DAP-4耐热炸药的包覆降感研究

为了研究顺丁橡胶BR和氟橡胶F2603对三乙烯二铵高氯酸铵复盐DAP-4的表面包覆的影响,采用溶剂挥发直接法工艺制备了含不同黏结剂的DAP-4样品,借助表面性能、扫描电镜、X光电子能谱和机械感度试验评价了两种黏结剂对DAP-4的包覆效果和安全性。结果表明:BR在DAP-4粉末表面形成有效铺展,F2603与DAP-4粉末表面的界面相互作用强;包覆后的DAP-4晶体颗粒形貌表面边界棱角模糊且粗糙,DAP-4/BR样品的包覆度小于DAP-4/F2603样品,且黏结剂BR和F2603包覆DAP-4样品的机械感度降低。这有利于DAP-4化合物的应用及推广。

CL-20/HMX共晶与共混物的分子动力学模拟

为比较六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)/环四亚甲基四硝胺(HMX)的共晶与共混物的性能,分别构建了CL-20∶HMX摩尔比为2∶1的共晶结构及共混物结构。用分子动力学(MD)方法模拟了CL-20/HMX的共晶体系及共混体系的力学性能、结构稳定性及径向分布函数。模拟及计算结果表明:CL-20/HMX共晶工艺能显著改善体系的抗形变能力及延展性。共晶结构的弹性模量要显著大于共混结构。最大键长(L_(max))的排序为:CL-20/HMX共混>ε-CL-20>β-HMX>CL-20/HMX共晶。以范德华力为主的作用力"敏化"了CL-20/HMX共混体系的结构。CL-20/HMX共晶结构的内聚能密度(CED)值要远远大于CL-20/HMX共混结构的CED值。CL-20/HMX共晶体系中存在着长度相对较短CH…O氢键导致其感度较低。

铝粉/聚四氟乙烯机械活化含能材料的制备及其微观性能研究

为了研究铝粉/聚四氟乙烯机械活化含能材料的微观性能,利用自制高能球磨机制备了不同球磨时间的机械活化含能材料,利用场发射扫描电镜分析了机械活化含能材料的微观形貌及表面元素分布,利用X射线衍射仪和红外光谱仪表征了材料的物相结构和化学结构。进一步利用分子动力学手段研究了铝粉的不同晶面与聚四氟乙烯的相互作用。结果表明,在长时间的强机械能作用下,聚四氟乙烯和铝粉紧密接触在一起,形成直径为100μm左右的薄片状复合物;球磨20min以后,铝粉和聚四氟乙烯分散得较为均匀,但离完全均匀分散还有一定差距;高能球磨仅能引起铝粉/聚四氟乙烯复合材料微观物理结构的变化;分子动力学计算显示,铝粉的不同晶面与聚四氟乙烯相互作用的过程中,范德华力占主导地位。

ε-CL-20/含能黏结剂复合体系结合能及力学性能的模拟

为设计含能高聚物黏结炸药(PBX)的配方,添加不同软硬段((3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环(AMMO):3,3-二叠氮甲基氧丁环(BAMO))比例的含能黏结剂到配方主体的高能量密度化合物六硝基六氮杂异戊兹烷(ε-CL-20)中,构成PBX。用分子动力学(MD)方法模拟了含能黏结剂与ε-CL-20的结合能以及作用方式、ε-CL-20/含能黏结剂复合体系的力学性能。用基团加和法计算了不同软硬段比例含能黏结剂的生成焓。结果表明:由结合能预测各PBX的相容性和稳定性排序为:ε-CL-20/PBAMO(9)-g-PAMMO(2)>ε-CL-20/PBAMO(5)-g-PAMMO(7)>ε-CL-20/PAMMO(17)>ε-CL-20/PBAMO(12)。PBAMO与ε-CL-20作用主要以范德华力为主。PAMMO以范德华力,静电相互作用和其他作用力与ε-CL-20作用。含能黏结剂可有效地降低ε-CL-20的刚性,其中含能热塑性弹性体的加入能增强ε-CL-20的延展性。单位质量含能黏结剂的生成焓随BAMO含量的增加而逐渐增加。

