氟橡胶包覆对CL-20机械感度及爆轰特性的影响研究

为研究CL-20晶体表面钝化对安全及爆轰性能的影响,采用氟橡胶F2311作为黏结剂,基于水悬浮法对比研究了CL-20包覆前、后的机械感度及爆轰性能变化规律。实验结果表明:F2311包覆可以显著改善CL-20材料的表面缺陷;在-20、0、20、40°C与80°C条件下,F2311包覆可明显提高CL-20的临界撞击能与临界摩擦载荷;在-40℃环境下,包覆对CL-20临界撞击能与临界摩擦载荷无影响,原因可能与包覆材料的玻璃化转变温度有关;包覆后样品的实测爆热与爆速可达到5612.03 kJ/kg和8975.81m/s,与CL-20相比分别减小了8.70%和2.39%。研究结论对CL-20的安全储存、使用和高效能量输出具有一定的参考价值。

NC/Bu-NENA基推进剂性能研究(Ⅲ): 安定性、力学性能及机械感度

为了研究丁基-硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)对NC基推进剂安定性、力学性能及机械感度的影响,通过吸收-压延的方法制备了推进剂样品,测试了Bu-NENA的酸碱度、PH值以及阿贝尔安定性,获得了推进剂的拉伸强度、延伸率、抗冲击强度、玻璃化温度、动态力学性能、撞击感度及摩擦感度,分析探讨了表征Bu-NENA安定性的方法,NC/Bu-NENA基推进剂的热安定性、力学性能和机械感度的变化及机理。结果表明:采用酸碱度和纯度表征Bu-NENA的安定性比阿贝尔试验更贴合实际,Bu-NENA替代NG后推进剂的热安定性更好,甲基紫变色时间达到95 min(120℃);替代后推进剂的拉伸强度下降,延伸率和抗冲击强度大幅度提高,其中-40℃低温延伸率提高74.73%;玻璃化温度前移11.2℃,可能对推进剂制备工艺产生正面的影响并提高推进剂制备过程中的安全性;机械感度明显下降,其原因可能是Bu-NENA的自身感度低和对NC的塑化效果更强。

HATO的机械感度、热分解特性及爆轰性能

为了研究5,5′-联四唑-1,1′-二氧二羟铵(HATO)的机械感度、热分解特性及爆轰性能,利用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为黏结剂、石蜡为钝感剂,采用捏合造粒工艺制备了包覆HATO;采用BAM撞击感度仪、BAM摩擦感度仪、差示扫描量热仪、同步热分析仪、恒温式爆热量热仪等对HATO及包覆HATO的机械感度(撞击感度、摩擦感度)、热分解特性及爆轰性能(爆热、爆压和爆速)进行了研究。结果表明,在机械感度方面,HATO包覆前后的临界撞击能量和临界摩擦力分别为5J、120N和6J、180N;热分解特性方面,包覆HATO的起始分解温度和峰值温度升高,分解热降低,活化能增大;说明利用EVA、石蜡包覆可降低HATO的机械感度,提高HATO的热分解温度及活化能,提升HATO的应用安全性;在爆轰性能方面,包覆HATO的爆热由4948kJ/kg降至4701kJ/kg,爆压由31GPa降至23GPa,爆速由9400m/s降至8785m/s。分析认为,EVA和石蜡密度较小,导致包覆后HATO的密度降低,爆轰性能下降。此外,HATO的爆轰产物主要是N2、H2O、NH3、NH2、N2O和NO等质量轻的小分子,而这可能也是HATO爆压偏低的原因。

CL-20/HMX共晶及其混合炸药机械感度和能量性能研究

CL-20与HMX形成共晶,在能量损失相对较小的前提下有利于降低CL-20的感度,是目前CL-20基共晶材料研究的热点之一。为了促进CL-20/HMX共晶在混合炸药中的应用,采用水悬浮法分别制备了含HMX、CL-20、CL-20/HMX共晶的混合炸药,测试了不同炸药配方的机械感度、密度和爆速。以炸药配方的爆速测试结果为基础,对Kamlet公式进行修正,通过修正Kamlet公式及Urizar公式分别计算了HMX、CL-20、CL-20/HMX共晶的标准生成焓和特征爆速。结果表明,三种混合炸药中,含CL-20/HMX共晶的混合炸药机械感度低于40%,爆速大于8800 m/s,综合性能最好;三种单质炸药中,CL-20/HMX共晶的标准生成焓和特征爆速计算值较大,分别为851 kJ/mol、9335 m/s。

