3-硝基邻苯二甲酸锆的制备及其对双基系推进剂的催化作用

以3-硝基邻苯二甲酸和硝酸氧锆为原料,制备了3-硝基邻苯二甲酸锆,采用元素分析、X射线荧光衍射、FT-IR和TG-DTG对其结构进行了表征。研究了3-硝基邻苯二甲酸锆对双基和RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响。结果表明,3-硝基邻苯二甲酸锆对双基系推进剂燃烧具有良好的催化作用,在低压段能明显提高推进剂的燃速,在中高压段能明显降低燃速压力指数;与铜盐复合后,可显著提高低压段燃速和降低中高压段燃速压力指数。

GATo-3推进剂的热自燃实验与数值模拟

为全面研究GATo-3推进剂的热安全性,采用自行设计的实验装置,进行了不同恒温环境下的热自燃实验,通过测量温度的变化和热自燃延滞期,分析了其热自燃过程特性。同时,采用仿真软件Fluent建立GATo-3推进剂的热自燃实验模型,完成验证并研究了热自燃过程中样品的内部温度分布、点火位置变化和临界温度等。结果表明,GATo-3推进剂的热自燃过程可分为热升温阶段、恒温分解阶段和自热加速升温阶段。温度升高,热自燃延滞期缩短,反应程度更剧烈,点火区域从中心位置向外移动。实验药量下,GATo-3推进剂热自燃的临界温度为83℃。

含双芳-3发射药的灌注炸药爆轰性能

采用灌注成型工艺,将含敏化剂的含能灌注液填充于废弃的双芳-3发射药颗粒的空隙中,制备出灌注炸药。通过见证板试验、高速摄影、空中爆炸及水下爆炸试验分别研究了其爆轰性能、冲击波超压及能量输出特性。结果表明,采用灌注工艺,可制备性能优良的灌注炸药;随着敏化剂含量的增加,炸药的爆轰感度显著提高,但其爆速、冲击波超压及水下爆炸能量输出变化较小;该炸药的密度可达1.52 g·cm-3,爆速6600 m·s-1(Φ60 mm),比例距离为1.65～4.50 m·kg-1/3时TNT当量系数略大于1,比冲击波能及总能量分别为1.57,4.16 MJ·kg-1,高于常用的工业炸药,略低于TNT。

活性添加剂对双基推进剂燃烧催化作用的影响

加入活性添加剂可明显改变推进剂的某些性质 ,以满足推进剂的多用途发展需要。硝酸钾是推进剂、灭火剂的常用组分。对双基推进剂的燃烧研究表明 ,硝酸钾的存在使推进剂的燃烧催化作用降低。硝酸钾含量越高 ,催化剂作用越弱。硝胺 (RDX、HMX )对推进剂的能量性质和催化作用都有积极作用。由催化剂作用原理分析 ,在双基推进剂燃烧表面层上空有一个自由碳微粒组成的空间 ,这种碳粒形成一个雾状“骨架” ,而催化剂的粒子由凝聚相排出后 ,会被该骨架截留 ,在该空间内充分发挥其对气相反应的催化作用。加入硝胺后 ,由于RDX、HMX本身均是负氧平衡 ,可以促进凝聚相表面形成碳骨架。硝酸钾作为正氧平衡的添加剂 ,可使凝聚相表面上的碳骨架减弱 ,甚至消失 ,催化剂失去了能停留在表面上空的载体。因此活性添加剂的氧平衡性质不同 。

