5s爆发点自动化检测装置及方法研究

从自动化操作、安全防护、软件设计出发,研制一套全自动5 s爆发点测试仪,并对试验方法进行了实验条件优化及结果验证。结果表明,全自动爆发点检测装置实现了5 s爆发点测试的远距离自动化操作,提高了测试质量和测试效率,消除了试验过程中的各种安全隐患。

多硝基含能化合物5 s爆发点的定量构效关系

为精确预测含能材料的5 s爆发点,解决大量新型含能材料实验测试难度大、安全数据不全等问题,基于定量构效关系(QSPR)原理,研究多硝基含能材料分子结构与5 s爆发点(ln T E)间的内在定量关系。应用集成学习算法随机森林(RF)筛选出8个对5 s爆发点具有显著影响的分子描述符;采用人工神经网络(ANN)建立90种多硝基含能材料5 s爆发点的预测模型。73种训练集的复决定系数为0.918,均方根误差为0.036,平均绝对误差为0.027。17个检验样本的复决定系数为0.903,均方根误差为0.061,平均绝对误差为0.053。对模型进行了验证以及应用域评价。结果表明:模型具备较好的预测性和泛化性能,可用于对多硝基含能材料的5 s爆发点进行精度较高的预测,有效解决现有含能材料的爆发点数据不够全面的问题,为相关产品研制与生产安全提供参考。

机械球磨法制备纳米HNS及其热分解性能

为细化六硝基茋(HNS),采用高能球磨法制备出了平均粒径为94.8 nm的纳米HNS炸药。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外(IR)、X光电子能谱(XPS)、DSC-IR和5 s爆发点,进行了HNS样品的表征和分析。结果表明,球磨后炸药的微观形貌呈类球形,粒度呈正态分布。机械球磨作用并未改变HNS原有的晶型、分子结构、及表面元素,说明该制备纳米HNS方法十分可靠。纳米HNS热分解的表观活化能较原料HNS高12.4 kJ·mol^(-1),说明纳米HNS分子的活化需要更高的能量。纳米HNS被加热后分解成了大量的CO_2和少量H_2O,而N元素以非极性的N_2分子存在。纳米HNS的5s爆发点(T_(5s))较原料高12.2℃,说明纳米HNS具有更低的热感度。

RDX和铝含量对RDX基含铝炸药热爆发温度的影响

通过热爆发延滞期试验测定了含铝炸药的5 s延滞期热爆发温度Tb,研究了RDX和铝粉含量对热爆发温度的影响。结果表明,随着RDX含量的增加,Tb先下降后升高,获得了描述Tb与RDX和铝粉含量关系的线性经验方程。认为在热爆发试验中体系是从含能材料热分解和加热介质两个途径获得能量(热量),前者与含能反应物的含量有关,后者与体系的热传导有关,同时认为该含铝炸药的导热系数与铝含量有关,基于这种观点,从理论上导出了符合实验结果的描述爆发温度Tb与RDX和铝粉含量关系的线性关系式。

RDX含量对改性双基推进剂热安全特性的影响

为探究改性双基推进剂的热安全特性,采用差示扫描量热法(DSC)对黑索今(RDX)含量分别为0,18%,46%和54.6%的改性双基推进剂的热分解行为进行了研究,得到了升温速率2,5,10℃·min^(-1)和20℃·min^(-1)下的热分解温度。通过热反应动力学分析计算了其表观活化能、指前因子、反应速率、吉布斯自由能、活化焓及活化熵,分析了RDX含量对双基组分及表观活化能的影响规律。通过慢速烤燃和5s爆发点试验得到不同RDX含量改性双基推进剂的响应特性。结果表明,配方中RDX含量为18%时,表观活化能最大,慢速烤燃和5s爆发点响应温度和响应剧烈程度最低;随着RDX含量的增加,DSC第一分解峰温后移,表观活化能降低,双基推进剂的慢速烤燃响应温度向高温方向移动,体系热敏感性降低,但响应等级随之提升;当RDX含量在46%及以上时,响应等级为爆炸,不能通过慢速烤燃试验考核;5s爆发点温度随着RDX含量的增加向高温方向移动,且上升趋势较为明显,改性双基推进剂的热安定性有所提升。