CMDB推进剂RDX填料表面包覆对其机械感度和力学性能的影响

为了改善RDX-CMDB推进剂的安全性能和力学性能,用一种含能高分子材料(记为HP-1)和一种胺类物质(记为AM)对RDX填料进行了表面包覆。用SEM和XPS对包覆样品的包覆效果进行了表征,对包覆前后RDX样品的撞击感度、摩擦感度及CMDB推进剂的机械感度和力学性能进行了测试和对比。结果表明,单独用HP-1包覆的样品机械感度没有明显变化;而随着AM用量的增加,样品的摩擦感度和撞击感度都有下降的趋势,当HP-1和AM的含量分别为1%和0.5%时,样品的特性落高升高了约17 cm,摩擦爆炸概率由92%降到58%。通过对RDX填料进行包覆,CMDB推进剂的撞击感度没有明显变化,而摩擦感度由58%降到4%,各个温度下的力学性能也得到了很大改善。

纳米RDX的制备及其机械感度和热分解特性

采用溶胶-凝胶法,通过引入1,2-环氧丙烷作为Fe()离子的水解促进剂,在温和条件下制备了RDX/Fe2O3湿凝胶,经超临界干燥后得到纳米RDX/Fe2O3复合含能材料的气凝胶,再用稀盐酸将气凝胶中的无定形Fe2O3溶蚀后最终得到RDX纳米粒子。利用TEM、SEM、EDS、XRD和DSC对纳米RDX的微观形貌、表面元素组成、晶体结构和热分解特性进行了研究,并测试了RDX的机械感度。结果表明,制备的纳米RDX粒径约为60～90nm;纳米RDX的撞击感度略低于微米RDX,但其摩擦爆炸百分数却增加了54%;热分析结果表明,纳米RDX的分解放热峰较微米RDX提前了10.74℃,活化能降低了18020J/mol。

制备工艺对HMX机械感度和热分解特性的影响

采用对原料奥克托今(HMX)筛分、球磨和溶剂/非溶剂重结晶等三种方法,制备出了不同形貌和粒度的HMX粉末。利用激光粒度仪和扫描电子显微镜(SEM)对样品进行了表征,并进行了撞击感度、摩擦感度及DSC测试,计算了三种HMX样品的表观热分解活化能。结果表明,筛分法制备的HMX样品,随着样品d50的减小,其机械感度没有明显的变化规律;球磨法制备的HMX样品,随着样品d50的减小,其撞击感度降低、摩擦感度升高;溶剂/非溶剂法制备的HMX样品,随着样品d50的减小,撞击和摩擦感度均降低。球磨法制备的HMX热分解活化能的平均值为262.184kJ.mol-1,明显高于溶剂/非溶剂法(238.902kJ.mol-1)和筛分法(242.343kJ.mol-1)。

纳米Al对RDX基炸药机械感度和火焰感度的影响

采用机械混合法制备了含纳米Al的RDX基混合炸药,测试了其机械感度和火焰感度,用扫描电镜表征了纳米Al及其炸药的表面形貌,分析了感度变化的原因。结果表明,加入纳米Al后,RDX基炸药的撞击感度、摩擦感度和火焰感度增大;随着纳米Al含量的增加,撞击感度、摩擦感度和火焰感度明显增大;且含纳米Al炸药的撞击感度、摩擦感度和火焰感度均高于含微米Al炸药。纳米Al及含纳米Al炸药均存在微量团聚现象,在一定程度上影响了含纳米Al的RDX基炸药的感度。

纳米AP/Fe_2O_3复合氧化剂的制备及其机械感度和热分解特性

利用溶胶一凝胶法，通过引入1，2-环氧丙烷作为Fe（Ⅲ）离子的水解促进剂，在温和、无毒的条件下制备了纳米AP／Fe2O3的湿凝胶，经超临界干燥后得到AP／Fe2O3纳米复合氧化剂的气凝胶。利用TEM、SEM、EDS和DSC对样品微观形貌、表面元素组成和热分解特性进行了研究，并测试了它们的撞击和摩擦感度。结果表明，该复合氧化剂具有纳米尺寸，其中AP粒度在50～90nm之间，Fe!03粒度约20nm。AP／Fe2O3撞击感度普遍高于纯AP撞击感度，但AP／Fe2O3摩擦感度低于纯AP摩擦感度。另外，AP／Fe2O3分解放热峰温度较纯AP有很大程度提前，放热量也显著增加，其中含90％AP的纳米复合氧化剂高、低温分解峰较纯AP分别提前了124．96℃和113．02℃．放热量增加了438．85％．

