微流控技术制备DNTF/LLM-105复合材料及其安全性能分析

为了提高3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的使用安全性,利用微流控技术将其与2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)进行复合,分别制备了质量比分别为50∶50、60∶40和70∶30的DNTF/LLM-105复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)对所制备的DNTF/LLM-105复合材料进行了形貌及结构表征;采用DSC法测试了3种复合材料的热分解性能;测试了3种复合材料的机械感度。结果表明,3种复合材料均为棱柱形,颗粒尺寸较原料明显减小,热分解峰温分别为269.0、262.6和255.4℃,较原料DNTF分别提前了21.2、27.6和34.8℃;机械感度测试结果表明,相比于原料DNTF,微流控技术制备的复合材料的特性落高分别提高了(50±2)、(45±2)和(45±2)cm;相比于原料LLM-105,复合材料的特性落高分别提高了(15±2)、(10±2)和(10±2)cm;复合材料摩擦感度的临界载荷均大于360N。说明利用微流控技术可以制备出颗粒尺寸小、机械感度优于含能材料单体的复合材料。

LLM-105的分子间相互作用和热力学性质

应用第一性原理可以计算含能材料0 K下的结构和物理性质,但温度效应的缺失通常会导致计算数据与实验结果产生偏差.同时,与温度相关的热力学参数是含能材料在宏观和介观尺度下建模的关键输入.为此,本文以高能低感炸药1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)为研究体系,基于准简谐近似,采用色散修正的密度泛函理论研究温度加载下LLM-105的分子间相互作用和热力学性质.晶格参数和热膨胀系数的演化表明LLM-105分子间相互作用具有强烈的各向异性,其中b轴方向(分子层间)的膨胀率远高于ac平面(分子层内).Hirshfeld表面及其指纹图分析进一步证实LLM-105的分子间相互作用主要取决于O···H构成的氢键.结合Mulliken布居数和结构分析,温度加载下氢键相互作用的变化可诱发硝基旋转,并使得C—NO_(2)键的强度明显减弱,为高温分解反应的触发键提供了理论依据.此外,本文计算了等容和等压条件下的热容、熵以及等温和绝热条件下的体模量等基础热力学参数.其中绝热条件下的体模量与实验值吻合,同时体模量随温度的演化反映了LLM-105在温度加载下的软化行为.上述理论研究可用于构建含能材料在介观和宏观尺度下的模型,也为测量原子分子水平下的热力学性质提供了重要的参考价值.

微流控制备微纳米LLM-105/CL-20复合含能材料

为了增加含能材料在生产、使用中的安全性能,利用微流控技术,以改良型氟橡胶作为黏结剂,采用LLM-105和CL-20为原料,成功实现了高能钝感LLM-105/CL-20复合材料的连续且安全的制备;采用场发射扫描电镜(SEM)观察了样品的微观形貌,采用傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)分析了样品的结构和晶型;采用DSC分析了样品的热分解性能;测试了原料CL-20及复合粒子的机械感度。结果表明,在优化条件下,即溶剂与非溶剂流速比为1∶6,黏结剂质量分数为6%,总流速为80mL/min时,LLM-105能够有效地包覆在CL-20表面,粒径分布范围为0.19~3.92μm;通过FT-IR和XRD表征,进一步证明LLM-105成功包覆在CL-20表面;复合粒子的撞击感度从10cm提升至55cm(落锤质量为2kg),显著增强了其安全性能。表明微通道内制备LLM-105/CL-20复合粒子的方法具有降感效果显著的优点,且该方法易于操作,适合连续安全生产。

