纳米CL-20/AP含能复合粒子的制备及性能表征

为了改善2,4,6,8,10,12?六硝基?2,4,6,8,10,12?六氮杂异伍兹烷(CL?20)的安全性能,采用一步球磨法制备出纳米CL?20/AP含能复合粒子,并通过扫描电子显微镜(SEM)、粉末X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)和撞击感度测试对其性能进行了研究。结果表明,纳米CL?20/AP含能复合粒子球形化效果明显,粒径约为300～500 nm;复合粒子的峰位置发生明显的偏移、新增和消失,推测其物相晶型可能发生变化,由于多晶样品的择优取向,复合粒子的X射线衍射峰强度明显降低;纳米CL?20/AP含能复合粒子的放热峰相比原料提前了,更容易发生热分解;撞击感度测试中,复合粒子的特性落高比CL?20增加了13.10 cm,安全性能更好。

微流控制备微纳米LLM-105/CL-20复合含能材料

为了增加含能材料在生产、使用中的安全性能,利用微流控技术,以改良型氟橡胶作为黏结剂,采用LLM-105和CL-20为原料,成功实现了高能钝感LLM-105/CL-20复合材料的连续且安全的制备;采用场发射扫描电镜(SEM)观察了样品的微观形貌,采用傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)分析了样品的结构和晶型;采用DSC分析了样品的热分解性能;测试了原料CL-20及复合粒子的机械感度。结果表明,在优化条件下,即溶剂与非溶剂流速比为1∶6,黏结剂质量分数为6%,总流速为80mL/min时,LLM-105能够有效地包覆在CL-20表面,粒径分布范围为0.19~3.92μm;通过FT-IR和XRD表征,进一步证明LLM-105成功包覆在CL-20表面;复合粒子的撞击感度从10cm提升至55cm(落锤质量为2kg),显著增强了其安全性能。表明微通道内制备LLM-105/CL-20复合粒子的方法具有降感效果显著的优点,且该方法易于操作,适合连续安全生产。

三维网络结构CL-20/Al@Co/NBC复合物的制备与性能

为了改善Al粉在混合炸药中的释能特性,综合微结构设计和Al颗粒表面改性优势,构筑了三维网状六硝基六氮杂异伍兹(CL-20)/Al@Co/硝化细菌纤维素(NBC)复合物。首先采用置换法在Al粉表面包覆Co,形成核壳结构Al@Co粒子;再利用模板法将Al@Co和CL-20沉积在NBC的三维网状结构中,得到三维网状CL-20/Al@Co/NBC复合物。采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)进行形貌结构表征,并通过热分析、感度和燃烧测试进行性能分析。结果表明,Al@Co粒子为Co在Al表面形成一层厚度约32 nm包覆层。CL-20/Al@Co/NBC复合物呈三维网状结构,与相应的NBC+CL-20+Al混合物及CL-20/Al/NBC复合物相比,Al的高温热分解峰温分别提前123.7℃和99.5℃,放热量分别增加5.93 kJ·g^(-1)和4.50 kJ·g^(-1)。且CL-20/Al@Co/NBC的点火延迟时间更短、燃烧速率更快;撞击感度(30 J)和摩擦感度(192 N)均有所降低。

GAP-HDI/CL-20纳米复合含能材料的制备、表征及其热分解特性

以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为含能骨架,六亚甲基二异氰酸酯(HDI)为交联剂,采用溶胶-凝胶法结合真空冷冻干燥技术,制备了CL-20质量分数分别为25%、45%、60%的GAP-HDI/CL-20纳米复合含能材料。利用SEM、Raman、FT-IR对其结构和形貌进行了表征;利用DTA对其热分解特性进行了研究;根据不同升温速率下的DTA曲线测试结果对所制备样品的热分解动力学参数、热力学参数和热爆炸临界温度进行了计算。结果表明,CL-20粒子成功负载到了GAP-HDI凝胶骨架中,形貌由棱柱状转变为类球形,且粒径为纳米级;GAP-HDI/CL-20纳米复合含能材料的初始热分解峰温较原料CL-20均有所提前;CL-20质量分数分别为25%、45%、60%的GAP-HDI/CL-20纳米复合含能材料在高温热分解阶段表观活化能分别为224.9、228.9、231.7kJ/mol,与原料CL-20相比,分别降低了28.4、24.4和21.6kJ/mol,说明纳米复合粒子的热分解活性得以提高;GAP-HDI/L-20纳米复合含能材料的热力学参数和热爆炸临界温度均随着CL-20含量的增加而增大。

