BPN组分粒径对Slapper-BPN型EFDI发火感度的影响

为了研究硼/硝酸钾(BPN)组分粒径对Slapper-BPN型爆炸箔爆燃点火器(EFDI)发火感度的影响,设计并制备了由不同粒径的硼粉和硝酸钾组成的多个BPN配方,采用激光粒度仪表征了硼粉的粒径,讨论了硼粉粒径数量分布和体积分布的特点;通过扫描电镜(SEM)获得硝酸钾粒径对BPN药剂界面形貌的影响;根据差示扫描量热法(DSC)数据,计算了不同配方BPN的指前因子、表观活化能、最低热解温度和热爆炸临界温度,分析了BPN组分粒径对其动力学性能的影响;根据兰利法获得了不同配方BPN的临界发火电压及标准误差,讨论了BPN动力学性能和药剂界面形貌对其发火感度的影响。结果表明,BPN组分粒径主要从BPN的热分解性能和药柱界面形貌影响EFDI发火感度;BPN组分粒径变大,会使BPN药剂的最低热解温度变高,从而降低了EFDI发火感度;BPN组分粒径变小,改变了BPN药柱界面形貌,会使BPN药柱颗粒堆积更密实,减小药剂颗粒空隙,阻碍BPN的传火传热通道,在低密度装药条件下,会明显降低EFDI发火感度。因此,硼粉粒径一致性对低密度BPN发火感度的标准差具有一定影响。

微流控结晶系统制备窄分布微米级硝胺炸药

为了在安全临界尺度下实现炸药结晶的调控与批量生产,基于微流控技术组建了ZS-1型微流控结晶系统,并选用二甲亚砜(DMSO)和去离子水分别作为溶剂与反溶剂,通过改变两相流量比、炸药相浓度与总流量等结晶过程参数,在微尺度下进行了环三亚甲基三硝胺(RDX)的粒度控制研究和环四亚甲基四硝胺(HMX)的粒度与晶型控制研究,探索了结晶参数的高通量筛选。在ZS-1型微流控结晶系统上进行了微米级RDX的批量制备实验。结果表明,经系统重结晶细化的RDX样品的D_(50)为3.35μm,跨度(粒径分布)为0.956,纯度为99.80%,平均粒径较原料RDX缩小了22.2倍,且产量可达每小时百克量级,验证了微尺度下窄分布微米级炸药批量制备的可行性。

含能材料桌面式在线分析检测系统的研究

为了能对含能材料结晶过程中重要参数实现原位在线检测,设计并构建了能够实现多种检测功能的微流控结晶过程在线检测系统(MCPMS)。该系统集成了在线光谱仪、激光器、工业电感耦合元件图像传感器相机与激光粒度仪等多种在线检测装置,可对微反应器的混合效果、炸药结晶关键过程参数(晶体溶解度、介稳区宽度等)以及含能材料晶体形貌等多个重要因素与性能进行分析检测。利用该系统分析了混沌对流微混合器的混合过程,表征了共轴聚焦流微混合器的混合强度。以六硝基茋(HNS)炸药为例,基于涡流微混合器测定了HNS的结晶热力学与动力学参数;基于测定的粒径分布数据研究了HNS基高聚物黏结炸药的晶体生长动力学;基于微筛孔混合器分析了延期药常用氧化剂铬酸钡的晶体厚度与光学性质间的联系。该系统具备良好的功能性与实用性。

桌面式高通量微反应系统制备氢氟酸改性锆粉

为连续化高安全性地实现锆粉的感度控制,构建了一个桌面式高通量微反应系统,并验证了利用该系统制备氢氟酸改性锆粉的可行性。通过调节流体流速比、流量及氢氟酸浓度,对改性锆粉的形貌与结构进行了研究。采用热分析法与静电火花感度测试对改性锆粉的热性能与安全性进行了分析。研究结果表明:桌面式高通量微反应系统可以实现形貌良好的锆粉改性制备,并达到每小时百克量级的处理量,改性后锆粉的表面主要由含氟氧化锆层与氢化锆层组成;氢氟酸改性锆粉的氧化速率更快,反应完全所需的时间更短,氧化增重较原料锆降低了4.0%,50%发火能量E_(50)由原料锆粉的1.42 mJ提升至8.98 mJ,静电火花感度明显降低。

超细Zr@NC的微尺度连续流动制备与性能表征

为了实现超细锆(Zr)粉表面包覆改性的制备过程安全,研究了一种在微尺度下连续流动制备核壳结构Zr粉的方法,并构建了一个由微流控单元和喷雾干燥单元组成的连续化微流控系统以验证其可行性。该系统可连续化实现组分的微尺度混合、核壳结构的形成以及样品的后处理。以Zr粉和硝化纤维素(NC)为组分,通过控制NC含量并在微尺度上调节干燥气体压力,对Zr@NC的结构调控进行了研究。采用热分析法与静电火花感度测试对Zr@NC的活性与安全性进行了分析。结果表明,连续化微流控系统可以成功制备出形貌良好、具有核壳结构的Zr粉;热分析结果表明,Zr@NC相比未包覆时的氧化增重仅降低1.04%,能量释放更为迅速;静电火花感度测试结果表明,Zr@NC的50%发火能量相比原料Zr粉从1.42 mJ提升至197.82 mJ,静电火花感度大幅降低。