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。

钝感纳米RDX的制备与表征(英文)

用HLG-50型粉碎机大批量制备了纳米RDX,通过共沸分散体系和普通液体体系分别对RDX浆料进行干燥。用TEM、SEM、IR、Raman spectra、XRD以及ICP-AES对干燥后纳米RDX颗粒的大小、形貌及杂质含量进行了表征,测试了纳米RDX的摩擦、撞击和冲击波感度。结果表明,在共沸分散体系中干燥后的RDX颗粒大多在50nm以下,呈类球形,而普通液体体系干燥后的RDX颗粒团聚长大明显。与原料相比,纳米RDX的纯度很高,并且其机械感度降低明显,尤其是撞击感度和冲击波感度,分别降低46.3%和44.8%。

微纳米RDX颗粒级配对压装PBX性能影响

为了提高高聚物粘结炸药(PBX)的力学性能,降低其机械感度,采用溶液-水悬浮法,制备了含微纳米RDX不同颗粒级配(100/0,95/5,90/10,80/20)的PBXs。用光学显微镜观测其表观形貌,并测试了机械感度、力学性能以及爆速等性能。结果表明,微纳米RDX颗粒级配的PBX造型粉颗粒偏小、形貌规则、呈类球形。纳微米RDX颗粒级配为5/95的PBX性能最佳,撞击感度由44%降低到12%,摩擦感度由24%降低到4%;抗压强度从5.55 MPa提高到6.57 MPa,抗拉强度由0.66 MPa提高到0.77 MPa,抗剪强度由1.76 MPa提高到1.96 MPa;爆速从8033 m·s^(-1)增加到8186 m·s^(-1)。

溶胶-凝胶法制备纳米RDX／RF薄膜技术研究

参照溶胶凝胶方法配制一定料比的溶胶,恒温(90℃)加热一定时间后,用玻璃基片提拉并干燥制得了nano-RDX/RF复合物薄膜。实验所得薄膜半透明,呈棕红色至黄色;实验表明,溶胶恒温加热时间较短时,所得薄膜的单层厚度较小,较平整,但附着力小,干燥后易脱落;恒温加热时间较长时,所得薄膜的单层厚度较大,不易脱落,但表面平整性较差;能谱测试表明,薄膜中的RDX整体上分布较为均匀,但在测试点位间距为2.4μm的微观尺度上呈离散状分布;XRD测试表明,RDX/RF复合物薄膜表现为RF的非晶态馒头峰与RDX衍射峰的叠加,RDX衍射峰明显宽化,其晶粒度可低至43 nm。溶胶凝胶法制备的nano-RDX/RF薄膜中RDX含量及其能量输出特性可调,与气相蒸发沉积法相比具有优越之处,在微小型火工品中具有潜在应用价值。

机械粉碎法制备不敏感纳米RDX(英文)

使用双向旋转球磨机,通过控制固含量和转速,成功制备了纳米RDX。实验过程中,RDX单次处理量为500 g。采用激光粒度仪表征纳米RDX的粒度分布,并通过透射电子显微镜(TEM)观察纳米RDX颗粒的大小和形貌,发现其平均粒径在60 nm左右,呈类球形。通过X光电子能谱(XPS)分析表明,纳米RDX中不含有污染物。与原料RDX相比,纳米RDX的热分解峰温提前了1.6℃;其机械感度降低明显,尤其是冲击波感度,降幅为59.9%。结果表明:有望实现纳米RDX的大规模生产并为不敏感弹药服务。

纳米Al对RDX基炸药机械感度和火焰感度的影响

采用机械混合法制备了含纳米Al的RDX基混合炸药,测试了其机械感度和火焰感度,用扫描电镜表征了纳米Al及其炸药的表面形貌,分析了感度变化的原因。结果表明,加入纳米Al后,RDX基炸药的撞击感度、摩擦感度和火焰感度增大;随着纳米Al含量的增加,撞击感度、摩擦感度和火焰感度明显增大;且含纳米Al炸药的撞击感度、摩擦感度和火焰感度均高于含微米Al炸药。纳米Al及含纳米Al炸药均存在微量团聚现象,在一定程度上影响了含纳米Al的RDX基炸药的感度。