温湿双因素加载下超细LLM-105固相熟化行为

超细2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)具有安全性好、冲击起爆阈值低等特点,在起爆传爆序列方面具有广阔应用前景。固相熟化是超细LLM-105贮存使役过程中的主要老化行为,会导致粒径长大、性能劣化。温度、湿度是影响固相熟化的重要环境因素,但影响机制尚不清晰。为此,研究采用原位小角X射线散射(SAXS)、扫描电子显微镜(SEM)和原位原子力显微镜(AFM)等方法,捕捉不同温湿度环境下超细LLM-105颗粒结构演化行为,分析其固相熟化机制。结果表明:超细LLM-105在120℃下老化30 d后发生了明显的固相熟化,比表面积(SSA)下降了41.6%,熟化机制以奥斯特瓦尔德熟化(Ostwald Ripening,OR)为主导,伴随斯莫鲁霍夫斯基熟化(Smoluchowski Ripening,SR)。湿度通过促进OR显著加速超细LLM-105固相熟化,在60℃、90%相对湿度下老化30 d,SSA下降35.8%。

二元复合结晶炸药HMX/LLM-105的溶剂-非溶剂法制备研究

为降低1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(HMX)的感度,采用溶剂-非溶剂法制备了二元复合结晶炸药HMX/LLM-105,并采用X射线粉末衍射(PXRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对其进行表征;采用差示扫描量热法(DSC)分析其热分解性能,并进行了机械感度测试。结果表明:HMX/LLM-105的晶体形貌与原料单质炸药明显不同;HMX/LLM-105在放热过程中仅有1个放热分解峰,分解温度为271.6℃,放热效率更高;HMX/LLM-105的特性落高H50为68 cm,较HMX提高了42 cm,降感效果明显。

LLM-105重结晶与性能研究

研究了LLM-105的重结晶方法。结果表明,不同重结晶方法获得的LLM-105平均粒径、纯度和撞击感度差别较大,其中冷却法和溶剂(DMSO)-非溶剂(热水)法结晶产品撞击感度较低,H50值分别为120.0cm和108.3cm。采用DSC?TG、VST、TG和热爆炸等方法研究了LLM-105的热性能,DSC放热起始温度为341.2℃(升温速率10℃.min-1),120℃条件下48h放气量为0.016mL.g-1,120℃条件下48h热失重为0.13%,5s延滞期爆发点为367.6℃;VST测试结果表明,LLM-105与HMX、AS、F2311、F2314、Estane的相容性良好。测定LLM-105爆速(LLM-105/F2314=95/5,1.845g.cm-3,96.4%TMD)为7991m.s-1。压力-密度测试结果表明,LLM-105具有良好的压缩成型性能。

一种含LLM-105的HMX基低感高能PBX炸药

研究了不同颗粒形态的LLM-105对HMX的降感作用以及HMX/LLM-105基炸药配方用的黏结体系和钝感体系。设计出一种HMX/LLM-105配方,采用机械感度和冲击波感度以及板痕试验和圆筒试验对其安全性能和爆轰性能进行了测试。结果表明,LLM-105可作为含能钝感剂用于HMX基PBX炸药,该种含LLM-105的HMX基PBX爆速约8700m/s、爆压34GPa以上、比动能为1.560kJ/g,冲击波感度比JOB-9003炸药低10%,是一种新型的低感高能炸药。

含LLM-105的钝感微烟推进剂能量参数和燃烧特性

研究了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)与改性双基推进剂主要组分的相容性以及含LLM-105的钝感微烟推进剂的能量参数和燃烧特性。结果表明,LLM-105与改性双基推进剂的主要组分具有良好的相容性;用LLM-105逐渐取代RDX,钝感微烟推进剂的理论比冲和等容爆热降低;含LLM-105的推进剂燃速较低,其原因与LLM-105受热时升华吸热有关,该类推进剂可用燃烧催化剂进行燃烧性能调节。

新型钝感含能材料LLM-105的研究进展

介绍了美国关于新合成的1 氧 2,6 二氨基 3,5 二硝基吡嗪(LLM 105)的研究进展,详细介绍了LLM 105的优点、合成方法、基本物理化学性质和爆炸性能。

