微反应器技术细化CL-20方法研究

采用微反应器技术细化CL-20,通过流体混合数值模拟研究微反应器的混合效果,确定微反应器的优化结构;通过实验研究溶剂乙酸乙酯和非溶剂正庚烷流速比、温度以及CL-20浓度对CL-20晶体形貌、晶型和粒度大小的影响。结果表明:在T型混合器的基础上增加4个圆腔,溶剂与非溶剂的混合效果更佳;在CL-20浓度为7.0%,溶剂流速0.2mL/min,非溶剂流速2mL/min,活性剂浓度2%,收集装置加热温度60℃时,重结晶CL-20的晶型为ε型,平均粒径为6.92μm,且颗粒均匀。

FOX-7基PBXs喷雾干燥前驱体分散稳定性研究

为制备分散稳定的微米1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)喷雾干燥前驱体悬浮液,采用单因素和正交试验对微米FOX-7喷雾干燥悬浮液的制备条件进行优化,研究了悬浮液固含量、搅拌速度、搅拌时间、超声功率、超声时间和温度对前驱体悬浮液中微米FOX-7分散稳定性的影响,以沉降试验和吸光度法为表征手段考察了悬浮液的分散稳定性,并讨论了影响因素对悬浮液分散状态的影响机制。结果表明,4种影响因素对悬浮液分散稳定性影响顺序从大到小依次为:搅拌速度>超声时间>搅拌时间>超声功率;在固含量为2%~4%、搅拌速度为600r/min、搅拌时间为20min、温度为25℃,超声功率和时间分别为300W和15min的条件下,微米FOX-7在前驱体悬浮液中可实现较好的分散稳定性。

高温热刺激下HMX基PBX炸药性能研究

为了探究高温热刺激对HMX基PBX炸药性能的影响,采用HMX及氟橡胶(F2604)制备了HMX-F2604微球,将微球置于高温烘箱内,分别在160℃和200℃下加热1,4,8,12 h,对高温热刺激前后微球的质量损失率、形貌、流散性、堆积密度、热性能、机械感度和燃烧性能进行了测试。结果表明:在160℃下加热1~12 h的样品各项性能均未发生明显变化;在200℃下,加热1 h的样品性能未发生明显变化;加热4 h的样品性能变化较小;加热8 h和12 h的样品性能遭到严重破坏。

氢气含量对电弧等离子法制备纳米Ni粉影响的研究

采用电弧等离子法在惰性气体氩气和氢气中制备得高纯纳米Ni粉。研究结果表明:在一定电流(185A)下,产率随氢气与氩气比率的增大先增大后减小,当氢气与氩气比为1∶1时产率达到最大值,其值为9.7g/h;而粒度随氢气与氩气比率的增大逐渐增大,当氢气与氩气比达到3∶2时,粒度增大减缓,最大平均粒径为52nm。由SEM扫描图知,该法制备的粒子为球形颗粒,表面光洁。X射线衍射(XED)分析知,该方法制备的Ni粉与标准卡片4-850的镍基本一致,说明是FCC结构。

B⁃GAP基推进剂药浆流变特性和固化动力学研究

为了研究支化聚叠氮缩水甘油醚(B‑GAP)基推进剂的流变特性和固化反应过程,采用流变学研究方法对药浆进行了测试,研究了在50,55,60℃和65℃下药浆粘度随剪切速率及其模量随时间的变化规律。研究结果表明:B‑GAP基推进剂药浆具有剪切变稀特性,属于假塑性非牛顿流体;推进剂药浆固化反应速率随着固化反应的进行而增加,在固化度为0.3时达到最大值,之后反应速率开始减小直至为零;温度对于推进剂固化反应动力学有较大影响,在一定温度范围内,固化反应速率峰值随着温度的升高而增加,储能模量最大值随着温度的升高而减小;基于幂律方程和Arrhenius方程计算得到了B‑GAP药浆的本构方程和固化反应动力学方程。