零氧平衡CL-20/AP复合含能材料的制备及表征

为了调节六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)的氧平衡,进一步提高其能量利用率,采用乳液法制备了零氧平衡的CL-20/AP复合含能材料,并研究了影响乳液稳定性的因素。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)及撞击感度试验对材料的形貌、结构和性能进行了表征。结果表明,表面活性剂吐温-80的用量为AP和CL-20总质量的0.56%时,可形成稳定的O/W结构;乳液能在48h内保持良好的稳定性;微米级的空心球形α-CL-20晶体附着在AP晶体表面,二者充分接触;CL-20/AP复合含能材料仅在243.38℃处有一个放热峰,其放热量达1 538.83J/g,同原料CL-20相比提高了60.7%;CL-20/AP复合含能材料撞击感度的特性落高H50为45cm,比原料CL-20高32cm,显示CL-20的安全性能明显改善。

静电纺丝技术制备ETPE基多元含能复合纤维

为了探索ETPE基多元含能复合纤维的静电纺丝制备工艺,以聚叠氮缩水甘油醚基热塑性弹性体(GAP-ETPE)为聚合物黏合剂,CL-20、纳米铝粉(n-Al)作为高能组分,采用静电纺丝技术制备了GAP-ETPE基超细含能复合纤维,并对溶剂、前驱液质量分数、固相组分配比等关键工艺参数进行了优化;采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对产物形貌进行了表征,采用DSC法分析了复合纤维的热分解性能;测试了复合纤维的机械感度。结果表明,GAP-ETPE基含能复合纤维静电纺丝制备最佳溶剂为丙酮,产物成丝均匀、表面光滑;在GAP-ETPE/CL-20质量比为3∶7、前驱液质量分数为50%时,二元超细含能复合纤维(CL_(x)-ETPE_(y)-Z)的成丝效果最优,平均直径约为2480nm;在铝粉质量分数为10%、前驱液质量分数为50%时,三元超细含能复合纤维(CL-Al_(m)-ETPE-Z)的成丝效果最优,平均直径约为930nm;相比于CL-20,CL_(7)-ETPE_(3)-50含能复合纤维热分解峰值温度提前了29℃,加入n-Al之后热分解峰值温度提前了32℃,且优于物理共混物(PM);与CL-20的感度(P=100%、H_(50)=17cm)相比,GAP-ETPE/CL-20和GAP-ETPE/CL-20/Al含能复合纤维的摩擦感度(32%和48%)和撞击感度(29cm和43cm)均大幅降低,且低于同配方的物理共混物。

超细NC/GAPE/CL-20含能复合纤维的制备及性能研究

采用静电纺丝法制备了NC/GAPE/CL-20含能复合纤维,并用SEM、EDS、XRD、IR、XPS和BET分析对复合纤维的形貌和结构进行了表征;采用DSC对复合纤维进行了热分析,并用TG-MS测试了复合纤维的热分解产物;测试了样品的机械感度并计算了其能量性能。结果表明,黏结体系NC/GAPE与炸药CL-20结合良好,复合纤维的平均直径为620nm,比表面积为5.2648m2/g;纤维的表面元素和分子结构与原料一致,没有新化学键生成;复合纤维中CL-20的晶型发生了改变,从ε-CL-20转变为β-CL-20。DSC分析的结果表明,复合纤维的热分解活化能为216.03kJ/mol,比CL-20升高了22.47kJ/mol;TG-MS测试结果表明,复合纤维的热失重过程较为集中,主要分解产物为N2、CO、NO和H_(2)O,同时也有少量CO_(2)、CH_(4)、N_(2)O、H_(2)生成;感度测试结果表明,与原料CL-20相比,复合纤维具有更低的撞击感度和摩擦感度;在能量性能方面,复合纤维的爆速为9365m/s,与原料CL-20相近;复合纤维的爆热为6027kJ/kg,低于原料CL-20的6158kJ/kg;复合纤维的标准比冲和特征速度分别为2573.7N·s/kg和1631.5m/s,略低于原料CL-20的2673.8N·s/kg和1638.6m/s。表明此含能复合纤维具有较高的能量性能和较低的机械感度。