耐热炸药TATB、PYX和LLM-105的热安定性研究

耐热炸药热安定性在其应用中具有重要作用。本文采用差示扫描量热(DSC)、热重(TG)、真空安定性(VST)等热分析方法,研究了TATB、PYX和LLM-105的热安定性,对TATB、PYX和LLM-105的热分解表观活化能进行了计算。实验结果表明,TATB、PYX和LLM-105在较宽的温度范围内具有较高的热稳定性,耐热温度都超过250℃。这三种炸药的热安定性顺序为:PYX略优于TATB,TATB优于LLM-105。

LLM-105炸药合成中三氟乙酸的回收利用

为了回收利用LLM-105炸药合成中产生的三氟乙酸废液,采用强碱中和、浓缩、酸化及蒸馏工序回收三氟乙酸。结果表明,三氟乙酸的回收率大于80%,纯度大于98%,回收的三氟乙酸完全能满足LLM-105炸药合成的要求。讨论了中和及酸化工序的影响因素,并进行了回收成本估算。使用回收的三氟乙酸,不仅大大降低了生产成本,而且有效避免了环境污染。

含LLM-105无烟CMDB推进剂的燃烧性能

采用燃速-靶线法研究了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物（LLM-105）的含量和粒度、不同复合燃烧催化剂（A-Pb/A-Cu/CB、B-Pb/B-Cu/CB、C-Pb/C-Cu/CB）及辅助增塑剂（三醋酸甘油酯（TA）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP））对含LLM-105无烟复合改性双基（CMDB）推进剂燃烧性能的影响。结果表明,随着LLM-105含量的增加,不同压强下推进剂的燃速均有明显降低,添加质量分数25%的LLM-105可使10MPa下推进剂的燃速下降达53.3%;粗颗粒LLM-105降低推进剂燃速的效果优于细颗粒,用粗颗粒LLM-105替代等量细颗粒LLM-105,可使不同压强下推进剂的燃速降低,10MPa下推进剂的燃速降低1.5mm/s;添加C-Pb/C-Cu/CB催化剂,推进剂在6～18MPa下的压强指数由0.43降至0.25。用TA替代DEP,可降低推进剂的燃速及压强指数。

耐热炸药LLM-105的合成及量子化学研究

以2,6-二氯吡嗪为起始原料，经甲氧基化、硝化、氨化、氧化等四步反应合成了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物（LLM-105），总收率为60.2%，用红外、核磁、质谱以及元素分析等进行了结构表征。通过优化合成工艺条件，确定了最佳工艺条件。利用B3LYP方法，在6-31G（d,p）基组水平对LLM-105的结构进行了优化，获得了稳定的几何结构和温度与热力学性能的关系式，结果表明，LLM-105中吡嗪环上所有原子基本在同一个平面上，且热能、热容和熵在273～1000K均随温度的升高而增加。

LLM-105研究新进展

综述了国内外关于2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)性能、合成新方法、晶体结构、热化学特性及其在火炸药中应用的最新研究进展。研究结果表明,LLM-105的能量介于TATB和RDX之间,分子内存在的π共扼体系以及强烈的分子内氢键作用,使得LLM-105对热、冲击波、火花和摩擦撞击非常钝感,与火炸药中常用组分铜、铝、黑索今、高氯酸按、吉纳、硝化棉、硝化甘油、二号中定剂和射孔弹药型罩等有良好的相容性,其燃烧产物清洁,无卤素、无烟,LLM-105是一种相当钝感的含能材料,可作为新型高能钝感炸药用于战斗部装药及推进剂装药,应用前景良好,分析并提出了LLM-105应用于武器系统中的研究内容。

