静电喷雾法制备超细CL-20基复合含能微球及其性能研究

为了使六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)球形化并且降低其反应活化能,采用静电喷雾法成功制备了超细NC/CL-20复合含能微球。通过控制静电喷雾实验条件及前驱体溶液参量,得到了球形度完整、粒径在1~3μm且粒度分布较窄的复合物微球颗粒,并且探究了CL-20含量对微球粒度的影响;对该复合微球进行了红外光谱分析、X射线衍射分析、热分解反应动力学研究。结果表明,复合微球中CL-20与NC之间仅为物理复合;原料CL-20为ε晶型,而静电喷雾制备的复合微球中CL-20均为β晶型;几种复合微球的放热峰温均低于原料CL-20;NC/CL-20复合微球的分解反应活化能比原料CL-20降低了28.47kJ/mol。

Pickering乳液自组装CL-20/n-Al/F2605复合空心微球的制备与性能

高能量、高爆热的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/Al复合物由于自身的高感度而限制了在炸药领域的广泛应用。为制备高能量和高安全性的CL-20/Al含能复合材料,采用Pickering乳液法制备了空心球形CL-20/n-Al/F2605(氟橡胶)复合物,并对Pickering乳液稳定性、复合物表面结构、热分解、燃烧及安全性能进行了分析。结果显示:当2 mL乙酸乙酯中溶解的CL-20固体质量为0.10~0.14 g、油水质量比在1:5~1:7之间、超声时间小于30 min、静置时间小于120 min时,形成的乳液稳定性好。该复合物表面结构粗糙,中位径d_(50)为73.17μm,各组分复合均匀。复合物的热分解峰温和活化能分别为236.7℃、164.6 kJ/mol,n-Al和F2605降低了CL-20分解过程中21.2%的活化能。复合物平均线性燃速为7.14 cm/s;特性落高H_(50)为39.5 cm,和原料CL-20相比提升了26.5 cm,安全性能得到提高。

基于铝基含能配合物及CL-20含能微芯片的制备及表征

为提高含能微芯片的能量特性和燃烧特性,推进其在微推进器、微驱动器、微毁伤器等装置中的应用,通过在铜箔上原位生长含能配位聚合物(ECP)、电子束沉积n-Al及重结晶CL-20的方法制备了ECP@Al@CL-20的含能阵列,采用SEM、XRD、TG/DSC及高速摄影等表征方法对其微观形貌、物相组成、热分解特性、燃烧性能及贮存寿命进行了测试与分析。在此基础上,将其与微机电系统(MEMS)集成制得了功能性的ECP@Al@CL-20含能微芯片,并对含能微芯片进行了电容点火测试。结果表明,由于ECP的导热系数低,使ECP@Al@CL-20含能阵列从外到内的传热效率降低,导致放热峰温相比纯CL-20提高了8.5℃,从而提高了ECP@Al@CL-20的热稳定性;ECP@Al@CL-20含能阵列具有优异的燃烧性能,自持燃烧时间(340 ms)远大于ECP@Al的自持燃烧时间(120 ms),含能微芯片可在15 mJ的输入能量下激发。

CL-20/NQ复合含能微球的制备及其表征

为了降低CL-20感度,采用喷雾结晶工艺将钝感炸药NQ包覆在CL-20表面,制备CL-20/NQ复合含能微球。使用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)、X-射线衍射(XRD)、撞击感度仪对其形貌、热稳定性、晶型、撞击感度进行测试分析。结果表明:NQ呈球体团聚,并成功地包覆在CL-20表面,所得CL-20/NQ复合颗粒为球形,粒径约为20μm,包覆后CL-20晶型保持为ε型,与CL-20原料相比,CL-20/NQ复合含能微球的活化能提高了72.62 k J/mol,热稳定性大大提升,撞击感度与CL-20原料、CL-20/NQ简单混合物相比,特性落高分别提升32.65 cm、10.9 cm,机械感度降低。