CL-20/HMX无规作用及共晶作用的理论计算

为了对比六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)/环四亚甲基四硝铵(HMX)炸药分子间的无规作用及共晶作用,基于密度泛函理论(DFT),在B3LYP方法上使用6-311++G(d,p)基组优化得到了4种CL-20/HMX无规构型(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ),对4种无规构型的几何结构、静电势、能量及电子密度拓扑进行了分析;利用分子动力学方法计算了共晶结构中H原子和O原子的径向分布函数;计算了不同摩尔比CL-20/HMX共晶的密度及爆速。结果表明,4种CL-20/HMX的无规构型存在氢键相互作用,氢键键长在0.274 2~0.296 4nm之间;4种无规构型的稳定性排序为:Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,构型的稳定性主要取决于氢键的数量和键长;4种无规构型在键临界点BCP处的电子密度ρ(r)大小排序为:Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,CL-20和HMX分子之间不仅存在H…O以及H…N形式的氢键相互作用,还存在N…O和C…O形式的范德华作用;共晶结构中CL-20与HMX的相互作用主要有氢键和强范德华力,氢键键长为0.22nm;CL-20/HMX共晶(摩尔比2∶1)的理论密度为2.003g/cm^3,理论爆速为9 608m/s。

黏结剂对含铝炸药造型粉流散性和堆积密度的影响

为了研究黏结剂对含铝炸药造型粉流散性和堆积密度的影响,使用炸药造型粉流散性测量仪,以A-Ⅸ-Ⅱ炸药为参比标准,对使用不同黏结剂体系制造的含铝炸药造型粉进行分析测试。结果表明,使用硬脂酸和聚异丁烯黏结剂体系,含铝炸药造型粉的流散性与A-Ⅸ-Ⅱ炸药相当,而堆积密度明显优于A-Ⅸ-Ⅱ炸药。采用该黏结剂体系制备出的含铝炸药造型粉更适合分步压装装药工艺。

含氟聚合物包覆铝粉的分子动力学计算

利用分子动力学模拟研究了不同含氟聚合物(F2311、F2603及F2462)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与Al2O3(001)晶面的相互作用以及SDBS与3种含氟聚合物的相互作用,进一步利用分子动力学计算了O2分子在不同构型的3种含氟聚合物膜中的扩散速率。以F2311为例,计算了不同分子链个数、温度和不同聚合度条件下O2分子在F2311膜中的扩散速率。结果表明,F2311、F2603及F2462与Al2O3(0 0 1)晶面的结合能分别为1 798.24、3 817.39及1 047.22kJ/mol;SDBS与Al2O3(0 0 1)晶面的结合能显著大于含氟聚合物与Al2O3(0 0 1)晶面的结合能,并随着SDBS个数的增加而增大;F2311、F2603及F2462与SDBS的结合能分别为1 218.97、1 243.05及1 338.06kJ/mol;O2在含氟聚合物膜中的扩散速率受聚合物种类及构型影响,O2在F2311膜中的扩散速率随着F2311分子链个数及聚合度的增加而减小,随着温度的升高而增大。

造型粉流动性能对分步压装工艺的影响

为研究造型流动性对分步压装工艺适应性及其装药安全性的影响,测量了不同配方造型粉的流散性和堆积密度,通过分步压装工艺试验,研究炸药的流动性对分步压装工艺及其安全性的影响。结果显示,炸药的流散性在一定范围内才能适合分步压装工艺,降低炸药的流散性,可提高局部装药密度,但增加了径向密度差,降低了装药过程的安全性。在流散性适宜的条件下,分步压装装药密度随堆积密度的增加而增加。

微乳液法在超细炸药制备方面的应用概述

以超细炸药的制备为主线,对微乳液法在炸药超细颗粒的制备进行了概述。明确了微乳液的定义以及其和纳米乳液的区别;对微乳液法制备超细炸药的机理、细化过程中的影响因素以及此方法制备出超细炸药的性能进行了归纳总结,并指出了今后研究工作中应注意的一些问题和研究重点。

