Experimental research on influence of emulsifier on crystallization quantity of emulsion explosives under dynamic pressure

Dynamic pressure was applied on emulsion explosive by using an underwater explosion measuring apparatus, and the crystallization quantity was measured by dissolution method after emulsion explosive was pressed; the influence of emulsi- fier content and type was analyzed. The experimental results show that emulsifier content and type have an important effect on crystallization quantity of emulsion explosive. The crystallization quantity will reduce with Span-g0 content from 2% to 4%, so the demulsification and crystallization will decrease if the emulsifier content improves appropriately and the dynamic pressure resistance will increase. For emulsion explosive emulsified by T-152 and Span-g0, the crystallization quantity with T-152 is less than that of Span-g0 under the same dynamic pressure. This shows that the emulsifying effect ofT-152 is better than Soan-80.

FOX-7颗粒形貌对其热性能及放气量的影响

为获得FOX-7颗粒形貌对其热性能及放气量的影响规律,首先通过原位拉曼光谱证实了FOX-7的典型相变过程;采用差示扫描量热法(DSC)对比了原料FOX-7、重结晶FOX-7以及碾碎的重结晶FOX-7三种颗粒的转晶及热分解行为,并采用真空安定性测试比较了3种具有典型粒径及形貌差异的FOX-7的放气速率及放气量。结果表明,两种具有更多缺陷的FOX-7颗粒第一步热分解峰温度均低于重结晶样品;当FOX-7粒径较小,会导致其在DSC曲线上β到γ相变吸热峰消失;通过增加单次测试样品量或增加升温速率,增强相变热效应聚集,仍可观察到该相变过程;当加热时间相同,小粒径的FOX-7放气总量大于大粒径的颗粒;当大粒径颗粒表面具有缺陷,其放气量会更快达到最大值;当小粒径颗粒表明无明显缺陷,其加热初期放气量较小,但随着加热时间延长,其总放气量会显著增加并最终超过大粒径颗粒;FOX-7颗粒粒径决定了总放气量,而其颗粒缺陷决定了放气速率;苯胺类安定剂对FOX-7具有较好的放气抑制效果。

超细HMX的微流体结晶调控及高通量制备

为了实现含能材料晶体微观结构的精确控制,提升超细含能材料的晶体品质和质量一致性,以HMX为研究对象,搭建微流体结晶平台,研究在微尺度条件下流体的流动特性,开展浓度、流量等反应参数条件对超细HMX晶体颗粒形态的影响研究,并进行了超细奥克托今(HMX)的批量制备探索。结果表明,与心型芯片相比,涡流型芯片具有更好的传质效果和更薄的边界层效应,更适合于脆性晶体的制备。DMSO作为溶剂时,HMX晶体具有较好的形貌,大小均一,球形度高;当流量比R分别为1、5、10时,HMX的平均粒径分别为8.86、4.14和0.86μm,随着R增大,HMX的粒径逐渐变小,粒径分布变窄;通过改变工艺参数,微流体结晶可实现不同形貌、粒径超细HMX的可控制备;利用多层组合与并联分流的方式,实现了超细HMX的高通量制备,该方法不仅混合效率差异小、产品处理量大且设备整体能耗低,可为高品质窄粒径范围微纳米含能材料的高通量制备提供思路。

基于Voronoi建模和Cohesive单元的PBX细观力学模型

针对PBX的细观力学模型存在模型结构与真实PBX细观形貌不符、破坏行为描述不全面(仅考虑界面脱粘)、研究对象单一(大多针对PBX-9501)等问题,建立了基于Voronoi建模和Cohesive单元的PBX细观力学模型。首先,基于光学显微镜下的细观结构图,采用Voronoi方法构建了更贴近实际形貌的PBX炸药细观模型;然后,采用内聚力有限元方法在炸药晶体内部、黏结剂内部及炸药颗粒/黏结剂界面处都引入了Cohesive单元,以在二维尺度上实现任意路径破坏行为的模拟;最后,针对某HMX基-F2311黏结剂炸药和某HMX基-F2313黏结剂炸药标定了模型参数,模拟了这两种炸药的准静态拉伸行为。结果表明,两种炸药数值模拟的拉伸变形曲线、破坏应力、破坏应变都与试验数据吻合良好,表明该模型不仅适用于不同PBX炸药材料(线弹性PBX、非线性PBX)的变形行为描述,还可以分析PBX炸药在拉伸破坏过程中的细观机理,刻画不同PBX炸药的裂纹萌生、扩展和贯穿的过程。

