DFTNAN/DNTF二元相图及低共熔物熔融动力学研究

通过测定3,5-二氟-2,4,6-三硝基苯甲醚(DFTNAN)/3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)二元混合体系熔融过程的差示扫描量热(DSC)特征量数据,建立了T-X和H-X二元相图,并获得了该混合体系低共熔物的组成和熔点。然后,研究了低共熔物以及熔点为80℃时混合物的黏度、机械感度和理论爆炸性能。分析了不同的升温速率和添加剂对低共熔物熔融过程的影响,并通过Satava-Sesták、Coats-Redfern和通用积分方程获得了低共熔物熔融过程的动力学参数E_(a)、A和最概然机理函数。结果表明,由T-X相图和H-X相图计算得到的DFTNAN/DNTF低共熔物的组成m(DFTNAN)m(DNTF)分别为62.9437.06和62.8837.12,低共熔温度为63.84℃。调节DFTNAN和DNTF的比例,可使混合体系既达到熔铸工艺要求的工艺温度(≥80℃),又能保持较高的能量水平和较低的感度。随着升温速率的提高,熔融反应起始温度和峰温发生相应的延后;添加HMX或RDX后,熔融起始温度发生较明显的后移;DFTNAN/DNTF低共熔物的熔融动力学参数E_(a)和lg A分别为32.95 kJ/mol和2.81,最概然机理函数为f(α)=(1-α)^(2/3)。

DFTNAN、DNAN及其低共熔物的性能对比

为了进一步研究DFTNAN及其低共熔物的相关性能,采用DSC、SEM对DNAN、DFTNAN及其低共熔物的热分解性能、晶体形貌和体积收缩率进行测试,并采用Kissinger法和Flynn-wall-ozawa法计算了其热分解动力学参数;采用撞击感度仪和摩擦感度仪测试了试样的机械感度,计算了其爆轰性能。结果表明,通过对T—X相图分析,制备的DNAN/DFTNAN低共熔物的质量比为40∶60;DNAN的热稳定性优于DFTNAN及其低共熔物,其中DFTNAN和其低共熔物的热分解峰温分别为279.7和262.2℃;DFTNAN的体积收缩率(13.1%)接近DNAN(13.2%),二者形成的低共熔物的体积收缩率(6.7%)最小且熔融结晶表面基本无收缩空隙区及固相聚集区;DFTNAN的氧平衡为-43.0%,爆速为8.54km/s,撞击感度和摩擦感度分别为52%和32%,其低共熔物的氧平衡和爆速分别为-64.6%和7.16km/s,撞击感度和摩擦感度分别为28%和12%,介于DNAN和DFTNAN之间,表明DNAN实现了对DFTNAN的有效降感,DFTNAN的存在提高了DNAN的爆轰性能。

DFTNAN/B的热分解行为及相容性

为了进一步研究DFTNAN及其与晶体硼混合后的热分解行为,采用差示扫描量热法(DSC)和热重法(TG)对DFTNAN、B和DFTNAN/B进行测试,分析了DFTNAN含量对B热分解的影响,并通过DSC法和真空安定性试验综合考察了二者的化学相容性。结果表明,在密闭环境下,DFTNAN在289.7℃发生热分解反应并出现明显的分解峰,而在敞开环境中没有分解峰存在;DFTNAN与B混合会导致DFTNAN的熔融峰温提前2℃,而硼粉分解峰温却发生滞后;当DFTNAN/B质量比为9∶1时,硼粉放热峰消失,说明其与DFTNAN反应完全;由DSC法计算得到DFTNAN与硼粉的相容性等级为2级,而在真空安定性试验中测得反应净增放气量为2.04mL,均表明二者有良好的相容性,可以直接进行混合熔铸。

3,5-二氟-2,4,6-三硝基苯甲醚在熔铸炸药中的应用

3,5-二氟-2,4,6-三硝基苯甲醚(DFTNAN)是一种有望替代三硝基甲苯(TNT)的新型液相载体炸药。为了解DFTNAN与其负载材料的相容性,采用差示扫描量热法(DSC法)和真空安定性试验方法(VST法),对DFTNAN与环三亚甲基三硝胺(RDX)、环四亚甲基四硝胺(HMX)、六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)、1,1′–二羟基–5,5′–联四唑二羟胺盐(TKX-50)4种高能炸药和Al粉、高氯酸铵(AP)2种功能助剂在质量比为1∶1时的相容性进行了研究,并对DFTNAN/RDX、DFTNAN/HMX、DFTNAN/CL-20、DFTNAN/Al和DFTNAN/AP混合体系爆轰性能进行了理论计算。相容性研究结果表明:由于DSC法与VST法测试原理的差异,相容性判定结果存在较大差异,通过综合分析确定,除TKX-50外,DFTNAN与RDX等均具有良好的相容性。爆轰性能计算结果表明:AP的加入可有效改善DFTNAN炸药的氧平衡;相比于加入RDX、HMX和AP,DFTNAN/CL-20混合体系的爆轰能量最高,爆速达8899 m·s^(-1)、爆压达39.6 GPa、爆热达6442 kJ·kg^(-1),较纯DFTNAN能量分别提高了4.0%、32.9%和0.6%。