添加剂对黑索今颗粒包覆度和机械感度的影响

采用接触角测定仪测定了添加不同助剂的黏结剂溶液表面张力,以及在RDX炸药颗粒表面的接触角,通过扫描电镜图像、X射线能谱和样品的机械感度评价样品的表面包覆情况。分析了铺展系数、黏附功与包覆度、特性落高的关系,发现包覆度随铺展系数的增大而增大,随黏附功的增大而减小,说明铺展系数越大、黏附功越小,对润湿包覆越有利。且包覆度越大,特性落高越大,机械感度越低。扫描电镜研究结果表明,包覆后样品表面有一层均匀的橡胶薄膜。XPS分析结果表明,未添加助剂时的包覆度为16.85%,添加增黏剂和表面活性剂后样品包覆度可提高到95.41%。机械感度结果也表明,添加合适的助剂后特性落高由11.47cm提高到25.12cm,摩擦感度也明显降低。

HTPB／HMX复合粒子的制备及其机械感度研究

为了降低奥克托今(HMX)的机械感度,以端羟基聚丁二烯(HTPB)和甲苯二异氰酸酯(TDI)为包覆材料,采用相分离法对HMX颗粒进行了表面包覆,制备了HTPB/HMX复合粒子。采用SEM和XPS对包覆样品进行表征,对包覆前后样品的机械感度进行测试和对比。探讨了包覆工艺对包覆效果和机械感度的影响,并分析了包覆机理和钝感机理。结果表明,当用HT-PB和TDI同时包覆时,样品易出现大块粘连,摩擦感度降低,而撞击感度不降反升。经1%(质量分数)HTPB包覆后,HMX的摩擦爆炸概率P由100%降至46%,特性落高H50由32.5 cm降至28.6 cm。而先用HTPB包覆再用TDI包覆时,样品的流散性良好,包覆层均匀,机械感度明显降低;当HTPB的包覆量为1%时,H50可升高到45.7 cm,P可降至32%。

含LLM-105的改性双基推进剂的机械感度

研究了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)的含量和粒度对含LLM-105的改性双基推进剂机械感度的影响,并将LLM-105-CMDB推进剂的机械感度与含六硝基六氮杂异戊兹烷的改性双基推进剂(CL-20-CMDB)、含3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱的改性双基推进剂(DNTF-CMDB)及含奥克托今的改性双基推进剂(HMX-CMDB)的感度进行了比较。结果表明:用LLM-105逐步取代改性双基推进剂中的RDX,推进剂的机械感度也随之降低,撞击感度H50由23.4cm增加至39.3cm;高能量密度材料含量相同的几种改性双基推进剂机械感度由低往高依次为:LLM-105-CMDB、DNTF-CMDB、CL-20-CMDB、HMX-CMDB、RDX-CMDB。

不同粒度AP的机械感度

采用GJB77A-97标准中601．1及602．1试验方法，研究了粒度（2．7～100μm）对AP撞击感度和摩擦感度的影响。结果表明，随粒度的减小，AP的冲、摩感度升高，认为大颗粒AP破碎时消耗热量、颗粒间的摩擦作用力小、热分解反应发生猝灭使大粒度撞击感度减小，而小颗粒AP晶体上发生的局部摩擦、塑性变形及黏滞流动使其摩擦感度增大。从不同粒度AP在机械作用下发生的物理、化学变化的角度，分析了影响机械感度机理的因素。

高氯酸铵/硝胺丁羟复合推进剂热感度及机械感度研究

测试了高氯酸铵/硝胺丁羟复合推进剂的热感度、摩擦感度和冲击感度。感度的测试结果表明,用硝胺RDX或HMX部分取代AP制成硝胺丁羟复合推进剂后,这种复合推进剂的感度要高于仅含高氯酸铵的推进剂的感度;随着RDX或HMX含量的增加,其感度值随之增大,但增幅逐渐下降。但在高氯酸铵推进剂中加入卡托辛燃速催化剂以后,制成的高燃速推进剂,其摩擦感度明显增大。

