环境温度对TATB/RDX传爆药起爆及驱动性能的影响

为了获得环境温度对TATB/RDX传爆药起传爆性能及驱动性能的影响特性,采用激光多普勒测速技术及瞬态太赫兹波多普勒干涉测速技术,对TATB/RDX传爆药在隔层起爆条件下的起爆、传播及驱动性能开展实验研究,获取了-45~70℃温度环境中TATB/RDX传爆药的到爆轰距离、爆轰反应区时间宽度、爆轰传播速度及驱动飞片的飞行速度曲线。结果表明:TATB/RDX传爆药的到爆轰距离及爆轰反应区时间宽度随环境温度的降低均近乎呈线性增长趋势;爆轰传播速度随环境温度的降低而逐渐提高;驱动飞片的速度随环境温度的变化特性在飞片主体-层裂层融合前后存在明显不同。

八面体形细粒度高品质RDX晶体的制备及生长机理

采用溶剂-反溶剂法,在二甲基亚砜(DMSO)-乙二醇(EG)体系中,以1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EmimOAc)离子液体为添加剂,制备了平均粒径为9.35μm的八面体环三亚甲基三硝胺晶体(O-RDX)。系统研究了溶剂体系、溶液浓度、结晶温度、添加剂、搅拌速率等结晶参数对RDX晶体生长行为的影响规律,发现过饱和度是决定RDX晶体生长方式的主要因素,随着过饱和度的逐渐减小,RDX晶体经历了粗糙生长-二维生长-螺旋生长的变化过程,RDX晶体形态由树枝状逐渐演化为八面体形状。与原料RDX相比,O-RDX的晶型未发生改变,为常用的α晶型;O-RDX晶体密度增加,内部缺陷减少;分解温度提高5℃;撞击感度和摩擦感度分别降低60%和50%。为揭示O-RDX的形成原因,采用附着能AE模型,分子动力学(MD)方法,预测了RDX在真空下和EmimOAc作用下的晶体模型。预测结果表明,真空条件下RDX具有6个重要的生长面:(1 1 1)、(2 0 0)、(1 0 2)、(0 2 0)、(2 1 0)、(0 2 1),EmimOAc则使RDX主要晶面的生长速率趋于一致,导致八面体RDX晶体的形成,理论模拟与实验结果基本一致。

不同温度下RDX基熔铸炸药的力学性能研究

为了探究温度对RDX基熔铸炸药的力学性能影响,采用了单轴压缩试验和直接拉伸试验,利用颗粒流数值模拟软件建立相应的数值模型并进行数值模拟试验,对不同温度下RDX基熔铸炸药的力学性能进行了研究。结果表明,研究不同温度下试样在不同应力状态阶段的微观损伤机理,发现温度显著影响试样的抗压强度、抗拉强度和弹性模量,抗变形能力明显依赖于温度。随着温度的升高,试样的峰值强度增大,弹性模量先增大后降低。根据微观裂纹、接触力链以及颗粒位移场的发育演化过程可以看出,温度越低,试样破坏后分块数越少,越容易出现应力集中现象,发生局部破坏,试样完全破坏后,裂纹数量随温度降低而减少,接触力链数量增大,颗粒位移方向由复杂分散逐渐有序,抗变形能力增大。

PBT/A3基RDX含铝炸药爆炸能量特性研究

为掌握PBT/A3粘结剂体系对含铝炸药爆炸能量的影响特性,以PBT/A3粘结剂体系为研究对象,复合RDX和Al粉设计PBT/A3基RDX含铝炸药配方。测试炸药复合体系密度、爆速、爆热等性能,并与相同条件HTPB基RDX含铝炸药进行对比,探讨PBT/A3粘结剂对炸药密度及爆炸本征能量爆速和爆热影响;开展PBT/A3基含铝炸药冲击波超压性能测试,对其近/远场冲击波能量释放特性进行分析和讨论。研究结果表明:较于HTPB基RDX含铝炸药,PBT/A3粘结剂对复合体系装药密度提升9.1%,爆速和爆热分别提升1.45%和11.47%,能量密度提升较为明显;PBT/A3基炸药近场超压当量为1.6倍,远场超压当量为1.69倍,PBT/A3含能粘结剂体系的引入改善了复合体系氧平衡,有利于Al粉充分燃烧提高其远场能量释放。

