合成快讯:西安近代化学研究所首次合成高能氧化剂十硝基联吡唑(DNBP-10)

十硝基联吡唑4,4′,5,5′-四硝基-2,2′-双(三硝甲基)-2H,2′H-3,3′-联吡唑(DNBP-10)为2018年俄罗斯泽林斯基研究所Igor L.Dalinger等人报道的一种新型绿色高能氧化剂,其晶体密度为2.021 g/cm^3,理论爆速9320 m/s,理论爆压40 GPa,撞击感度9 J,摩擦感度215 N,氧平衡10.5%(CO 2),且不含卤素,综合性能优于目前报道的高能氧化剂。此外,DNBF-10为共价中性含能化合物,有效规避了离子型氧化剂ADN吸湿性强等应用问题,DNBF-10爆轰性能、安全性能明显优于ADN,在混合炸药和高能推进剂等领域具有广阔的应用前景。

风雨七十载 热血卫吾华--庆祝西安近代化学研究所建所70周年

时光代序、岁月更迭。2018年4月,西安近代化学研究所将迎来建所70周年。70年,放在历史的长河中,只是短短的一个瞬间;70年,循着西安近代化学研究所发展壮大的历史轨迹回望,却波澜壮阔,厚重漫长;从东北初创到迁址西安;从跟踪仿研到自主创新;从建功原子弹到高效毁伤。

高原环境爆炸冲击波传播规律及计算模型研究

为研究高原地区的低温低压环境对冲击波传播特性的影响,在海拔1500,3000,4500 m环境下开展了TNT爆炸试验,并使用有限元软件对高原环境TNT的爆炸冲击波进行数值仿真计算,分析了不同海拔对冲击波传播特性的影响规律。对比了Sadovskyi,Kinney-Graham和Sachs修正公式的超压峰值和比冲量计算结果与试验结果,并采用Sachs修正中的温度修正项对Sadovskyi高原超压峰值公式进行了修正。研究结果表明:随着海拔的升高,冲击波的波阵面速度加快,到达时间提前,每升高1 km,冲击波超压峰值下降约2%~4%,比冲量下降约4%;对超压峰值进行修正时,3种修正公式均具有一定的准确性;对比冲量进行修正时,Kinney-Graham修正的比冲量值随比例距离增加呈线性降低,与试验结果吻合较差,庞春桥与Sachs的修正结果随比例距离增加呈指数降低;基于温度项修正的Sadovskyi高原冲击波超压峰值经验公式的平均误差减小了3.1%。该研究结果对于高海拔地区的弹药毁伤效能评估有参考意义。

选择性加氢脱氯合成烯烃研究进展

近年来,随着乙烯、丙烯等脂肪族不饱和化合物用量日益剧增,利用选择性加氢脱氯技术将多氯代烃转化为这类高附加值化学品受到学术界和工业界的广泛关注,其核心在于高性能催化剂的设计与制备。首先综述了加氢脱氯合成烯烃用催化剂的研究进展,重点归纳总结了催化剂活性组分如Pd、Pt的几何结构、电子结构以及催化助剂、制备方法等对烯烃生成的影响规律。其次,从动力学、理论计算等方面对催化选择性加氢脱氯合成烯烃反应机理进行了概述。此外,总结了造成催化剂失活的四个主要因素。最后指出,基于金属氟化物在高温强腐蚀性HCl气氛下结构保持稳定、易于实现调控载体与活性组分之间相互作用等特点,设计制备金属氟化物负载型Pd、Pt催化剂,是实现温和条件下选择性加氢脱氯合成烯烃的一个重要途径。

双螺杆捏合方式制备的三基发射药的流变性研究

为掌握三基发射药连续化捏合工艺中药料的流变特性,提高工艺模型的准确性,按照三基发射药代料配方制备了预混药料,使用双螺杆挤出机对预混药料进行捏合,并通过专用双料筒毛细管流变仪测试捏合后药料的流变特性。分别改变双螺杆挤出机的螺杆转速和捏合温度、药料的固含量和溶剂比,分析以上变量对三基发射药流变学参数的影响规律。结果表明:双螺杆捏合后,药料的本构方程与Carreau-Yasuda本构模型拟合程度较高;一定范围内,螺杆转速或捏合温度的提高会使捏合后的药料的剪切黏度降低;同时,螺杆转速的提高会使药料的停留时间减少,而过短的停留时间会导致捏合后的药料的黏度上升;固含量的增加或溶剂比的减小会使捏合后的药料的剪切黏度增大,而黏度增大会使药料的停留时间增长,一定程度上使药料受到更充分的捏合作用。