NC/GAPE/CL-20含能复合纤维的静电纺丝制备研究

为了探究静电纺丝工艺中不同因素对NC/GAPE/CL-20含能复合材料制备的影响,对不同溶液质量浓度、静电纺丝电压、注射速率、针头内径下制备的样品进行形貌分析,找到最佳工艺条件并对原料和最佳工艺制备的产物进行IR、XRD、DSC和机械性能测试。研究表明,最佳工艺条件为溶液质量浓度30%、静电纺丝电压14kV、注射速率5mL/h、针头内径0.51mm,在该条件下可得到形貌连续均匀的纤维;复合纤维中的CL-20晶型从原料ε-CL-20转变为β-CL-20,其放热峰提前,活性增强,安全性得到提高。

硬脂酸钙对CL-20/Estane复合粒子性能的影响

以CL-20为主体炸药、Estane5703为黏结剂、硬脂酸钙(CaSt2)为增塑剂,采用水悬浮法制备了4种复合粒子。用SEM、XRD、DSC对目标产物进行了表征及性能测试。结果表明,水悬浮法可以使硬脂酸钙和Estane5703成功包覆在CL-20晶体的表面,CL-20的晶型仍为ε型,说明硬脂酸钙不会改变CL-20主体炸药的晶型。加入硬脂酸钙后,CL-20/Estane复合粒子的特性落高从34.8cm升至39.8cm,热稳定性有所改善;当硬脂酸钙的质量分数为0.5%时,CL-20/Estane包覆样品的热爆炸临界温度提高了5.81℃。

CL-20/开口多壁碳纳米管复合含能材料的制备与性能

以开口多壁碳纳米管(SMWNTs)为原料,六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)为填料,采用超声吸入法制备CL-20/SMWNTs纳米复合含能材料;利用TEM、DSC-TG、XRD对样品进行表征,并对其进行激光点火试验。结果表明,CL-20晶粒填充到SMWNTs内部,填充部位在SMWNTs的端口,呈颗粒状排列。与纯CL-20相比,CL-20/SMWNTs纳米复合含能材料的起始分解温度由原来的239.6℃降至229.6℃,分解峰温也由原来的221.4℃降至173.6℃。CL-20/SMWNTs纳米复合含能材料光敏感性强,激光能量50W时可将其点燃。

CL-20基含铝炸药组分微结构对其爆炸释能特性的影响

为了改善铝粉在CL-20基含铝炸药中的反应动力学特性,利用溶剂-非溶剂法制备了CL-20/Al复合颗粒,实现了CL-20与Al在微结构上的紧密结合,通过直接法制备了由CL-20/Al复合颗粒构成的组分质量分数为85%CL-20/10%Al/5%黏结剂的含铝炸药,并与常规法制备的相同组成的CL-20基含铝炸药进行了机械感度、爆热、爆炸罐试验和圆筒试验等结果的对比。结果表明,CL-20/Al复合颗粒会使含铝炸药的撞击感度略有提高,而摩擦感度不变,但总体上对机械感度影响不大;通过CL-20/Al在微结构上的复合,缩短了Al粉与爆轰产物之间的扩散距离,可以显著改善Al粉的反应动力学性能,提高Al粉在含铝炸药爆炸过程中的反应完全性,促使部分Al粉在爆轰区内参与反应,相比于常规法制备的相同组成的含铝炸药,可使含铝炸药的爆热从6787 J/g提高至6930 J/g,爆炸罐内爆炸场最高温度从544.3℃提高至661.2℃,格尼系数由2.88 mm/μs提高至3.10 mm/μs。

CL-20/FOX-7基PBX的制备及其性能表征

为提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的安全性能,并保持其较高能量,以聚氨酯高聚物Estane为包覆剂,1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)为含能降感成分,利用水悬浮包覆法制备了三种不同配比的CL-20/FOX-7基高聚物粘结炸药。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、撞击感度测试仪以及摩擦感度测试仪对样品的形貌结构、晶型、热分解特性以及样品的机械感度进行测试分析,用电测法对三种配比高聚物粘结炸药(PBX)爆速进行测试。结果表明,CL-20/FOX-7基炸药颗粒包覆效果较好,且CL-20和FOX-7均未发生转晶。三种CL-20/FOX-7基PBX表观活化能比细化CL-20分别提高了17.12,32.87kJ·mol^-1和40.24kJ·mol^-1;活化焓(ΔH)较CL-20也明显提高;特性落高由细化CL-20的27.5cm分别提高到58.3,56.5,54.2cm。三种配比CL-20/FOX-7基PBX实测爆速分别为8474,8503,8577m·s^-1,与PBXN-5相当,但特性落高较PBXN-5提升了48.5%以上,炸药安全性能明显提升。