水雾对RDX粉尘爆炸的抑制作用

为研究水雾对RDX粉尘爆炸的抑制作用,自主设计了可视化方管粉尘爆炸水雾抑制系统,选择了不同喷嘴类型、喷孔直径以及雾化压力等实验条件,以RDX粉尘爆炸火焰传播动态、爆炸压力以及爆炸温度等变化,判断不同条件下水雾对RDX粉尘爆炸特性的影响。结果表明:在同一雾化压力下,不同类型喷嘴喷出水雾对RDX粉尘爆炸抑制效果不同,离心喷嘴喷出水雾抑爆效果最好;随着雾化压力增大,水雾对RDX粉尘爆炸抑制作用增强;在实验选用的0.8、1.2、1.5、2.0、2.4 mm五种孔径离心喷嘴中,1.5 mm孔径离心喷嘴喷出水雾抑爆效果最佳,在雾化压力4 MPa下,RDX粉尘爆炸压力仅为0.1184 MPa,相比于无水雾时RDX粉尘爆炸压力0.4561 MPa,压力峰值降低了74.0%,爆炸温度为234℃,相比于无水雾时RDX粉尘爆炸温度774℃,温度峰值降低了69.8%。

飞秒激光作用下RDX/HTPB混合炸药界面反应的分子动力学模拟

为研究混合炸药在飞秒激光作用下界面上的反应特征,构建了RDX/HTPB混合炸药体系的计算模型,基于ReaxFF-lg反应力场,对其在飞秒激光作用下的响应过程进行了反应分子动力学模拟,分析了计算体系的温度、密度变化以及界面上的化学反应特征.结果表明:从HTPB和RDX两端加载激光能量时,RDX/HTPB体系界面上没有明显的温度突变,温度呈现平稳过渡的变化趋势.激光能量越高,HTPB和RDX反应越剧烈,在界面上HTPB分解产生的H或C原子与RDX分解的小分子产物发生化学反应,生成了CO、C_(3)O、C_(2)O_(2)、C_(2)HO、NH_(2)、NH_(3)等中间产物和H_(2)O、CO_(2)、H_(2)等终态产物;激光能量较低时,RDX和HTPB各自反应不充分,RDX区域仍有大量未分解的环状分子存在,HTPB区域主要是长碳链形式的大分子,两者界面区域分解产物间发生的反应较少.

静电喷雾法制备纳米复合含能材料RDX@NGEC及性能

通过静电喷雾干燥技术,以黑索金(RDX)、纤维素甘油醚硝酸酯(NGEC)为原料,以丙酮为溶剂,制备一种新型的RDX@NGEC核-壳结构纳米复合含能材料。通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射和拉曼光谱,对复合粒子的结构和组成进行表征;采用差示扫描量热法,通过Kissinger和Ozawa两种方法分别对复合材料的热分解反应动力学和热力学进行分析;另外进行撞击和摩擦感度实验研究其机械性能。研究结果表明:采用静电喷雾法制备的RDX@NGEC复合粒子形貌均匀且呈球形,具有典型的核壳结构;与原料RDX相比,复合粒子的热分解表观活化能从122.050 kJ/mol提高到131.701 kJ/mol,且随着NGEC含量的增加活化能逐渐增大;其中10%质量分数NGEC的添加,复合粒子的热爆炸临界温度由513.696 K提高到524.989 K。机械感度研究表明:NGEC可以作为有效的缓冲层赋予RDX良好的钝感效果,当比例为2∶8时撞击和摩擦感度的降低幅度最大分别可达44.1%,24.8%,安全性能大大提高。

介孔碳纳米球/RDX主客体含能复合材料的制备及热分解性能

为探究介孔碳纳米球(MCS)对氧化剂环三亚甲基三硝铵(RDX)热分解性能的影响,通过双模板法制备出粒径约350 nm的MCS,利用主客体化学技术将RDX晶体引入MCS孔内及表面,得到MCS/RDX复合物。采用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)对MCS和MCS/RDX复合物的形貌和结构进行表征;通过傅里叶红外变换光谱(FTIR)研究了MCS与RDX之间的界面相互作用;利用差示扫描量热⁃热重分析(DSC⁃TG)研究MCS/RDX复合物的热行为,相比纯RDX,MCS/RDX复合物的分解温度降低13℃,放热量增加,表观活化能从234.87 kJ·mol^(-1)降低到126.48 kJ·mol^(-1)。采用落锤撞击感度仪和静电火花装置测试所得材料感度。与纯RDX相比,MCS/RDX复合物的撞击感度和静电火花感度明显降低。这些结果表明,MCS对RDX的热分解具有较好的催化性能,并能降低RDX的感度。