黏结剂对TKX-50基压装炸药机械感度和成型性的影响

为了研究黏结剂对TKX-50单质炸药的机械感度和成型性能的影响,通过粒度分布试验分析了高速剪切粉碎机处理TKX-50原料后的形貌和粒度。借助机械感度试验研究了TKX-50原料、TKX-50预处理样品、黏结剂氟橡胶和含能热塑性弹性体ETPE包覆处理后TKX-50炸药的安全性能;利用压制成型试验分析了压力、温度对含不同黏结剂的TKX-50基压装炸药成型性的影响规律。结果表明,预处理后TKX-50的粒度变小,分布变窄,形貌比较规整,机械感度降低;氟橡胶或ETPE包覆处理TKX-50炸药的机械感度降低,在一定程度上提高了炸药的安全性;压力、温度对含氟橡胶或ETPE黏结剂的TKX-50基压装炸药的成型性影响较大,且ETPE黏结剂的TKX-50基混合炸药的成型性较好,特定压力和温度条件下其相对密度可达98.1%以上。

一种CL-20基混合炸药等静压装药工艺安全性分析

为确保炸药在等静压装药工艺过程中的安全性，对一种CL-20基混合炸药（GMD．15）的本质安全性及其与接触材质的相容性进行了分析；运用数值模拟、力学性能测试、热安全性能测试手段，重点分析了GMD-15等静压压制工艺过程中的受力安全性以及热安全性。数值模拟表明：140MPa条件下，等静压压制药柱的温升为7℃，小于普通模压（29℃）；力学性能测试中以／〉5MPa／s的应力率对GMD-15药柱施加压应力，药柱没有发生爆炸或者燃烧：热安全性能测试中以1．5～2．0℃／min的升温速率对GMD．15药粉进行加热，190℃药粉方发生反应，将GMD．15药柱在108℃左右恒温3h，未发生反应。分析认为，等静压压制GMD-15工艺过程安全，不会导致炸药发生热爆炸。

聚四氟乙烯包覆铝粉烧结的模拟与分析

为了分析烧结过程对聚四氟乙烯(PTFE)包覆Al粉性能的影响,利用分子动力学手段计算了298 K和678 K时PTFE在Al2O3(001)、(010)及(100)晶面6×6晶层的结合能,利用耗散粒子动力学手段模拟了298 K和678 K时Al2O3/PTFE在不同时刻的介观状态。计算及模拟结果表明:298 K时,PTFE在Al2O3(001)、(010)及(100)晶面的6×6晶层的结合能分别为2 782.67、5 582.97及4 634.32 k J/mol;678 K时PTFE与Al2O3(001)、(010)及(100)晶面的结合能分别是2 835.29、5 537.54及4 608.49 k J/mol。低温时,PTFE和Al2O3混溶性差,两种物质发生明显分相;高温时,PTFE和Al2O3混溶性较好,没有发生明显的分相。烧结过程有助于PTFE在Al2O3中的扩散,同时还可以提高聚合物与Al2O3的混溶性,但对PTFE包覆Al粉的强度影响不大。

含能高聚物粘结剂及其在炸药中应用的研究进展

对现有的含能高聚物粘结剂进行了分类,对其性质进行了归纳,总结了其在炸药中的应用,并指出了今后研究中应注意的问题。

高聚物黏结剂对RDX基含铝炸药性能影响的数值计算及实验验证

为研究乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)对RDX基含铝炸药性能的影响,在A-IX-II炸药中添加EVA制备了含铝PBX炸药。用分子动力学(MD)方法计算了黏结剂EVA与A-IX-II炸药各组分的结合能以及作用方式、AIX-II炸药及含铝PBX炸药的力学性能。计算结果表明,EVA与A-IX-II炸药各组分的结合能均大于0,相互作用力以范德华力为主;EVA能够显著提升A-IX-II炸药的力学性能,使其弹性模量从20.58GPa升至33.27GPa。对A-IX-II炸药和含铝PBX炸药进行了静态力学性能试验,计算结果与试验结果一致性较好。

