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。

CL-20/DNDAP共晶含能材料的晶体结构与性能研究

以乙酸甲酯为溶剂,采用溶剂挥发法制得六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/2,4-二硝基-2,4-二氮杂戊烷(DNDAP)共晶含能材料。利用扫描电子显微镜和单晶X射线衍射仪对其形貌和结构进行表征,采用差示扫描量热法测试其热性能,并研究了该材料的机械感度和爆轰性能。结果表明,CL-20/DNDAP晶体属于单斜晶系,P21/c空间群,晶胞参数a=1.3022(2)nm,b=2.2619(4)nm,c=1.2962(2)nm,α=90°,β=104.648(3)°,γ=90°(a,b,c均为晶胞长度;α,β,γ均为空间角)。CL-20/DNDAP共晶含能材料在210～260℃集中放热分解,熔点明显高于DNDAP;共晶含能材料特性落高值为33.1cm,摩擦感度为48%,摩擦感度较CL-20大幅降低;应用Kamlet-Jacobs方程预测得到共晶含能材料的理论爆速为8870m/s,理论爆压为36.40GPa,具有较高的能量。

CL-20/HMX共晶含能材料研究进展

含能材料共晶化是获得高能低感含能材料的重要途径,不同含能材料形成共晶可以有效改善含能材料的氧平衡及感度,提高其爆热、做功能力及安全性等性能。CL-20/HMX共晶含能材料是高能低感共晶含能材料的代表,CL-20/HMX共晶既保留了CL-20的能量水平又降低了CL-20的感度,是解决CL-20应用问题的有效途径。通过对比CL-20/HMX共晶与CL-20及HMX性能上的差异,说明了CL-20/HMX共晶研究的必要性,并从CL-20/HMX共晶的制备方法、形成机制、性能及应用方面,综述了CL-20/HMX共晶研究的最新进展。重点对比了CL-20/HMX共晶制备方法的优劣,总结了CL-20/HMX共晶形成机制,分析了不同制备方法获得的CL-20/HMX共晶性能差异,评述了CL-20/HMX共晶的发展现状及应用前景。

CL-20共晶含能材料计算模拟及实验制备研究进展

含能化合物六硝基六氮基杂异伍兹烷(CL-20)是现阶段获得实际应用的能量最高的非核单质炸药,但其高感度问题限制了在实际中的应用。而CL-20与其他化合物形成的共晶能够在保留高能量的基础上,大幅降低感度、提高材料的安全性,有效扩展应用范围,为高能低感含能材料的制备提供了新的思路。在总结现有的量子化学和分子动力学相关研究的基础上,综述了CL-20与TNT、FOX-7、HMX和RDX等不同共晶体系的成键机理、性能特点。汇总了CL-20共晶的常见制备方法,分析比较了其优缺点及应用范围。最后,提出了现有的共晶体系及研究在共晶机理解释方面仍存在不足,并展望了未来共晶研究应以分子水平的计算模拟为理论依据,优化生产工艺,设计新的共晶体系和合成方法。

微纳米CL-20/HMX共晶含能材料的制备与性能

通过机械球磨法制备出微纳米CL-20/HMX共晶含能材料,对其进行SEM、粒度、XRD、DSC和Raman表征,以及撞击感度、摩擦感度和钢凹值测试分析。结果表明:球磨时间120min制得的CL-20/HMX共晶颗粒呈近球状,粒径分布在80~250nm。微纳米CL-20/HMX共晶含能材料展现出不同于各自单一组分的晶体结构和热分解特性,其机械感度较原料HMX大幅度降低,能量输出性能与原料CL-20相当。

外电场对共晶含能材料CL-20/TNT感度的影响

为了研究外电场对六硝基六氮杂异伍兹烷/2,4,6-三硝基甲苯(CL-20/TNT)共晶含能材料感度的影响,采用M06-2X-D3、B3LYP-D3BJ和ωB97XD 3种方法在6-311+G(d,p)(基组)水平下分析不同强度的外电场对CL-20/TNT共晶含能材料的静电势(ESP)、引发键键长(R(N—NO_(2)))、硝基基团电荷(Q(—NO_(2)))、相互作用能(Eint)和键解离能(E_(BDE))的影响。结果表明:随着N→NO_(2)方向电场(正电场)强度增强,引发键键长变短,局域正静电势极值减小,然而硝基基团负电荷增多,键解离能数值增大,使得CL-20/TNT共晶含能材料的感度降低;随着NO_(2)→N方向电场(负电场)强度增强,引发键键长变长,局域正静电势极值增大,硝基基团负电荷减少,键解离能数值减小,使得CL-20/TNT共晶含能材料的感度增大。与无外电场相比,Eint随着正电场强度的增强而逐渐减小;采用M06-2X-D3和ωB97XD方法计算时,Eint随着负电场强度的增强先增大后减小,但采用B3LYP-D3BJ方法计算时,Eint随着负电场强度的增强逐渐增大。在同一电场强度下对比3种方法所得数值大小,ωB97XD与另外两种方法所得数值差异明显。因此,通过相互作用能判断电场对共晶材料感度的影响存在一定的局限性。

CL-20/DNB共晶炸药的制备与表征

发展高能量、低感度、低成本的炸药一直以来都是含能材料领域研究者们孜孜以求的目标，而现有单质炸药很难在能量、安全性和价格上得以统一。共晶作为含能材料领域的新型改性技术，可克服普通改性方法不能改变炸药内部组成和晶体结构的局限，使不同种类的单质炸药在分子层面有序排列，

HMX,CL-20和DNTF自由基的光照检测

为研究含能材料热分解过程的瞬间性和安全性,运用电子自旋共振技术(ESR)检测了HMX,CL-20和DNTF的自由基,得到了它们在相同的光照强度和时间间隔中,各体系的电子自旋共振谱图。结果表明,DNTF在没有光照的情况下即会产生自由基,HMX和CL-20光照一定时间后有自由基产生。随着光照时间的延长,自由基逐渐增多,DNTF的自由基信号最强。

一种新型CL-20/TKX-50共晶炸药的制备、表征和性能研究

为降低六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的感度,通过溶剂-非溶剂法制备了CL-20和1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(TKX-50)共晶炸药;通过Materials Studio 5.0软件分析了CL-20和TKX-50分子的表面静电势,并预测了共晶分子间可能的非共价键作用;采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外(IR)和拉曼光谱(Raman)对其形貌和结构进行了表征;采用DSC测试了其热性能,并测试了其撞击感度,预测了其爆轰性能。结果表明,制备的CL-20/TKX-50共晶呈扁平的片状形貌;XRD、IR和Raman谱图中出现峰的生成、消失、偏移和强度的改变,证明有新的晶格结构形成;升温速率8℃/min下,CL-20/TKX-50共晶的主要热分解峰温为222.8℃,与CL-20、TKX-50的热分解峰温240.3、234.9℃相比,分别提前了17.5℃和12.1℃,明显区别于具有两个放热过程的CL-20/TKX-50混合物的热分解行为;CL-20/TKX-50共晶炸药的感度显著低于原料CL-20,同时也优于β-HMX,说明其具有良好的安全性能;CL-20/TKX-50共晶的预测爆速和爆压分别为9264m/s和43.8GPa,较CL-20均略微下降,但和β-HMX相比,爆轰性能明显提高。表面静电势能和建模分析均表明,CL-20中—NO2的O与TKX-50中—NH+3的H之间易于形成氢键。