紫外激光辐照RDX含能材料烧蚀特性研究

为了探究含能材料在紫外激光辐照下的烧蚀特点及规律,采用光学显微镜、扫描电子显微镜以及微粒计数器等表征手段,分别对不同质量、不同厚度的黑索今(research department explosive,RDX)含能材料在紫外激光(波长为355 nm)辐照下的烧蚀尺寸、烧蚀形貌以及冲击波引起的材料喷溅等特性进行表征与统计。研究结果表明,随着入射激光能量密度的不断增大,含能材料的横向烧蚀面积和纵向烧蚀深度均先增大后减小,且最终烧蚀面积保持在光斑面积大小,烧蚀深度保持在60μm左右;对于激光烧蚀诱导的含能材料微粒喷溅,中尺寸的微粒数量呈现先增多后减少的趋势,而大尺寸的微粒数量却一直减少。与大光斑激光辐照相比较,在相同能量密度下,小光斑辐照时的横向烧蚀面积更小,烧蚀致微粒喷溅的作用更强。

高品质RDX的抗压性能研究

研究了压药过程是否会破坏高品质黑索今(H-RDX)的完整性,导致H-RDX失去低感度优势。通过扫描电镜和激光粒度仪对单个H-RDX颗粒、H-RDX和H-RDX造型粉在压制前、后的表面形貌和粒度进行了表征,测试了压制前、后的撞击、摩擦和冲击波感度,并与普通RDX进行比较。研究表明:40 MPa压药压力已经引起了H-RDX、普通RDX及造型粉颗粒的碎裂和损伤。H-RDX的抗压性能比普通RDX更好,虽然压药过程会破坏H-RDX和普通RDX颗粒的完整性,但H-RDX依旧能保持安全性能优势,且经过包覆后,安全性能可以进一步提升。单个H-RDX颗粒的耐压压力(不低于400 MPa)远高于单个普通RDX颗粒(小于40 MPa);H-RDX及H-RDX造型粉在颗粒集合体中的碎裂程度也分别低于普通RDX 25%和65%以上。经过压制后,H-RDX比普通RDX的撞击感度低50%,摩擦感度低25%。H-RDX造型粉压制的高聚物黏结炸药(PBX)的冲击波感度低于普通RDX基PBX。压制后与压制前相比,H-RDX的撞击感度降低50%,摩擦感度升高17%,冲击波感度增加16%;而使用黏合剂包覆后,冲击波感度可降低约29%。

Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物的热分解特性

为了获得Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物的热分解反应特性,以环己烷为分散剂,采用超声混合工艺制备了Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物;通过差示扫描量热法(DSC)对其热性能、热分解反应动力学进行了研究,并对纳米铝热剂Al/Fe_(2)O_(3)对RDX的热催化反应机理进行了探讨。结果表明,Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物的起始热反应温度大于200℃,具有良好的热安定性;在Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物的热分解过程中,纳米Fe_(2)O_(3)对RDX的热催化分解作用大幅降低了RDX的分解活化能,导致其热分解反应温度降低;与原料超细RDX热分解相比,Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物中RDX的分解活化能降低了41.63 kJ/mol;多孔高比表面积的纳米Fe_(2)O_(3)与RDX中N—NO 2键的硝基N形成配位络合物,导致RDX中N—NO 2的断裂,加速了RDX的分解,对Al/Fe_(2)O_(3)-RDX纳米复合物的热分解反应起着促进作用。