利用X射线微层析成像研究炸药造型颗粒随机堆积结构

通过X射线微层析成像(X-μCT)研究了5种炸药造型颗粒样品的随机堆积结构,获得了造型颗粒堆积体系的颗粒空间排列、颗粒堆积特性以及颗粒接触特征等堆积结构参量。结果表明,造型颗粒随机堆积体系存在不同程度的尺寸分离现象,粒径较大的颗粒倾向于分布在容器下方,颗粒装填过程会影响水平方向的颗粒分布取向;各样品平均堆积效率随颗粒间径向距离的增大连续变化,表明造型颗粒随机堆积结构长程无序;样品平均接触数为5~6,接近球形颗粒随机疏松堆积,而受颗粒粒径和形状的影响,造型颗粒随机堆积体系的体积分数能够超过球形颗粒随机紧密堆积的极限(0.64)。造型颗粒堆积体系构成局部接触的颗粒在数量、尺寸和形貌等方面分布不均匀,但各种接触结构中60°左右的接触角出现频次最高,形成了60°左右出现单一特征峰的接触角分布。

CL-20/TNT共晶炸药的制备、结构与性能

通过溶液共结晶法制得CL-20/TNT共晶炸药,采用扫描电镜(SEM)和X射线单晶衍射对其形貌和结构进行了表征,该晶体属于正交晶系,Pbca空间群,晶胞参数:a=0.9735(2)nm,b=1.9912(6)nm,c=2.4695(6)nm,α=β=γ=90°,V=4.787 nm3,Z=8。采用差示扫描量热(DSC)法分析了共晶炸药的热分解,并测定了其撞击感度,结果表明,CL-20/TNT共晶炸药在180～275℃间放热分解,并将TNT熔点显著提高50℃左右;共晶炸药撞击感度较低,并将CL-20撞击感度明显降低87%%。

FOX-7晶体的制备和热性质

为了解FOX-7晶体形状和尺寸对其热性质的影响,通过冷却结晶和阻溶剂结晶的方法从DMF/H2O、NMP/H2O体系中获得FOX-7晶体。SEM结果表明,得到的晶体基本为延长的四面或六面棱柱和斜方菱晶两种类型,不同溶剂体系中得到晶体的尺寸不同和包含的颗粒数量也不同,超声处理得到的晶体具有单一形状,只是其表面较粗糙。DSC测试结果表明,不同结晶方式和不同溶剂体系中获得的FOX-7晶体的热性质有一定的差别。由此得出,不同的结晶方式和溶剂体系可以获得不同形状、尺寸和热性质的FOX-7晶体,而超声处理可以很好地控制晶体的形状。

HMX中晶体缺陷的获得及其对热感度和热安定性的影响

为了研究晶体缺陷对炸药性能的影响 ,采取急速重结晶手段 ,获得了缺陷类型和数目不同的HMX重结晶样品。利用SEM观察了样品的缺陷情况 ,并研究了晶体缺陷对炸药感度和热安定性的影响。HMX经过重结晶后 ,其 5s延滞期爆发点降低了 5 1℃～ 5 4℃ ,其热分解起始温度及相应的表观活化能明显降低 ,表明晶体缺陷使HMX的热感度增加 ,热安定性降低。

FOX-7晶体形貌对感度的影响

通过在DMSO/H2O、冰醋酸、环己酮、乙腈、DMF/H2O溶剂中重结晶得到FOX-7晶体,采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱法(FTIR)、差示扫描量热法(DSC)对其进行了表征,测试了不同晶体的机械感度。结果表明,在不同溶剂中重结晶得到的FOX-7晶体形貌与粒径变化较大,在DMF/H2O中重结晶的FOX-7晶体形貌较好,接近于对称的球体;5种溶剂中得到的FOX-7晶体未发生晶型转变,均为α晶型;在DMSO/H2O和DMF/H2O中重结晶得到的FOX-7晶体的感度最低(撞击感度为4%,摩擦感度为4%),在环己酮中重结晶FOX-7晶体的感度最高(撞击感度为8%,摩擦感度为48%)。