CL-20晶体粒度和形貌对其机械感度及火焰感度的影响

采用筛分、手工研磨和高速剪切方法对CL-20进行预处理,制备出了不同形貌和粒度的CL-20粉末。利用激光粒度仪和扫描电子显微镜(SEM)对样品进行了表征,并测试了撞击感度、摩擦感度及火焰感度。结果表明,筛分法制备的CL-20样品随着样品粒度的减小,机械感度明显降低,火焰感度有降低趋势;由以上3种方法制备的粒度相似而形貌不同的CL-20样品中,筛分法制备的CL-20样品机械感度和火焰感度最高,其他两种方法制备的CL-20样品,撞击和摩擦感度均大幅降低。

硝基胍炸药的机械感度和爆炸性能研究

研究了硝基胍(NQ)的晶型对其装药、爆炸性能的影响;测定了以硝基胍为基的混合炸药(NQ97)的撞击感度、摩擦感度及其爆速、爆压。实验证明,用NQ97代替B炸药来装填武器,可以改进武器系统的安全性能,且不会降低武器系统的威力。

含湿量对RDX的机械感度和热分解特性的影响

为了研究含湿量对RDX的机械感度和热分解特性的影响,采用爆炸概率法和升降法,分别在HGZ-1型撞击感度仪上和MGY-1型摩擦感度仪上对不同含湿量的RDX进行感度测试,并对不同样品进行DSC测试分析和热力学理论计算,得到不同含湿量对RDX爆炸活化能和起爆能量临界值的影响规律。结果表明:含湿量对RDX机械感度有明显影响,机械感度与含湿量呈负相关性;湿分会降低RDX的爆炸性能,含湿量越大,RDX起爆所需能量越高,物料越不易起爆。

湿法研磨制备改性HMX及其机械感度研究

通过湿法研磨制备出不同粒度的改性HMX晶体,采用折光匹配法对其形貌进行表征,并测试了改性HMX的机械感度。讨论了研磨速率对HMX粒径的影响,以及改性前后HMX的机械感度,分析了湿法研磨对HMX机械感度的影响机理。结果表明,研磨速率为0.524m/s时得到的HMX粒度最小,为43.1μm,改性后的HMX摩擦感度降低60%,撞击感度降低68%,且研磨晶体粒度越小,晶体特性落高数值越大。晶体粒度及内部缺陷对机械感度的影响机制主要是研磨后晶体粒度减小且晶体内部缺陷减少,受到外力作用时,晶体内部热点产生和传播的概率降低。

不同粒度RDX的重结晶制备和机械感度研究

为研究RDX机械感度随其粒度大小的变化规律,采用微团化动态结晶方法和溶剂/非溶剂滴加重结晶方法制备出中位径d50分别为0.429μm,7.052μm,40.75μm的RDX颗粒,并采用粒度分析仪和扫描电子显微镜(SEM)对3种试样的粒度进行了表征。测定了3种试样的撞击感度(特性落高H50)和摩擦感度(爆炸概率)值。测试结果表明,撞击感度随粒度减小逐渐降低,并且在粒度降至亚微米级时最低。摩擦感度随粒度减小先升高再降低,而且粒度在亚微米时最为钝感。

降低丁羟高燃速推进剂机械感度研究

为了降低丁羟高燃速推进剂机械感度,考察了液体二茂铁燃速催化剂(EMT)含量、氧化剂高氯酸铵(AP)粒径及配比等对丁羟高燃速推进剂机械感度的影响,并通过差示扫描?热重(DSC?TG)热分析研究了AP/EMT体系热分解特性与机械感度的相关性。结果表明,细AP含量增加或细AP粒径减小时,推进剂药浆的摩擦感度和撞击感度均呈增加趋势;EMT提高了AP的高温分解反应速率常数和分解热,是含EMT的高燃速推进剂机械感度升高的微观原因,降低EMT含量,可以降低推进剂的机械感度;胺盐类降感剂GZJ?01和导电态聚苯胺降感剂DBJ?01对降低丁羟高燃速推进剂的机械感度无协同效应;细AP包覆和采用铜盐燃速催化剂(GRCJ)取代EMT均可以降低丁羟高燃速推进剂的机械感度。