基于吸脱附理论的RDX驱酸洗涤动力学模型研究

为了获得较为精确的描述黑索今(RDX)驱酸洗涤过程的动力学模型,基于6种典型脱附动力学模型与9种典型扩散模型,结合驱酸洗涤实验数据,采用共享参数模式下非线性拟合方法进行了RDX驱酸洗涤的动力学研究。结果表明,H-S分数阶脱附模型能够较为准确地描述RDX驱酸洗涤过程,其拟合相关系数均在0.998以上,拟合决定系数均在0.993以上;磁力搅拌清洗与超声波清洗的脱附活化能分别为20.05、21.42kJ/mol,指前因子分别为32.070、329.516min-1,脱附时间指数分别为1.4682、0.9856,脱附模型常数分别为1.2984、1.0545;当洗涤温度为20~50℃时,与磁力搅拌清洗相比,超声波清洗时RDX表面吸附的酸脱除速率约增大了4.86~5.17倍,且随着洗涤温度的升高,驱酸洗涤过程的速率控制步骤由脱附为主的综合过程逐步转化为酸的扩散过程。

沥青烯基碳纳米材料制备及其对于HMX、RDX的热分解催化性能

为了制备出高比表面积的多孔碳纳米材料来改变HMX和RDX的热分解催化性能,以两种不同分散效果的氧化沥青烯为碳源,以尿素作为结构导向剂在高温条件下形成两种不同孔径的多孔炭纳米片。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)和比表面积及孔径分析仪对样品的形貌和结构进行了测试和表征。结果表明,亲水性更好的氧化沥青烯所制备的炭纳米片(ASPCNs 2)较亲水性较差的沥青质氧化物(ASPCNs 1)制备的碳纳米片具有更高比表面积(2470.47、1742.83m^(2)/g)和更大的孔体积(1.38、1.40cm^(3)/g)。ASPCNs 1和ASPCNs 2整体结构呈现蜂窝煤装,孔结构主要是以微孔为主。此外,ASPCNs 2对RDX和HMX热分解的催化作用优于ASPCNs 1,使其热分解峰温和表观活化能分别降低了26.23℃和34.15℃,37.45kJ/mol和48.22kJ/mol。

湿热加速老化对季戊四醇丙烯醛树脂-RDX浇注炸药力学性能的影响

为了评估湿热老化对季戊四醇丙烯醛树脂(123树脂)-黑索今(RDX)浇注高聚物黏结炸药(PBX)炸药性能的影响,开展了湿热加速老化试验研究。采用水分吸附仪,材料试验机,扫描电镜以及红外光谱等表征方法,分析了该浇注PBX炸药试件的吸湿性能及其湿热老化前后的力学性能、断面形貌和老化机理。结果显示,RDX、123树脂及其浇注PBX的吸湿率随相对湿度的升高逐渐增加,其中123树脂的吸湿率最大,相对于主炸药RDX有较强的吸湿性,表明浇注PBX的吸湿性由体系中123树脂占主导;红外光谱结果显示123树脂经湿热老化后存在吸湿水解现象,同时湿热老化显著影响123树脂基浇注PBX力学性能,环境湿度越高123树脂基浇注PBX力学性能下降越显著,且随着老化时间延长力学性能下降明显;经65℃/90%RH老化5 d抗压强度下降了17.60 MPa,降幅达24.09%,抗拉强度下降了2.32 MPa,降幅达28.78%,当老化30 d时抗压强度下降了77.80%,抗拉强度下降了58.56%。研究结果表明123树脂基浇注PBX对湿度较敏感,而123树脂吸湿水解是导致浇注PBX力学性能显著下降的主要原因。

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)。

DNAN/RDX熔注炸药发射安全性模拟试验研究

DNAN基熔注炸药因优异的安全性能在世界范围内正广泛替代TNT基熔注炸药,但国内目前鲜有关于其在发射过载环境下的安全性研究报道,严重限制了国内榴弹等高膛压火炮用DNAN基熔注炸药的配方研制。为此,以DNAN/RDX(40/60)熔注炸药为对象,基于炸药抗过载装置,利用整形器技术进行波形整形,获得了与发射过载相似的载荷特征,建立了炸药装药发射安全性模拟试验装置,并采用临界底隙判据对炸药的发射安全性展开定量研究。结果表明:∅15 mm×14 mm的DNAN/RDX配方药柱在打击速度为2.85 m/s条件下,所受载荷峰值为306 MPa,脉宽为7.85 ms,临界底隙为3.19 mm;在打击速度为6.66 m/s条件下,药柱所受载荷峰值为681 MPa,脉宽5.99 ms,临界底隙为1.31 mm;在打击速度为9.26 m/s条件下,药柱所受载荷峰值为1100 MPa,脉宽5.58 ms,临界底隙为1.0 mm。根据药柱临界底隙随发射载荷幅值的变化规律,同一载荷下DNAN/RDX(40/60)临界底隙比B炸药大10%以上。