微流控技术制备微纳米DAAF及其表征

为了优化3,3′-二氨基-4,4′-氧化偶氮呋咱(DAAF)的形貌和粒径,采用微流控技术进行调控,以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,去离子水为非溶剂制备细化DAAF,研究了炸药浓度和溶剂-非溶剂流速比对DAAF形貌和粒径的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、Zeta电位分析仪、X射线粉末衍射仪(XRD)、差式扫描量热法(DSC)、热重分析(TG)、BAM落锤撞击感度仪和BAM摩擦感度仪对DAAF产品进行形貌、粒度、晶体结构、热性能和机械感度表征。结果表明,细化后的DAAF晶体结构未发生改变,与原料晶型保持一致。当其浓度为10 g/L时,可以制备出“爆米花状”的球形DAAF,粒径分布在1.47~8.22μm;浓度为30 g/L能够制备出0.69~2.99μm的多面长棒状DAAF;浓度为50 g/L时可获得尺寸小、粒度分布集中(80~460 nm)的纳米级DAAF。与原料相比,细化的DAAF热分解温度减小;细化前后DAAF的机械感度保持一致。

静电喷雾法制备TKX-50/Al/GAP含能微单元及其性能研究

为了获得钝感和组分均匀的含能微单元,采用静电喷雾法制备了TKX-50/Al/GAP复合微球;采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)和红外光谱仪(FT-IR)对其形貌结构进行了表征;采用差示扫描量热仪(DSC)测试了热分解性能;采用高速摄影仪测试其点火燃烧性能;根据GB/T 21567-2008、GB/T 21566-2008标准对其感度进行了测试。结果表明,静电喷雾法制备的TKX-50/Al/GAP含能微单元组分分布均匀,为粒径2~3μm的微球;与物理混合法相比,微球的表观分解热提高了860.7J/g,活化能升高了12.07kJ/mol,;静电喷雾法制备的微球点火延迟时间为11ms,燃烧时间为409ms;撞击、摩擦和静电感度与物理混合样品相比,分别降低了83J、80N和0.05J,表明静电喷雾法制备的TKX-50/Al/GAP含能微单元具有良好的安全性能。

CL-20/聚氨酯基复合物喷墨打印成型及性能研究

为改善喷墨打印过程中含能复合物的沉积质量,以六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)为主体炸药,以聚乙二醇(PEG)和聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为反应性黏结体系,设计了2种含能油墨。采用双喷头组合打印方式,制备了原位聚氨酯网络交联的含能复合物(CGP),并对其交联反应结构、形貌结构、密度、力学性能及爆轰性能进行了试验研究。结果表明:PEG与GAP进行了有效的共聚交联;CGP复合物表面光滑、均匀,层间结构致密,成型密度为1.747kg·m^(-3)孔隙率为10%;其弹性模量和硬度分别为8.16GPa和0.162GPa,力学性能较单喷头打印有显著提升;其爆速为8539m/s,爆轰临界尺寸为1mm×0.086mm,爆轰性能优异。

喷射结晶法快速制备球形FOX-7的工艺研究

通过自主设计搭建的设备,成功制备得到超细球形FOX-7颗粒,研究了工艺条件(包括溶剂/非溶剂体积比、溶液质量浓度、溶剂和非溶剂温度以及溶剂种类)对喷射结晶过程中FOX-7形貌的影响;通过扫描电子显微镜、激光粒度分布仪、XRD衍射仪、差示扫描量热仪、热失重分析仪、撞击感度仪以及摩擦感度仪对样品的形貌、粒径分布、晶体结构、热性能以及机械感度进行表征和测试。结果表明,与原料相比,制备得到的FOX-7颗粒形貌为球形,具有亚微米/微米级别的窄粒度分布(d10=0.703μm,d50=1.405μm,d90=3.446μm),晶体结构稳定;相比于原料FOX-7,球形FOX-7表观活化能提高了14.62kJ/mol,机械感度明显降低,特性落高提高了42.2cm,摩擦感度较原料相比降低了80%。表明该喷射结晶过程具有产率高、效率高、易于实现大规模生产等优点,有望批量生产亚微米/微米级别的炸药颗粒。