RDX基PBX炸药烤燃试验与数值计算

对RDX基PBX炸药进行了烤燃试验,建立了炸药烤燃计算模型,其中加入了Frank-Kamenetskii、Sestak-Berggreen和McGuire-Tarver反应模型,采用流体力学计算软件Fluent进行了数值模拟。试验结果表明,PBX炸药在1 K/min升温速率下发生剧烈反应的时间为176.0 min,此时试样中心温度为185.2℃,壳体表面温度为194.8℃;Sestak-Berggreen反应模型计算结果为:剧烈反应的时间为176.5 min,中心温度为187.2℃,壳体表面温度为194.9℃,验证了计算模型和相关参数的正确性。分别计算了10 K/min1、K/min、3.3 K/h升温速率下PBX炸药相变和温度的变化情况,结果表明,升温速率对炸药的相变、点火时间、温度分布和点火位置都有影响。

溶剂中ε-CL-20的晶型变化

采用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)、扫描电镜(SEM)等手段分析表征了ε-CL-20在乙醇、二氯甲烷、丙酮和乙酸乙酯单一溶剂以及其不同体积比混合溶剂中溶解结晶后得到样品的晶型。结果表明,单一溶剂体系中,ε-CL-20在溶解度较大的丙酮、乙酸乙酯中重结晶得到的样品发生了晶型转变,在混合溶剂体系中,晶体类型与溶剂体积比有关,溶剂体积比的大小与晶型转变与否反应了溶剂在ε-CL-20晶型转变过程中的作用大小,晶型转变方向与偶极矩大的溶剂中结晶类型一致。其原因可能是ε-CL-20的良溶剂可促使ε-CL-20的溶解结晶类型发生改变,且结晶类型与溶剂溶度参数参数大小以及溶液的过饱和比有关。

熔黑梯炸药凝固过程的数值模拟与实验验证

为了解浇铸炸药的凝固过程,采用有限元法对熔黑梯炸药凝固过程中的温度场进行了模拟,并对凝固过程中可能产生的缩孔进行了预测。结果表明,熔黑梯炸药凝固过程中内外温差较大,中心位置附近的温度变化曲线在75℃左右存在拐点,在药柱中间位置将出现缩孔和缩松。另外还采用热电偶对熔黑梯炸药凝固过程中的温度变化进行了测试,采用工业CT对固化后的熔黑梯药柱内部质量进行了检测,并将数值模拟结果和实验测试结果进行了对比,结果表明有限元方法可以对熔黑梯炸药凝固过程进行有效模拟。

两种炸药的微波干燥

在已有研究表明炸药对微波不敏感的基础上,开展了微波辐射用于超细、亚微米等炸药的干燥实验。湿法氨化得到的TATB粗品的微波干燥实验结果表明微波取代低温干燥和高温干燥具有可能性,对超细RDX和亚微米TATB进行微波干燥具有快速高效,不会导致样品粒子的明显团聚的特点。

高品质RDX的晶体特性及冲击波起爆特性

采用折光指数匹配的光学显微技术、浮沉分析技术、扫描电镜、激光粒度等分别对比研究了高品质RDX（D-RDX）与普通RDX的晶间包藏物、晶体表观密度、表面光滑度、颗粒粒度与粒度跨度、晶体形状等晶体特性。结果表明：D-RDX内部缺陷和杂质很少,表观密度大于1.7980 g·cm-3,普通RDX内部存在较多孔隙和杂质,表观密度小于1.7930 g·cm-3,D-RDX比普通RDX表面更光滑,粒度分布更窄。用D-RDX代替普通RDX与TNT浇铸,当D-RDX含量从60%提高到70%时,颗粒间的孔隙率增加0.66%,药柱的冲击波感度从隔板厚度17 mm增加到18 mm,但仍然低于普通RDX的冲击波感度（20 mm）,D-RDX冲击波感度比普通RDX降低10%~15%;将D-RDX和普通RDX用于浇铸固化PBX配方,D-RDX的冲击波感度比普通RDX降低31.4%。研究表明,D-RDX和普通RDX晶体特性的不同导致其冲击波感度的显著差异。

