线速度。结果表明,DNAN的体积收缩率为13.2%,高于TNT;其凝固缺陷的分散度高于TNT;在凝固过程初期,DNAN的平均凝固线速率与TNT相当,随着凝固层厚度的增加,其凝固速率快速增加并显著高于TNT。DNAN的凝固行为不同于TNT,不是逐层凝固,而属于中间凝固。

DNTF与TNT凝固行为的差异性分析

为了解3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)装药缺陷的形成原因,对比研究了DNTF和TNT的凝固行为。测试了DNTF和TNT的体积收缩率。用工业CT和扫描电镜观测了DNTF和TNT的凝固缺陷分布。用DSC和热导率测定仪测试了DNTF和TNT的热性能参数。用凝固速率测试装置获得了描述DNTF和TNT凝固过程的温度-时间曲线。结果表明,DNTF和TNT的体积收缩率分别为11.6%和12.7%。DNTF的缺陷分布较为分散,而TNT的缺陷分布较为集中。DNTF和TNT的凝固点、凝固热、比热容和热导率分别为110.2℃、100.2 J·g^(-1)、0.943 J·g^(-1)·℃^(-1)、0.197 W·m^(-1)·℃^(-1)和80.9℃、104.6 J·g^(-1)、1.278 J·g^(-1)·℃^(-1)、0.224 W·m^(-1)·℃^(-1)。DNTF的凝固速率高于TNT。随着凝固层厚度的增加,轴向上各层间发生凝固的间隔时间出现快速缩短的趋势。DNTF凝固过程具有体积凝固的特点,而TNT的凝固过程具有逐层凝固的特点。

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。

杂质对DNTF炸药热安定性的影响研究

通过真空安定性试验和烤燃试验分别研究了纯度98.6%、纯度99.5%DNTF的热安定性。结果表明:纯度98.6%、纯度99.5%DNTF均满足真空安定性试验对放气量的要求,纯度98.6%DNTF比纯度99.5%DNTF的自发火温度提高了7℃,说明少量杂质的存在对DNTF的热安定性有一定的好处。

熔铸炸药热爆炸临界工艺温度的计算方法

为评估熔铸炸药装药工艺的热安全性,提出一种热爆炸临界工艺温度的计算方法。以纯DNTF炸药的性能数据,计算不同工艺温度下的热爆炸延滞期,并将其与实际工艺处理时间进行比较,从而确定其热安全水平以及发生热爆炸的临界工艺温度值。计算结果表明:在常规工艺条件下,处理DNTF炸药不会发生热爆炸反应;但随着工艺处理量的增加,发生热爆炸的危险性也会不断增加。该计算方法对于熔铸工艺参数的制定具有重要意义。

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。

高低温环境对不同炸药结构影响研究

为了考察高低温环境对炸药结构的影响,采用一种以RDX为主要基体的压装炸药和一种以DNAN为主要载体的熔铸炸药,对两种炸药结构分别进行高低温冲击试验。对试验后的样品采用CT扫描进行检验,并结合计算软件对高低温过程中的形变进行了模拟计算。结果表明,RDX为主体的压装炸药在高低温冲击过程中容易产生微裂纹,且裂纹容易出现在药柱最大外端面处,DNAN基熔铸炸药则较适合在温度变化条件下使用。

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。

聚合物基与传统熔铸载体炸药的工艺性差异研究

为了研究聚合物基熔铸炸药与传统结晶型熔铸载体炸药装药工艺性能的差异,采用载体微观凝固形态检测、熔铸炸药流变性能测试、X光缺陷检测、凝固过程中温度-时间变化曲线检测、药屑状态观测等方法,对聚合物基熔铸炸药与传统结晶型2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基、3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)基熔铸载体炸药的微观凝固特征、流动性能、缺陷分布、凝固过程释热、药面处理方式进行了研究。结果表明,聚合物基熔铸炸药载体凝固过程中未出现明显的固液结晶面;随着固体质量分数的提高,炸药流动性降低,但3种炸药均具有满足装药需要的流动性;DNAN基、DNTF基熔铸炸药凝固缺陷呈现不规则、缩孔深的凝固补缩特点,聚合物基熔铸炸药凝固收缩则体现出小幅度、集中、规则的收缩塌陷特点;DNAN基、DNTF基熔铸炸药凝固过程中存在过冷及结晶潜热释放现象,聚合物基熔铸炸药凝固不存在过冷和结晶潜热释放,且装药中心达到同一温度的时间明显短,有利于装药效率的提高;3种配方均具有良好的机械、热和静电安全性;聚合物基熔铸炸药呈现出良好的塑性,后处理比DNAN基、DNTF基熔铸炸药更容易。通过综合分析,聚合物基熔铸炸药综合装药工艺性能优于传统结晶型熔铸炸药。

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/cm^(3)(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/cm^(3),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%。

3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱挥发性能研究

通过设计,实验研究了3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的挥发性大小。与传统熔铸载体TNT与DNAN进行了对比。分析了DNTF的挥发性大小及影响因素。结果表明:DNTF的挥发速率与DNAN相当,与温度、分子量、蒸汽压等有关,为DNTF基炸药工艺设计提供了依据。

含DAATO_(3.5)的CMDB推进剂的制备及性能研究

为考察N-氧化3’3-偶氮双(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)(DAATO_(3.5))在CMDB推进剂制备工艺中的适用性,采用无溶剂压伸工艺和於浆浇铸工艺对DAATO_(3.5)的工艺适用性进行了考察,制备了相应的CMDB推进剂样品。采用燃速试验、爆热试验、撞击感度试验、静电火花感度试验、爆发点试验、甲基紫试验、真空安定性试验等方法对含DAATO_(3.5)的CMDB推进剂的燃烧性能、能量性能、安全性能进行了系统研究。制备工艺试验表明,DAATO_(3.5)可安全的适用于无溶剂压伸工艺和於浆浇注工艺进行制备。性能测试结果表明,用DAATO_(3.5)取代原配方中的RDX(HMX),可明显提高推进剂的燃速,并保持燃速压强指数基本不变;随着配方中DAATO_(3.5)含量的增加,推进剂的爆热出现一定程度的降低;推进剂的撞击感度、静电火花感度及爆发点、甲基紫试验、真空安定性等热感度均出现一定程度的升高。

DNTF静电火花感度影响因素试验研究

为了提高DNTF炸药在应用过程中的安全性,通过大型静电火花感度测试仪,研究了不同影响因素,如粒度、炸药状态、含水量对DNTF单质炸药静电感度的影响。研究结果表明:随着DNTF单质炸药粒度的增大,静电火花感度降低;当粉末状DNTF单质炸药制成片状或药柱后,静电感度大幅度降低;增加DNTF单质炸药含水量,其静电火花感度显著降低,而加入AP后,其静电感度显著增加。