纳米复合含能材料的制备方法、复合体系及其性能的研究进展

纳米复合含能材料是目前世界各国军事领域重点发展的新型含能材料。纳米复合含能材料的特征主要体现在纳米级到原子级上的反应性组分的紧密混合,其具有比表面积大、化学反应活性高、扩散距离短、反应物之间接触面积很大等优点,促进了复合含能材料的快速燃烧和高效能量释放。纳米复合含能材料的高能量密度以及高能量释放速率吸引了研究人员的广泛关注,因此纳米复合含能材料的制备研究发展迅速。常用的制备方法有溶胶-凝胶法、高能球磨法、溶剂-非溶剂法、喷雾干燥法、超临界流体法等;新型的制备方法有喷雾闪蒸、两步法、自组装法等。另外,将多种制备工艺相结合以制备性能更优异的纳米复合含能材料也是一种途径。纳米复合含能材料体系主要有四种:(1)单质炸药/氧化剂分散在连续介质中的纳米复合材料;(2)亚稳态分子间复合物(MICs);(3)碳纳米管基复合含能材料;(4)纳米多孔硅/氧化剂复合含能材料。根据不同复合体系的反应物特点,需要选用适宜的制备方法,同时,不同的复合体系也有其适合的应用领域。本文从纳米复合含能材料的制备方法、纳米复合含能材料的复合体系及其性能两方面,详尽地介绍了纳米复合含能材料的常规制备方法和新型制备方法,并归纳了四类主要复合体系的组分特点及典型配方性能。

不同黏结剂包覆HMX的摩擦特性

为了筛选出HMX基高聚物粘结炸药(PBX)配方中的黏结剂,提高战斗部在侵彻过程中的抗过载能力,采用炸药颗粒滑移力测量装置对HMX/黏结剂包覆体系的摩擦特性开展研究,并通过扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)对包覆样品的形貌和结构进行表征。结果表明:与未包覆的HMX相比,用高聚物黏结剂包覆HMX炸药后,HMX炸药颗粒的边缘棱角明显变圆滑。六种HMX包覆样品的静摩擦系数大小依次为H6<H3<H5<H1<H4<H2,动摩擦系数大小依次为H6<H3<H5≤H1<H4<H2,表明两个参数的变化趋势具有一致性。顺丁橡胶和68#蜡包覆后的HMX摩擦系数偏低,静摩擦系数分别为0.125和0.116,动摩擦系数分别为0.108和0.102,应用于HMX基PBX配方中,能够降低炸药装药的摩擦生热,提高安全性。

四种含能晶体微观力学性能与摩擦性能的关系

利用纳米压痕技术研究了RDX、HMX、CL-20、TKX-50四种含能晶体的微观力学性能(弹性模量与硬度);采用炸药颗粒滑移力测量仪器测试了炸药晶体的摩擦系数;并通过GJB772A-97方法602.1得到其摩擦爆炸百分数,探究炸药晶体微观力学性能与颗粒摩擦性能之间的联系。结果表明:四种含能晶体的弹性模量和硬度都偏低,大小排序为TKX-50>CL-20>RDX>HMX,TKX-50具有良好的抵抗变形的能力。四种炸药晶体的摩擦系数依次排序为TKX-50<CL-20<RDX<HMX,炸药晶体的摩擦系数与其硬度和弹性模量基本成反比关系。因此在设计PBX配方时,为使其不因摩擦而起爆,应优先选择力学性能较好的炸药晶体作为主体炸药。

含硼炸药的能量输出特性研究

为了有效提高炸药的爆轰能量,基于硼粉具有约2倍于铝粉的体积热值和质量热值的特点,进行了含硼金属化炸药的水下和空中爆炸能量输出特性测试,研究了硼粉的加入对含铝金属化炸药能量大小及输出结构的影响。试验结果表明,硼粉在爆轰过程中的能量释放主要用来提高水下气泡能和空爆火球的持续时间。

Fe_2O_3/BAl纳米复合含能材料的制备及性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了Fe2O3/BAl纳米复合含能材料,用SEM、XRD、DSC等方法对Fe2O3/BAl复合含能材料的微观形貌、结构以及热力学性能进行了研究。结果表明:Fe2O3紧密包覆在B粉和纳米Al颗粒表面;与普通Fe2O3/Al铝热剂相比,溶胶-凝胶法制备的Fe2O3/BAl纳米复合含能材料具有更好的点火特性。