CL-20基含能薄膜的微双喷直写成型与性能

为了获得可在微米尺度下可靠传爆的含能薄膜,以六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)为主体炸药,以乙基纤维素(EC)和聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为复合黏结体系,选用适量的低沸点溶剂,设计了两种适用于微喷直写工艺的油墨配方,并且采用双喷头微喷直写装置对两种油墨材料进行了直写成型。采用扫描电子显微镜、MZ-220SD电子密度计、X射线衍射仪等对成型样品进行了表征,获得了含能薄膜的撞击感度、热分解性能和传爆临界厚度。结果表明:CL-20基含能薄膜表面光滑,内部存在多个微小孔隙,CL-20颗粒较小,晶型为ε型,含能薄膜的成型密度为1.547 g·cm^-3,达到最大理论密度的79.2%。CL-20基含能薄膜的热分解表观活化能为241.21 kJ·mol^-1,撞击感度特性落高为65.7 cm,临界传爆尺寸为1.0 mm×0.045 mm。

纳米CL-20炸药含能墨水的直写规律

针对MEMS引信中微传爆序列,基于直写技术,研究了由纳米CL-20炸药、黏结剂体系(包括黏结剂和溶剂)和其他添加剂组成的CL-20炸药墨水的直写特性,并制备了3种含能墨水。分析了直写压力、针头直径、直写高度和墨水黏度等因素对直写过程的影响规律。结果表明,随墨水黏度增大,直写线宽减小且减小幅度增大,但黏度过度偏大时,会影响直写线宽的均匀性,配方I在喷头高度为0.50mm和0.75mm时,以及配方III在喷头高度为0.75mm时,均出现了线宽不均的现象;配方II直写线宽稳定更适合直写装药。随着喷管压力的增大,CL-20油墨的打印线宽明显增加,且对于不同针头直径和不同配方墨水压力大小变化相同,线宽的增幅基本相同,当压力由100kPa增加到200kPa,线宽增大约2.5倍。随着喷头内径的增大,油墨的直写线宽明显增大,且线宽增加的幅度越来越大。随着喷头高度的增大,油墨的直写线宽减小。对于直写线宽大于1 285μm的墨水线条,固化后墨水表面均出现气泡,直写时应控制线宽,防止在直写过程中空气进入墨水。

CL-20基高固含量炸药油墨的喷墨打印及性能研究

为了解决喷墨打印装药效率低、多晶型主体炸药易转晶等问题,以海藻酸钠(SA)和水溶性丙烯酸树脂(AE)为双组分黏结体系,亚微米ε-CL-20为主体炸药,设计并制备了一种炸药颗粒质量分数为40%的CL-20基微纳颗粒悬浮型含能复合物油墨,采用喷墨打印工艺进行了成型;利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、BAM摩擦感度仪和BAM落锤仪分别对打印样品的表面形貌、主体炸药晶型、热稳定性和机械感度进行了测试,并对打印成型样品的微爆轰性能进行了试验和分析。结果表明,所设计的含能油墨具有良好的可打印性,成型样品表面光滑,内部结构呈均匀分布的多微孔蜂巢状,微观颗粒粒径约为200~400nm,CL-20炸药在喷墨打印过程中未发生转晶,仍为ε型;与亚微米CL-20相比,成型样品的临界撞击能与临界摩擦力分别上升了0.5J和48N,热分解峰温稍有上升,展现了较为优异的热、机械安全性;成型样品的爆轰临界尺寸和爆轰速度分别为1mm×0.033mm与7348.3m/s,显示了较好的微尺度传爆能力。