含LLM-105的改性双基推进剂的机械感度

研究了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)的含量和粒度对含LLM-105的改性双基推进剂机械感度的影响,并将LLM-105-CMDB推进剂的机械感度与含六硝基六氮杂异戊兹烷的改性双基推进剂(CL-20-CMDB)、含3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱的改性双基推进剂(DNTF-CMDB)及含奥克托今的改性双基推进剂(HMX-CMDB)的感度进行了比较。结果表明:用LLM-105逐步取代改性双基推进剂中的RDX,推进剂的机械感度也随之降低,撞击感度H50由23.4cm增加至39.3cm;高能量密度材料含量相同的几种改性双基推进剂机械感度由低往高依次为:LLM-105-CMDB、DNTF-CMDB、CL-20-CMDB、HMX-CMDB、RDX-CMDB。

LLM-105/EPDM造型粉的制备及性能

以LLM-105为主体炸药,EPDM(乙丙三元橡胶)为黏结剂,采用溶液-水悬浮法制备了LLM-105/EPDM造型粉,并将其压制成药柱。用SEM对包覆前后样品的形貌进行了表征,并对其机械感度、热分解特性、热安定性和爆速进行了测试和分析。结果表明,与LLM-105和其他传爆药相比,EPDM/LLM-105造型粉的机械感度有一定程度的降低,热稳定性显著提高;当传爆药柱的装药密度为1.518g/cm3时,爆速可达7915m/s。

超细LLM-105短脉冲起爆特性（英文）

为了研究超细LLM-105炸药的短脉冲起爆特性,设计了两种参数的飞片起爆系统,在对两种飞片系统驱动飞片速度分析的基础上,采用较佳匹配系统进行了超细LLM-105炸药的发火阈值测试。试验结果表明:两种飞片系统中飞片速度随着输入起爆电流的增加而增加,但是大尺寸飞片对输入电流的变化更加敏感;在相同起爆条件下,大尺寸飞片获得的最大速度一致性较差,这与尺寸增加,受空气阻力影响更明显有一定关系;采用飞片速度较高的飞片系统进行超细LLM-105炸药起爆阈值测试,得到超细LLM-105炸药的50%发火阈值电流为2.14kA,与HNS-Ⅳ相差不大。由此表明,超细LLM-105炸药作为冲击片雷管始发药应用是可行的,即能满足冲击片雷管钝感化要求,又不会对引爆系统的能量提出过高的要求,符合目前冲击片雷管低能、钝感的发展趋势。

新型含能材料LLM-105的研究进展

主要介绍了新型高能低感炸药1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)的国内外研究现状。通过对其合成、性能、理论计算等方面研究情况的分析,指出了目前研究中存在的一些问题和不足,同时展望了LLM-105未来的研究方向。

细颗粒LLM-105的制备及粒度控制技术研究

采用溶剂-非溶剂重结晶法制备了粒度D50<5μm的LLM-105颗粒,并对影响粒度的加料方式、非溶剂温度、溶剂量、搅拌速度、表面活性剂以及干燥方式等工艺条件进行研究,得到制备细颗粒LLM-105(D50<5μm)的工艺参数为:反式滴加法,非溶剂H_2O温度小于35℃,mLLM-105∶VDMSO≤1g∶15m L。

LLM-105基PBX炸药的热分解反应动力学

通过布氏压力计法获得了普通的和纳米化的LLM-105基PBX炸药在不同温度条件下热分解放气量随时间的变化曲线。基于Arrhenius公式计算了两种PBX炸药分解深度为0.1%时的表观活化能。采用TG-DSC研究了两种LLM-105基PBX炸药的非等温热分解反应动力学。结果表明,由Arrhenius公式得到的普通和纳米化的LLM-105基PBX炸药在分解深度为0.1%时的表观活化能分别为74.67和138.09kJ/mol。利用Kissinger法计算获得两种LLM-105基PBX炸药在最大分解速率(分解深度约50%)下的表观活化能分别为389.26和215.73kJ/mol,与Ozawa法计算结果相吻合。升温速率趋于零时的特征分解峰值温度分别为606.94和586.48K,热爆炸临界温度分别为615.0和600.4K。相对于普通LLM-105基PBX炸药,纳米化LLM-105基PBX炸药热分解具有更高的反应活性,热感度也有所提高。