纳米RDX的热性能及感度研究

采用激光粒度仪跟踪粒度分布,用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察颗粒大小和形貌;通过热重(TG)和差示扫描量热法(DSC)分析了使用HLGB-10型粉碎机批量制备纳米黑索今(RDX)的热分解特性,并测定了5 s爆发点和感度。研究结果表明,制备的纳米RDX粒度分布窄;与原料RDX相比,活化能和5 s爆发点稍有降低,热安定性基本不变,静电感度与火焰感度与原料RDX相当;摩擦、撞击和冲击波感度分别比原料RDX降低了37.5%、92.8%和51.0%。

纳米Al/RDX混合物的安全性

为提高含纳米Al固体推进剂和PBX炸药的安全性,利用DSC、SEM、机械感度、火焰感度等测试方法,探讨了混合方法、混合比例、包覆改性等因素对纳米Al/RDX混合物安全性能的影响。结果表明,与筛分混合法相比,通过溶液法混合,纳米Al能均匀分散于RDX表面,使纳米Al/RDX的热分解活化能和热爆炸临界温度分别增加8.7%和4.5%,热安定性也提高;随着纳米Al含量的增加,纳米Al/RDX混合物的摩擦感度和撞击感度均减小,而溶液混合法所得样品的撞击感度明显高于筛混法;采用氟橡胶、炭黑B包覆纳米Al后混合物的撞击感度降低到包覆前的18.4%。

纳米RDX基PBX混合炸药的热分解特性和感度研究

采用溶液-水悬浮法,通过控制料液质量比、包覆温度、搅拌速度等工艺参数制备了纳米RDX基PBX。使用TG/DSC同步热分析仪研究其热分解特性,并依据GJB 772A—1997分别对其撞击感度和摩擦感度进行了测试。结果表明:与微米RDX基PBX相比,纳米RDX基PBX的DTG峰温提前约0.6℃,活化能降低约2.5 k J/mol;纳米RDX基PBX撞击感度H_(50)为46.3 cm,微米RDX基PBX H_(50)为29.8 cm,相对降低55.4%;纳米RDX基PBX摩擦感度比微米RDX基PBX相对降低21.1%。

RDX/NC纳米复合纤维的制备及性能

采用静电纺丝法制备出RDX/NC纳米复合纤维,用场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)对样品进行了表征,用原子力显微镜(AFM)测定了单根RDX/NC纳米复合纤维的力学性能。结果表明,RDX/NC纳米复合纤维的平均直径为(120±20)nm,弹性模量为153GPa,比纯NC纤维高出近2倍。

RDX/Al/SiO_2纳米复合含能材料的制备及性能

为了在降低黑索今(RDX)机械感度的同时提高其热分解性能,以四甲氧基硅烷为前驱物,氟硼酸为催化剂,用溶胶-凝胶法制备了RDX-Al质量分数分别为30%、50%、70%(RDX与Al质量比均为6∶1)的三种RDX/Al/SiO_2纳米复合含能材料。用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)及X-射线衍射(XRD)对其形貌及结构进行了表征;用热重分析(TG)、差示扫描量热(DSC)研究了样品的热性能;按GJB772A-1997的方法测试了样品的机械感度。结果表明:RDX/Al/SiO_2是以SiO_2为凝胶骨架,Al与RDX进入到凝胶骨架中形成的纳米复合含能材料;该复合材料中RDX的最小平均粒径为65.09 nm,且其粒径随RDX-Al含量的增加而增大;当RDX-Al的质量分数为30%时,与纯RDX相比,该复合材料中RDX的分解温度较纯RDX提前22.4℃,与原料RDX相比,样品的特性落高提高108.6 cm,爆炸百分数降低60%。