喷雾干燥法制备亚微米鞣酸铁/硝胺炸药复合微球及其催化性能

为了研究鞣酸铁催化剂对固体推进剂中常见组分热分解性能的影响,采用超声喷雾干燥法制得三种亚微米复合微球(鞣酸铁(Ta-Fe)/六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、鞣酸铁/黑索今(RDX)、鞣酸铁/奥克托今(HMX))。利用扫描电镜(SEM)和粒度分析等方法分别对复合微球的形貌、粒度和组分进行表征。采用差示扫描量热法(DSC)研究复合微球中鞣酸铁对CL-20、RDX、HMX热分解的催化过程及动力学参数的影响。结果表明,鞣酸铁分布均匀,样品均呈球状颗粒,且流散性好,粒度为500~1000 nm;鞣酸铁能有效促进CL-20、RDX、HMX的热分解,使得CL-20、RDX、HMX的热分解峰温分别提前了17.2,8.2,11.5℃,其中鞣酸铁对CL-20的热分解催化效果最佳,Ta-Fe/CL-20复合微球的活化能与原料CL-20相比降低了9.6 kJ·mol……-1。

六硝基六氧杂异伍兹烷/Estane微球制备及其表征

利用溶液悬浮法和微凝胶分散性好的特点,以Estane作为粘结剂,CL-20为主体炸药,制备了CL-20/Estane复合炸药;并对其进行SEM、XRD、DSC以及撞击感度性能测试。结果表明Estane可以成功包覆在CL-20表面,所得颗粒为类球形小微球,粒径在50μm左右。包覆后晶型仍为ε型,包覆后样品与细化的CL-20相比,热爆炸临界温度提升了1.52℃,活化能提高了7.19 k J·mol^(-1),并且其撞击感度明显降低,特征落高(H50)由细化CL-20的20.79 cm增加到30.64 cm,H50数值提高了47%。

六硝基六氮杂异伍兹烷微球的声流控制备工艺及性能表征

针对当前六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)微球制备中粒径较大且均匀性差的问题,提出了一种能够控制液滴生成模式的声流控技术。该技术将液滴微流控技术与声表面波技术相结合,提高了含能乙酸乙酯液滴的尺寸均匀性,利用溶剂-非溶剂重结晶法制备了微米级CL-20/NC含能微球。采用高速相机对液滴生成过程进行监测,结果显示,声表面波技术能有效控制液滴生成模式的转变,避免液滴生成过程中因材料析出和通道堵塞等原因引起的液滴生成模式的不可控转变,实现了液滴均匀连续的生成。使用场发射扫描电镜对具有不同CL-20含量、不同NC含量和不同粒径的微球形貌进行了表征,结果显示,通过降低CL-20含量、增加NC含量或增大微球粒径等方式,可以降低微球的表面粗糙度,减少表面缺陷,同时在声表面波技术辅助下,微球粒径变异系数从39.33%降至7.51%,极大地提高了微球的均匀性。通过X射线衍射仪和热质量分析仪对具有不同粒径的CL-20/NC微球的晶体结构和热力学性能进行了表征,结果显示,中位粒径为20μm的微球(分解峰温为229.04℃)的热稳定性优于中位粒径为7μm的微球(分解峰温为228.22℃)的热稳定性,而中位粒径为7μm的微球的反应剧烈程度与能量密度较大,其损失质量率(84.3%)和放热量(12.05 mW/mg)均高于中位粒径为20μm的微球的损失质量率(80.2%)和放热量(8.84 mW/mg)。声流控技术成功制备了粒径更小且均匀性显著提高的CL-20/NC含能微球,为高能量密度材料的优化设计与应用提供了重要参考。

含能快递

美国圣地亚国家实验室研制了一种高均匀度的CL-20纳米微球 美国圣地亚国家实验室设计了一种用表面活性剂辅助的自组装工艺,研制出均匀球形微米级颗粒的CL-20重结晶新方法。结合x射线衍射、拉曼光谱结果表明,球形CL-20球形颗粒晶型为斜方晶系β？phase。证实了表面活性剂在控制CL-20晶体形貌过程中起着重要作用。通过研究得到CL-20纳米微球,其单分散性质及较小的颗粒度（亚微米）,有效降低了CL-20冲击波感度,有利于促进CL-20应用。