3,3′-二氨基-4,4′-氧化偶氮呋咱在七种溶剂体系中的结晶形貌预测

为了研究3,3′-二氨基-4,4′-氧化偶氮呋咱(DAAF)在高溶解度溶剂中的晶体形貌,采用COSMO-RS理论对DAAF进行了溶剂筛选,获得了7种对DAAF溶解度较高的溶剂(二甲基亚砜、1,2-二氨基乙烷、六甲基磷酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、哌啶);使用修正附着能模型预测了DAAF在真空及上述7种溶剂中的晶体形貌。结果表明,在真空条件下,DAAF晶体主要有3个生长晶面:(011)、(100)和(110)晶面,其中(011)和(100)晶面为控制晶面;溶剂分子极性对DAAF形貌有较大影响;7种溶剂中,二甲基亚砜极性最大,DAAF在二甲基亚砜中接近棱柱状;哌啶的极性最小,DAAF在哌啶中的形貌接近针状;在其余5种溶剂中呈厚度不一的六棱片状;径向分布函数分析表明,DAAF的3个晶面与二甲基亚砜之间的相互作用以范德华力为主。

液滴微流控技术制备亚微米级HNS基PBX复合微球

为了获得形状规则、流散性好和粒径均一的球形化造型粉,采用液滴微流控技术,研究了不同黏结剂对2,2’,4,4’,6,6’-六硝基二苯基乙烯(HNS)复合微球性能的影响。分别选取氟橡胶(F2604)、硝化棉(NC)和聚叠氮缩水甘油醚(GAP)对亚微米HNS进行球形化造粒制备,成功制备出亚微米级HNS/F2604(95/5)、HNS/NC(95/5)和HNS/GAP(95/5)复合微球。通过扫描电镜、X射线衍射仪、比表面积、热分析仪、真密度测试仪和机械感度测试仪等对微球进行测试和表征。结果表明:3种黏结剂均能制得球形度高、单分散性好、粒径分布窄的HNS复合微球,平均圆形度分别为0.934,0.915,0.925,D50分别为45.39,58.68,45.43μm(跨度均小于0.55),热分解峰温分别为354.44,349.53,339.37℃。球形化过程使微球真密度分别增加到1.9408,1.9383,1.9204 g·cm^(-3),有效提高了HNS装药性能。微球堆积形成的锥角分别为27°,24.3°,24°,流散性好。与亚微米HNS相比,3种微球撞击感度分别提高了4.5,4,3.5 J,摩擦感度分别提高了52,36,4 N,安全性更好。

液滴微流控技术制备DAAF/氟橡胶复合微球

利用液滴微流控技术,以活性剂浓度为0.5%的水溶液为连续相,以DAAF的乙酸乙酯溶液为分散相,通过流体聚焦式微通道制备了DAAF/F2602复合微球,研究了两相流速比、分散相浓度以及活性剂种类对DAAF/F2602复合微球的颗粒形貌、粒径以及圆形度的影响,得出了最佳工艺条件,并与水悬浮法进行了对比。研究结果显示,流体聚焦式微通道制备的最佳工艺为悬浮液浓度为4%、两相流速比为16∶1、活性剂为CTAB。2种制备方法所得样品的DAAF晶型均未发生改变,撞击感度均大于100 J,摩擦感度均为0%大于360 N,表明2种样品安全性能良好。其中液滴微流控法所得DAAF/F2602复合微球的粒径为20.22~53.85μm,小于水悬浮法所得复合粒子的粒径(121~356μm),且粒径分布更加均匀,热分解峰峰温也延后了6.45℃,活化能增加了6.12 kJ·mol^(-1),热稳定性提高。液滴微流控法所得DAAF/F2602复合微球堆积形成的锥角为34°,小于水悬浮法所得复合粒子堆积形成的锥角(40°),流散性好。

