基于声共振技术的CL-20基共晶材料制备及热解过程研究

为了满足未来火箭、战略/战术导弹及空间飞行器对高能钝感含能材料的应用需求,利用声共振技术制备了3种CL-20基共晶材料-CL-20/2-巯基-1-甲基咪唑、CL-20/4-甲基-5-硝基咪唑及CL-20/己内酰胺共晶体,并采用XRD、SEM、TG-DSC、TG-MS与激光点火试验系统研究这些共晶材料的结构、形貌、热分解与激光点火特性。结果表明,在共振加速度70g、微量溶剂的条件下混合15min可得到前两种共晶材料,混合30min后可得到CL-20/己内酰胺共晶,声共振技术与溶液挥发法制备这些共晶材料所使用的溶剂一致,不需要重新更换/筛选溶剂,而且相对于溶液挥发法,声共振技术溶剂使用量大幅减少,反应时间也更短。SEM结果表明,利用声共振技术制备的共晶材料颗粒大小不一、形状不规则;热分解研究发现3种CL-20共晶的放热峰温相对于CL-20都有所降低,热解过程、热释放量、热解产物与CL-20结合的共晶分子熔融峰温、初始热解温度等特征参数有关,CL-20/4-甲基-5-硝基咪唑共晶材料相对于CL-20热解速率更快,热释放量更大,共晶后热解产物中CO_(2)和H_(2)O明显增多;CL-20共晶后点火延迟时间与火焰传播特性有明显改变,含碳量较高的CL-20/己内酰胺共晶材料燃烧更完全、火焰更亮、强度更高。

声共振强化HBIW氢解脱苄合成TADB

为提高六苄基六氮杂异伍兹烷(HBIW)氢解脱苄反应的“气-液-固”多相间传质效率,以HBIW和H_(2)为原料、Pd(OH)_(2)/C为催化剂,在声共振强化反应器作用下,经氢解脱苄反应合成四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷(TADB);利用核磁共振谱(^(1)H-NMR,^(13)C-NMR)和高分辨质谱(HRMS)对产物结构进行了表征;通过单因素实验和正交实验研究了反应温度、反应时间、加速度和反应压力对收率的影响,并与传统的釜式反应进行了对比,分析了声共振技术强化反应过程的机理。结果表明,在反应原料为1.5g HBIW、0.15g质量分数10%的Pd(OH)_(2)/C催化剂、5mL Ac_(2)O、7mL DMF和0.1g PhBr的条件下,反应加速度为392m/s^(2),反应压力0.2MPa,18℃反应30min,45℃反应60min,产物TADB收率83%。在以上反应条件下,声共振强化技术与传统釜式工艺相比,产物TADB收率没有变化,但反应时间由18h缩短至90min,时间缩短了91.7%。声共振强化反应传质的原因是改善了氢气在液相中的分散,增大了相间的接触面积,从而提高了反应效率,缩短了反应时间。

多尺度界面可调型Al-RDX含能复合物的制备及其热分解特性

基于氧化剂/燃料一体化设计理念,在对Al颗粒进行表面修饰的基础上,采用声共振和喷雾干燥技术成功制得了多尺度界面可调半嵌入型Al/RDX和全嵌入型Al@RDX复合颗粒。通过扫描电子显微镜(SEM)等技术对复合颗粒的形貌、密度和燃烧热进行表征,并利用热红同步热分析仪(DSC-TG-FT-IR)对其热分解过程及气相产物进行了研究。研究结果表明:与机械混合物相比,复合颗粒密度基本保持不变,但燃烧热分别提升至17.31 kJ/g和18.82 kJ/g. DSC结果表明两种方式均可提高RDX的热分解放热量:铝粉嵌入未改变RDX的气相分解产物种类,但其中HCHO的相对含量有所增加:嵌入铝粉后RDX第一分解阶段均由二维成核增长模型(A2)转变为链断裂模型(L2):全嵌入型Al@RDX的第二分解阶段则转变为自催化模型(AC)。

嵌入包覆型AlH_(3)含能复合颗粒的制备及其反应特性

为了提高三氢化铝(AlH_(3))的稳定性,采用声共振与喷雾干燥技术相结合的方法制备了3种嵌入包覆型AlH_(3)@Al@xAP(AHAPs)含能复合颗粒,AlH3@Al和AP的质量比分别为9∶1(AHAPs‑10%)、7∶3(AHAPs‑30%)和1∶1(AHAPs‑50%)。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线粉末衍射(XRD)等分析手段对AHAPs及其凝聚相燃烧产物的形貌和结构进行表征,利用热重‑差示扫描量热仪(TG‑DSC)、真空安定仪(VST)研究了样品的热反应活性和稳定性。结果表明,AHAPs含能复合颗粒不仅提高了AlH3的稳定性,同时还促进了AP的分解,随着表面AP包覆含量的增加,AlH3的起始分解温度提高了8.5~11℃,AP的高温分解峰温降低了约81.6℃。与AlH3的分解时间(1006 min)相比,AHAPs‑50%复合颗粒的分解时间提高了近50.9%,达1518 min。此外,嵌入包覆型复合颗粒AlH3@Al/63.5%AP的反应热(9125.6 J·g^(-1))与机械混合样品相比,提高了1054.1 J·g^(-1),且凝聚相燃烧产物粒径更小,说明其燃烧更加完全、燃烧效率更高。