预混膜乳化法制备RDX复合颗粒及其性能研究

为了降低黑索今(RDX)的机械感度,以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)和乙基纤维素(EC)为黏结剂,采用预混膜乳化法制备了RDX/GAP/EC复合颗粒,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、BAM撞击感度仪和BAM摩擦感度仪对其性能进行表征。结果表明,用200 mL乳液制得的模板所得到的RDX/GAP/EC复合颗粒与原料RDX相比,形貌规则较好,球形度比较高,粒径范围270~450μm,晶型未发生改变,活化能提高了20 kJ/mol,热爆炸临界温度提高了30℃,撞击感度和摩擦感度能量分别提高了3.5 J和48 N。

RDX含量对改性双基推进剂热安全特性的影响

为探究改性双基推进剂的热安全特性,采用差示扫描量热法(DSC)对黑索今(RDX)含量分别为0,18%,46%和54.6%的改性双基推进剂的热分解行为进行了研究,得到了升温速率2,5,10℃·min^(-1)和20℃·min^(-1)下的热分解温度。通过热反应动力学分析计算了其表观活化能、指前因子、反应速率、吉布斯自由能、活化焓及活化熵,分析了RDX含量对双基组分及表观活化能的影响规律。通过慢速烤燃和5s爆发点试验得到不同RDX含量改性双基推进剂的响应特性。结果表明,配方中RDX含量为18%时,表观活化能最大,慢速烤燃和5s爆发点响应温度和响应剧烈程度最低;随着RDX含量的增加,DSC第一分解峰温后移,表观活化能降低,双基推进剂的慢速烤燃响应温度向高温方向移动,体系热敏感性降低,但响应等级随之提升;当RDX含量在46%及以上时,响应等级为爆炸,不能通过慢速烤燃试验考核;5s爆发点温度随着RDX含量的增加向高温方向移动,且上升趋势较为明显,改性双基推进剂的热安定性有所提升。

炭黑种类及含量对RDX-CMDB推进剂低压燃烧性能的影响

为了调节RDX-CMDB推进剂低压条件(1~6MPa)下的燃烧性能,通过造粒浇铸工艺制备了推进剂样品,研究了炭黑种类(CB-1、CB-2及CB-3)和含量变化(0~1%)对RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响,测试和计算了不同工作压强下的燃速和压强指数。结果表明:不同种类的炭黑均可提高RDX-CMDB推进剂在1~6MPa压强范围内的燃烧速度,其中炭黑CB-3对RDX-CMDB推进剂低压条件下燃烧性能调节作用最优;随着炭黑(CB-3)添加含量增加,RDX-CMDB推进剂的燃速也逐渐增加,燃速增加幅度在炭黑添加含量为0.75%左右达到最大;同时,RDX-CMDB推进剂的燃速压强指数在1~6MPa范围内先降低后增加,炭黑添加含量为0.5%时燃速压强指数最低为0.37。

GAP/PET/RDX基推进剂的动态冲击及点火响应行为

针对含不同粒度环三亚甲基三硝胺(RDX)的叠氮缩水甘油醚(GAP)推进剂和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)推进剂,利用分离式霍普金森压杆装置开展高应变率(1000~6000s^(-1))动态冲击实验,同时结合高速摄影和数字全息光学测量技术,采用3台高速摄像机同步观测推进剂在撞击条件下损伤演化、点火响应和能量增长过程。结果表明,GAP基推进剂在高应变率压缩下的强度极限较PET基推进剂最大提升了一倍,弹性模量在不同应变率下均提升了一倍以上;中等粒度RDX较粗粒度RDX推进剂的强度极限最大提升了80%,弹性模量最大提升了148%;此外,GAP基推进剂较PET基推进剂、粗粒度较中粒度推进剂在高应变率压缩条件下更易点火,但中粒度推进剂的燃烧反应较粗粒度更加剧烈和完全。