晶形控制剂对苦味酸铵的影响及性能研究

用苦味酸和氨水制备不敏感单质炸药苦味酸铵。在此基础上研究不同晶形控制剂对结晶因素的分析,通过正交实验设计确定了优化晶形控制工艺条件,得到四种不同晶形的样品。采用显微镜、XRD对其进行表征,并对撞击感度和真空安定性进行测试。结果表明:晶形控制剂加入使所得晶体形貌规整、趋于棒状,X射线特征峰强度略有不同,添加3 m L 8%PVP制备晶体的撞击感度和真空安定性最优。

DAAF不敏感传爆药的制备及性能研究

为了优化DAAF的形貌及热稳定性,采用自组装技术在不同工艺条件下对DAAF进行细化,结果在温度为16℃、溶剂非溶剂比为1∶40、搅拌速度为150r/min条件下制备的DAAF呈球状且表面光滑,流散性好;采用Materials studio对DAAF和3种氟橡胶黏结剂之间的界面相互作用能进行模拟计算,确定F2602为包覆黏结剂。用水悬浮法制备DAAF基PBX炸药,相比原料DAAF,DAAF/F2602放热峰温有所延迟,平均活化能提高了3.59kJ/mol,热爆炸临界温度提高了8.15℃,其热稳定性有所提高且机械性能稳定,有望替代TATB成为不敏感传爆药中的主体炸药而广泛应用。

HAFT·EDN共晶的制备、晶体结构和热分解性能

以3-氨基-4-(四唑-5-基)呋咱(HAFT)和硝酸乙二胺(EDN)为原料,制备得到二元共晶HAFT·EDN,采用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱、元素分析和X-射线单晶衍射仪表征了目标物结构;采用差示扫描量热(DSC)对HAFT·EDN共晶进行了热性能测试,并测试了其撞击感度和摩擦感度;通过Kissinger法、Ozawa法和Starink法计算分析了非等温动力学、热爆炸临界温度等性能参数。结果表明,该晶体属于单斜晶系,空间群为P21/c,晶体学参数为:a=7.515(4),b=9.823(5),c=14.828(8),β=86.152(9),V=1092.1(10)3,Dc=1.680g/cm3,其活化能为127.58kJ/mol,热爆炸临界温度为283.7℃,分解反应过程活化熵(ΔS≠)为-44.08kJ/mol,活化焓(ΔH≠)为119.68kJ/mol,吉布斯自由能(ΔG≠)为143.33kJ/mol,具有较好的稳定性,对撞击和摩擦刺激均钝感。

HNS基含能复合微粒的机械球磨法制备及其性能研究

为了得到高能钝感炸药,采用机械球磨法制备了2种六硝基芪(HNS)基复合炸药;通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和差热分析仪(DTA)对样品的形貌、晶体结构和热性能进行了表征,计算了其热分解动力学参数并测试了其机械感度;采用EXPLO5软件计算了其爆轰参数。结果表明,球磨后复合炸药微粒的表观形貌呈类球形,颗粒大小符合正态分布,晶型保持稳定,HNS/CL-20复合微粒的活化能较原料CL-20和HNS分别提高了37.71kJ/mol和60.05kJ/mol,说明HNS/CL-20复合微粒具有更高的热稳定性;机械球磨法制备的HNS/CL-20和HNS/HMX复合微粒的临界撞击能量较原料CL-20和HMX分别提高了1.75J和0.25J,临界摩擦能量较原料CL-20和HMX分别提高了96N和180N,表明摩擦感度明显降低。