RDX及其级配对TNT基熔铸炸药有效固含量的影响研究

采用旋转黏度计,分别研究了平均粒径为100μm、1μm和100nm的RDX及其级配样品对TNT基熔铸炸药黏度的影响,进而研究了RDX粒度对TNT基熔铸炸药有效固含量的影响。结果表明,在所研究的TNT基熔铸体系中,平均粒径为100μm的RDX其有效固含量为66.7%;平均粒径为1μm的RDX其有效固含量为55.6%;对于平均粒径为100nm的RDX,其有效固含量仅为39.5%。当单一粒度级别的RDX应用于TNT基熔铸炸药时,随着RDX平均粒径减小,其有效固含量显著降低;当RDX粒度级配后应用于TNT基熔铸炸药中,随着细颗粒RDX含量的增加,有效固含量提高,尤其是100nm RDX和100μm RDX级配后,有效固含量明显增大。

RDX-CMDB推进剂的催化热分解Ⅱ. 分解气体产物和催化作用机理

用热重-差示扫描量热-傅立叶转换红外-质谱(TG-DSC-FTIR-MS)联用技术研究了RDX-CMDB推进剂在所选用燃速催化剂(没食子高铅、对氨基苯甲酸铜和炭黑)作用下的热分解。对添加催化剂(纳米和普通)和不添加催化剂的RDX-CMDB推进剂热分解主要气体产物变化进行了分析,讨论了燃速催化剂对热分解特征量的影响,初步探索了催化剂的作用机理。结果表明,所研究的燃速催化剂能改变推进剂中RDX的初期热分解机理,使放热的C—N键断裂在与吸热的N—NO2键断裂的竞争反应中占优,放热量增大;也使双基组分放出有负生成热的CH2O的相对量增加;纳米铝盐-铜盐-炭黑三元复配催化效果最好。

RDX/GAP纳米复合含能材料的制备及热性能

以聚叠氮缩水甘油醚（GAP）和六亚甲基二异氰酸酯（HDI）为原料，二月桂酸二丁基锡（T12）为催化剂，通过溶胶凝胶法及溶液结晶法制备了RDX／GAP纳米复合含能材料。用BET法、X-射线粉末衍射、扫描电镜对其结构进行了表征，用TG／DSC分析了其热性能。结果表明，RDX／GAP纳米复合含能材料具有纳米网孔结构，与GAP干凝胶相比，其比表面积下降，平均粒径为20～50nm。RDX／GAP纳米复合含能材料中的RDX热分解峰温明显提前，分解热显著高于RDX／GAP物理共混物的分解热。

RDX/Al/Fe_2O_3纳米复合材料的制备

以FeCl3.6H2O和RDX的DMF溶液为前驱体,依次加入环氧丙烷和纳米Al粉,通过Fe2O3由溶胶-凝胶的相变作用,使纳米Al粉和RDX进入Fe2O3凝胶网状结构中,采用超临界干燥法制备出纳米RDX/Al/Fe2O3复合材料,用扫描电镜对其进行了表征。结果表明,随着FeCl3.6H2O摩尔浓度的增加,凝胶时间逐渐缩短,Fe2O3凝胶的弹性和韧性越好;Al粉、RDX、Fe2O3形成三元复合体系,以Al粉为中心,RDX和Fe2O3包裹成核形成100 nm左右的小球。

纳米TiO_2对RDX-CMDB推进剂燃烧性能的影响

研究了纳米Ti O2含量、晶型和粒度对RDX-CMDB推进剂的燃烧性能的影响。结果表明,纳米Ti O2可显著提高RDX-CMDB推进剂的燃速,降低高压下的压力指数。质量分数为1%的5nm锐钛矿型Ti O2可提高1~18MPa燃速,8MPa燃速提高幅度达到88%,12~18MPa压力区间压力指数为0.197。对于25nm Ti O2,锐钛矿型有利于提高高压燃速,金红石型有利于降低高压压力指数。对于锐钛矿型Ti O2,5nm有利于提高低压燃速,25nm有利于提高高压燃速。