球形化HMX颗粒的晶体品质与性能

分别采用激光粒度仪、光学显微镜、高效液相色谱、X-射线衍射等方法对球形化处理前后的奥克托今(HMX)颗粒的形貌、化学纯度、晶体缺陷等晶体品质进行了表征,采用TG-DSC和5s爆发点实验研究了其热性能,测试了其撞击感度、摩擦感度和静电感度。结果表明,球形化HMX颗粒基本为球形,表面光滑,颗粒透光均匀,内外缺陷少,热稳定性提高,颗粒密度分布集中,以HMX为基的浆状炸药的流散性明显改善,机械感度和静电感度变化不明显。

HMX/TATB基高聚物粘结传爆药的研究

为解决传爆药品种少,安全性不能满足现代战争要求的矛盾,运用混合粘结技术和主体炸药的粒度级配技术,采用正交试验确定了新传爆药的配方奥克托今(HMX)细43.25%,粗43.25%,三硝基均苯三胺(TATB)10%,氟橡胶(VitonA)2.5%,聚硝基苯撑(PNP)1.0%。用溶液-水悬浮法制备了该传爆药的造型粉,测试了该造型粉的主要性能,结果表明,该传爆药不仅具备了PBXN-5传爆药流散性和成型性好的特点,而且能量、体积膨胀率、耐热性、安全性明显改善。

微反应器中合成硝酸酯炸药

采用芯片式微反应器，进行了硝酸酯类炸药的合成研究。在该反应器中，以醇和硝硫混酸为原料，太根的产率为86．4％；硝化二乙二醇的产率为90．6％。研究了硝化剂与原料比值和液相空速对反应的影响，实验结果表明，酸与醇摩尔比较小时硝酸酯的产率随着液相空速的降低而增大，但硝酸与醇摩尔比增大后，硝酸酯产率变化不大；硝化剂与原料醇的比值有一个最佳值，HNO3／二乙二醇=5/1，HNO3／三乙二醇=4/1，当大于或小于这一比例时，硝酸酯的产率都将下降。

DNAN在RDX中的非等温结晶动力学

采用差示扫描量热仪研究了2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)在RDX中的非等温结晶行为,运用多种数学模型对DNAN的结晶动力学进行数据处理。结果表明,RDX能够降低过冷度,消除自加热。由Avrami方程计算得到了DNAN结晶动力学的Avrami指数为2.34,确定了结晶过程的机理函数g(α)。由Avrami-Ozawa方程获得了Ozawa指数为0.77。由Hu-Zhao-Gao-Zhao方程获得了结晶动力学参数活化能为214.99 kJ.mol-1。

两种氟聚合物在TATB晶体表面吸附的动力学模拟

采用Discover/MaterialStudio中的分子动力学(COMPASS力场、NVT)方法及smartminimizer结构优化方法,对两种氟聚合物在TATB不同晶面上吸附行为进行模拟和结构优化后发现:(1)二者相互作用时,TATB原子位置变化的大小次序为:(010)>(100)>(001);而氟聚合物的展开程度按以上次序增加。(2)TATB晶体对两种聚合物都是吸引的,可以用F2311及F2314来包覆TATB晶体;且F2314对TATB晶体的包覆效果要优于F2311。(3)TATB不同晶面吸附能力的大小次序为:(010)>(001)>(100)。

TNT基熔铸炸药冷却过程温度场变化规律研究

利用多通道数据采集仪对几种熔铸炸药冷却过程温度场进行测试,发现熔铸炸药冷却过程特别是相变发生的瞬间,温度曲线发生较大的拐点变化,通过对实验数据的分析,探讨了相变发生机理,得到了几种熔铸炸药的相变温度,随着熔铸炸药固相含量的增加,相变温度有下降趋势。所探讨的的两种熔铸炸药的相变温度在76～77℃内,均低于TNT的熔点。