预混膜乳化法制备RDX复合颗粒及其性能研究

为了降低黑索今(RDX)的机械感度,以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)和乙基纤维素(EC)为黏结剂,采用预混膜乳化法制备了RDX/GAP/EC复合颗粒,并采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、BAM撞击感度仪和BAM摩擦感度仪对其性能进行表征。结果表明,用200 mL乳液制得的模板所得到的RDX/GAP/EC复合颗粒与原料RDX相比,形貌规则较好,球形度比较高,粒径范围270~450μm,晶型未发生改变,活化能提高了20 kJ/mol,热爆炸临界温度提高了30℃,撞击感度和摩擦感度能量分别提高了3.5 J和48 N。

喷雾干燥技术细化NTO及其性能

为改善3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)的形貌及减小粒径,以丙酮为溶剂,采用喷雾干燥技术制备得到细化NTO产品,研究了入口温度,进气流量,进料速率,前驱液质量浓度对细化NTO形貌及粒径的影响,筛选出最佳的喷雾干燥工艺参数;利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和同步热分析仪(TG-DSC)对细化NTO产品的表面形貌、分子结构及热稳定性进行了表征与测试。结果表明,在入口温度为60℃,进气流量为357 L·h^(-1),进料速率为3 mL·min^(-1),NTO前驱液浓度为16.57 mg·mL^(-1)时,可获得形貌效果好、晶体结构稳定、粒径分布范围较窄且平均粒径为1.2μm的类球形NTO;与原料相比,细化NTO的热分解表观活化能提升了41.7 kJ·mol^(-1),热爆炸临界温度提高了10.4℃,具有更优的热稳定性。

改性双基推进剂压伸成型工艺安全的数值模拟

为了深入研究压伸工艺参数对改性双基推进剂成型过程安全性能的影响,对压缩熔融段、熔体输送段和口模成型段进行整体建模,对改性双基推进剂物料的密度、流变特性等物料参数进行了测定;基于Polyflow软件,对流体域网格无关性进行了验证,研究了改性双基推进剂物料在非等温条件下压伸过程的安全特性。结果表明,螺杆转速的增加会使物料温度、压力、剪切速率升高,存在燃爆风险,为保证安全性,压伸成型过程中适宜的螺杆转速为10 r/min;螺杆温度增加,剪切速率降低,物料的塑化程度会变差,温度升高易使物料分解,结合改性双基推进剂敏感物料成分特性考虑,螺杆温度为85℃时相对安全;相较于螺杆温度,套筒温度的变化对物料流场的影响较小,结合改性双基推进剂实际生产条件考虑,70℃套筒保温温度适合改性双基推进剂生产。结合模拟结果,得出在推进剂生产过程中需注意压力和温度快速变化带来的影响。

表面活性剂的HLB值对HMX/聚氨酯基炸药油墨流变性能的影响

为研究表面活性剂的亲水疏水平衡值(HLB值)对炸药油墨流变性能的影响,选取Span-80和Tween-80两种非离子表面活性剂,调节其质量比配制出5组不同HLB值的混合表面活性剂,采用Brookfield(CPS)流变仪对添加表面活性剂的细化环四亚甲基四硝胺(HMX)/聚氨酯基炸药油墨进行粘度测试,并计算出非牛顿指数、屈服值及触变指数(TI值)。结果表明,未添加表面活性剂的炸药油墨的非牛顿指数为0.024,屈服值为467.08 Pa,TI值为36.82;表面活性剂的加入能够有效改善炸药油墨的流变性能。随着HLB值的升高,炸药油墨表观粘度在剪切速率为5~100 s^(-1)时先升高后降低,非牛顿指数和TI值呈波动变化,屈服值持续降低。当HLB值为11时,炸药油墨的非牛顿指数达到最大值0.56,屈服值达到5.38 Pa,TI值达到最小,为8.26,分别为未添加表面活性剂炸药油墨的23.33倍,1.15%和21.53%。HLB值为11的表面活性剂更有利于改善炸药油墨的流变性能。