含高氮化合物BTATz的CMDB推进剂特性

以新型高氮化合物3,6-双(1-氢-1,2,3,4-四唑-5-氨基)-1,2,4,5-四嗪(BTATz)取代RDX制得了BTATz-CMDB推进剂试样,获得了燃速结果,并利用TG-DTG,PDSC,单幅照相、燃烧波温度分布和熄火表面形貌及元素含量测试技术对推进剂的热分解特性及燃烧特性进行了系统研究。结果发现,BTATz的氧平衡值较低,用其取代双基推进剂中的NC和NG后,推进剂的各能量特性参量出现不同程度的降低,因此,BTATz在推进剂中的含量不宜太高。BTATz-CMDB推进剂适用于常规无溶剂成型工艺进行制造;BTATz在燃速提升方面具有突出潜力,尤其在对推进剂主放热反应催化加速的催化体系(邻苯二甲酸铅、己二酸铜和炭黑的混合物)作用下,燃速提升效果更加明显;BTATz-CMDB推进剂燃烧时的火焰符合双基系推进剂火焰的一般特征,但由于BTATz不存在类似RDX那样的熔融过程,该类推进剂燃烧产生了发散火焰束,燃烧表面由熔融状变为疏松珊瑚状,火焰强度增强;随着压强升高,燃烧表面产生发散火焰束的活性点增多,暗区迅速变薄,增加了火焰区向燃烧表面的热反馈,加速了燃烧反应;催化体系对推进剂燃烧反应的气相区影响不大,它加强了凝聚相及表面附近的放热反应,改变了推进剂燃烧表面的结构,在推进剂燃烧过程中,催化剂(新生态)在推进剂的燃烧表面富集,催化了推进剂的分解和燃烧,促进了推进剂燃速的提高。

废弃发射药力学性能对粉碎过程的影响

为使用废弃发射药制备浆状炸药,研究了单基药和双芳-3的弯曲和压缩特性。结果表明,在相同条件下进行粉碎,其粒度有较大的差异,通过分析找出双芳-3颗粒偏粗的原因是在50℃粉碎时处于玻璃化温度以上,出现塑性变形,颗粒偏粗;单基药处于玻璃化温度以下,同时具备较高的弹性模量,粉碎时颗粒偏细小;使用单基药制备的浆状炸药性能良好,而用双芳-3制备的浆状炸药出现爆炸不完全或拒爆现象,其原因与双芳-3的成分有关,另外受粒度变化的影响。将双芳-3粉碎工艺进行适当调整,增加了二次粉碎流程,385μm以上的颗粒减少了60%左右,154μm以下的颗粒增加了50%,改变工艺后,用双芳-3制备的炸药性能获得了明显改善。

DNTF/RDX-CMDB推进剂动态力学性能

采用动态力学分析仪(DMA)研究了3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)与黑索今(RDX)不同配比对DNTF/RDX-CMDB(DFR)系列推进剂动态力学性能的影响,获得了DFR系列推进剂的动态力学特征量。结果表明:DNTF与RDX不同配比对DFR系列推进剂高低温动态力学性能具有较大影响;DFR系列推进剂的动态力学过程除高温段的主转变(α转变)外,低温段有2个次级转变(β转变,记为β1和β2),且认为β1'转变峰是DNTF的作用结果,RDX的加入不影响DNTF与硝化甘油(NG)、硝化棉(NC)侧基的相互作用;含有DNTF的样品整个次级转变损耗峰强度比不含DNTF的样品(即RDX-CMDB)大,低温下抵抗外力的能力增加,塑性或韧性提高。

NC/DIANP共混体系的宏微观力学性能

为研究硝化甘油/1,5-二叠氮-3-硝基氮杂戊烷(NC/DIANP)共混体系宏观力学性能表现的微观机理实质,用动态热机械分析和单向拉伸实验对比研究了NC/DIANP和NC/NG共混体系的动态和静态力学性能,并在此基础上建立了两种共混体系模型,通过分子动力学模拟分析了微观作用机理。结果表明,DIANP取代NG后,共混体系的自由体积增加且氢键作用力和范德华力减弱,NC分子链链段运动能力增强,共混体系α松弛峰温由75.6℃降至53.5℃、力学损耗强度由0.567增至0.778,β松弛峰温由-23.7℃降至-25.0℃、力学损耗强度由0.126增至0.127,-40、20和50℃的最大拉伸强度由15.31、12.11和5.13MPa分别减小至14.24、10.08和1.90MPa,最大伸长率由1.78%、8.08%和36.01%分别增至2.91%、24.56%和61.51%。

含DNTF改性双基推进剂的晶析

采用扫描电镜研究了影响含DNTF改性双基推进剂晶析的因素,并对抑制晶析的方法进行了探索。结果表明,随配方中DNTF含量增加,推进剂表面的晶析量先增加、后减少。随配方中溶棉比的降低,推进剂表面的晶析量减少。以NG和以三乙二醇二硝酸酯(TEGDN)为溶剂时,推进剂均会出现明显的晶析现象。采用3%NC的丙酮溶液涂覆,可明显减少晶析量;在推进剂配方中,加入少量聚合物BA可完全抑制晶析。