溶胶-凝胶法制备纳米复合含能材料RDX/Fe_2O_3

以FeCl3·6H2O为前驱物,N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,1,2-环氧丙烷为凝胶促进剂,采用溶胶-凝胶法制备RDX/Fe2O3湿凝胶,利用超临界CO2萃取干燥法得到纳米复合含能材料RDX/Fe2O3。利用SEM、FTIR、DSC等对样品的微观形貌、组分结构和热分解特性进行了研究,并测试了其撞击感度和摩擦感度。结果表明,与传统的简单混合物RDX-Fe2O3相比,运用该方法制备的RDX/Fe2O3纳米复合含能材料可在纳米级上将2种物质混合,其组分一致性更好;纳米复合含能材料RDX/Fe2O3的热分解过程与RDX-Fe2O3不同,其DSC曲线上的熔解吸热峰消失,分解放热峰的起始温度提前了近20℃,放热量由1 082.33 J/g提高到了2 129.02 J/g;纳米复合含能材料RDX/Fe2O3的撞击感度和摩擦感度均比纯RDX及RDX-Fe2O3钝感。

Cu/Al复合材料的制备及其对RDX热分解性能的影响

为了改善铝粉的表面氧化,提高其对含能材料热分解的催化作用,以电爆炸铝粉和二水合氯化铜(CuCl2·2H2O)为原料,利用置换反应法,实现了纳米铜粒子在铝粉表面的快速沉积,制备了包覆均匀的Cu/Al复合材料。利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线粉末衍射(XRD)、电子能谱(EDS)等对其结构和形貌进行了表征。在不同的升温速率下测试了Cu/Al复合材料与黑索今(RDX)(质量比1∶5)混合物的DSC曲线。计算了该混合物热分解反应的动力学参数。结果表明,电爆炸铝粉表面的氧化层通过氟化铵的刻蚀作用被剥离,复合材料含有单质铝和单质铜晶相,无氧化铜及氧化铝晶相,纳米级铜颗粒均匀包覆在铝粉表面,复合材料粒径为200~500nm。加入Cu/Al复合材料后,RDX的初始分解温度和分解峰温分别降低8.51℃和26.43℃,分解热提高296J·g^-1,热分解活化能降低19.19kJ·mol^-1,表明Cu/Al复合材料可促进RDX的热分解行为。

溶胶凝胶法制备RDX/RF纳米复合含能材料

以间苯二酚和甲醛为原料,Na2CO3.10H2O为催化剂,采用溶胶凝胶法,通过RDX在间苯二酚-甲醛树脂(RF)形成的纳米网格中结晶,制备了RDX/RF纳米复合含能材料。用原子力显微镜(AFM),扫描电子显微镜(SEM),X射线粉末衍射仪(XRD),BET比表面积分析仪对其结构进行了表征。结果表明,RF凝胶网格尺寸在几个纳米到几十个纳米之间,RDX/RF凝胶中的RDX晶粒大小平均为38 nm。空白RF气凝胶的比表面积达551.5 m2.g-1,炸药填充后样品比表面积为142.7 m2.g-1。与同组分的机械混合物相比,RDX/RF复合物的热分解峰提前约25℃,机械感度有所降低。

纳米柠檬酸铅/RDX复合物的制备及热分解性能

以PEG-400为表面活性剂,采用液相分散沉淀法制备出纳米柠檬酸铅,用IR、元素分析、TEM对其结构和铝含量进行了表征。用溶解、稀释、结晶法制备出纳米柠檬酸铅/RDX复合物,用TEM、SEM和TG-DSC对复合物的结构和热分解性能进行了表征。结果表明,纳米柠檬酸铅附着在RDX表面形成复合物,粒径为6～10μm。用ICP测定了复合物中铅质量分数为4.990%,进而推算出复合物中催化剂的质量分数为8.602%。