CL-20/DNT共晶炸药的制备及其性能研究

以丙酮为溶剂,通过蒸发结晶法制得六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)/二硝基甲苯(DNT)共晶炸药。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重/差示量热法(TGA/DSC)研究了共晶炸药的形貌、结构和热分解特性,测试了CL-20/DNT共晶炸药的机械感度和5s爆发点温度,并计算了其爆轰性能。结果表明,共晶炸药的微观形貌不同于原料CL-20,呈条状晶体;衍射峰明显不同于CL-20/DNT物理混合物的衍射峰,表明有新物相生成。在DSC曲线上,CL-20/DNT共晶几乎没有DNT的熔化吸热峰,而CL-20/DNT物理混合物中有明显的熔化峰,且二者的放热峰峰形和峰位不同;与原料CL-20相比,共晶炸药的分解峰温提前了21℃,放热量(ΔH)和最大热流量(Qmax)分别增加了39%和104%。与CL-20/DNT物理混合物相比,共晶炸药的5s爆发点温度和表观活化能分别增加3.9℃和65.7kJ/mol,撞击感度降低88.9%,摩擦感度降低40%,说明共晶炸药热稳定性增强。CL-20/DNT共晶炸药的理论爆速达到8 340m/s。

防潮黑火药制备与性能研究

为解决黑火药长期贮存中因吸湿引起的性能变化问题,分别以氟橡胶、虫胶为防潮剂,TNT、RDX为感度和能量调节剂,设计了3种防潮黑火药的配方。以丙酮为溶剂,采用溶剂蒸发-重结晶法制备防潮黑火药,并对其吸湿性、机械感度、5s延滞爆发点等进行测试。结果表明:防潮黑火药的最佳配方为:w黑火药∶w虫胶∶wTNT=97.5∶2.0∶0.5;相比原料黑火药,该防潮黑火药的吸湿性降低了1.7%,撞击感度相同,摩擦感度降低了4%,5s延滞爆发点降低了5℃,而堆积密度、静电感度、爆热基本不变。研究表明设计的防潮黑火药提高了黑火药防潮性能及安全性能。

湿热环境对RDX/AP-NEPE推进剂热安全性及力学性能的影响

用TG、5s爆发点和单向拉伸试验,研究了湿热环境对RDX/AP-NEPE推进剂热安全性和力学性能的影响。结果表明,在相对湿度70%、温度75℃下经历6d的湿热老化后,RDX/AP-NEPE推进剂在TG曲线上的3个质量损失阶段的表观活化能均略有降低,水分对AP分解活化能的影响较为明显,使其活化能降低9.3%。湿热老化前后,5s爆发点Tb分别为303.7℃和302.7℃。随着老化时间的增加,延伸率和抗拉强度都呈降低趋势,至第6d延伸率从106.0%降至36.7%,抗拉强度从0.631MPa降至0.541MPa。在75℃下干燥热老化6d后,RDX/AP-NEPE推进剂3个阶段的表观活化能、5s爆发点、抗拉强度和延伸率都没有明显的变化。初期老化过程中,水分对RDX/AP-NEPE推进剂的力学性能和AP的分解活化能影响较大,但对热感度基本没有影响。

高燃速推进剂GATo的热安全性分析

为研究高燃速推进剂改铵铜(GATo)的热安全性,采用差示扫描量热(DSC)法和热重(TG)法分析了GATo推进剂的热分解过程,计算了其热分解活化能(E_a)、指前因子(A)、分解温度(t_(e0))、热爆炸临界温度(t_0)及热力学参数,并测试了压伸成型管状GATo及含溶剂GATo推进剂药浆的5s延滞期爆发点及热爆发反应参数。结果表明,采用Kissinger法计算得到GATo推进剂的热分解活化能为139.1kJ/mol,指前因子为7.5×10^(15)s^(-1),分解温度为172.0℃;根据Hu-Zhao-Gao法计算得到GATo推进剂的热爆炸临界温度为182.8℃,低于RDX-CMDB推进剂GHT及GHQ;在升温速率为10℃/min时,GATo推进剂分解峰值温度的活化自由能(ΔG~≠)为113.8kJ/mol,活化焓(ΔH~≠)为135.3kJ/mol,活化熵(ΔS~≠)为29.7J/(K·mol)^(-1);压伸成型管状GATo与含溶剂GATo药浆的5s延滞期爆发点分别为231和234℃,热爆发分解反应活化能分别为112和132kJ/mol,表明溶剂对其热爆发分解反应活化能有较大影响。

一种以HMX为主的挤注传爆药安定性研究

以不同粒径奥克托今(HMX)为主体炸药,Viton A(氟橡胶)为粘结剂,加入增塑剂A,制备出一种挤注传爆药。对传爆药的5s延滞爆发点、DSC、内相容性、金属腐蚀性进行了测试研究。结果表明:该以HMX为主的挤注传爆药的热稳定性好,其炸药组成的各组分内相容性良好,对金属铝及其氧化物无腐蚀性,该挤注传爆药满足应用要求,大规模的爆炸逻辑网络装药以及装药成品的长时间保存。