纳米铝粉在炸药中的应用研究进展及趋势

铝粉是火炸药行业中最常用的金属燃料。相比微米铝粉,纳米铝粉的比表面积、反应活性和反应完全性都高得多。因此,将纳米铝粉应用于炸药中,无疑将改善炸药的反应完全性,增加炸药威力,提高弹药的毁伤效能。本文系统综述了纳米铝粉对爆轰性能、安全性能、工艺性能等多种炸药性能的影响。就爆轰性能而言,纳米铝粉可以提高混合炸药几乎所有的爆轰参数,包括爆速、爆热、空中爆炸的冲击波超压峰值、水下爆炸的总能量、燃料空气炸药的爆炸压力峰值和爆炸压力上升速率、金属加速能力、纵火能力、作功能力及猛度等,可以全方位提高混合炸药的毁伤效果。但是,由于部分研究者选用的纳米铝粉有效铝含量差异较大,常常得出不同的结论。就安全性能而言,纳米铝粉的引入提高了混合炸药的撞击感度、摩擦感度、冲击波感度、热感度等,显著降低了炸药的点火能,并且对常用炸药(如TNT、RDX、HMX、CL-20、NG、TATB等)热分解有促进作用,导致纳米炸药的引入对混合炸药的安全性能有不利影响;就工艺性能而言,在浇注固体炸药体系中,纳米铝粉增加了浇注固体炸药体系的粘度,降低了压装炸药体系中炸药药柱的密度,纳米炸药的引入恶化了混合炸药的工艺性能。本文指出,由于纳米铝粉的比表面积大、反应活性高,从制备到储存的各个环节极易氧化,造成纳米铝粉的有效铝含量急剧降低,是部分研究者得到错误结论的一个重要原因。因此,应深入研究纳米铝粉的制备方法和存储条件,使纳米铝粉在炸药中充分发挥效能。

火炸药工艺安全性的研究方法

工艺安全是火炸药产品实现工业制造的前提。随着新材料、新工艺的不断涌现,长期积累的老经验不再完全适用和可靠,传统的试错型工艺研究方法又不再可行,如何实现和保障工艺安全,成为我们当前需要突破的一个重大“瓶颈”。由于工艺安全工作涉及到方方面面,是一个复杂的系统工程,自然会引起各方的高度重视和积极作为。但是,在这个复杂系统中,如何抓住最基础、最核心的要素,如何协同各方形成合力和取得实效,需要我们从认识论和方法论的高度进行系统思考。

铝/聚四氟乙烯复合材料的研究进展

系统综述了铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)复合材料的研究进展。就复合材料的动态力学性能而言,应变率越大,强度越高;复合材料中Al含量增加,弹性模量和屈服强度随之增加;温度升高,复合材料韧性增加,但动态压缩强度降低;铁粉、镍粉、钨粉、氧化铜、氢化钛、氢化锆等可以提高Al/PTFE复合材料的抗压强度。就复合材料的热性能而言,Al/n-PTFE的放热量远高于其他铝热剂,且纳米级铝粉与PTFE的反应性优于微米级铝粉。就复合材料的点火和燃烧性能而言,复合材料中PTFE的质量含量约35%时,燃烧压力最高,燃烧时间最短,中心火焰温度也最高;限域空心结构的复合材料样品燃烧优于实心、空心、核壳结构的样品;氢化钛、高氯酸铵、碳纳米管具有一定的助燃作用。就复合材料的冲击反应性能而言,加载应变率越高,材料反应延迟时间越小,反应越剧烈,且纳米级铝粉反应性和反应程度优于微米级铝粉;添加氧化物(三氧化铋、氧化铜、三氧化钼和三氧化铁)可以调节材料的能量释放特性。就复合材料的反应完全性而言,其作为弹丸发射速率越高,反应越完全;铝粉含量对反应完全性有非常显著的影响;氧化铜可以提高反应的完全性。就复合材料的应用场景而言,其对靶板的毁伤效果、纵火能力、提高推进剂力学性能和燃烧效率、作为防护材料的防护效果,比传统材料都有显著提高。此研究结果预计会对火炸药行业和战斗部行业从业者有重要的参考价值。

基于硝化棉助燃的含能粘合剂爆热特征值测试研究

为了表征含能粘合剂的能量特性,开展了含能粘合剂的燃烧热、生成焓与爆热特征值的测试研究并评估了将其作为含能粘合剂能量特性量化指标的合理性,探索了利用硝化棉(NC)助燃来测试含能粘合剂爆热特征值的方法。结果表明:当含能粘合剂/NC质量比达到1∶5时,绝大多数含能粘合剂可以充分燃烧;以硝化棉为助燃物可准确测取含能粘合剂的爆热特征值,所测聚硝酸酯基缩水甘油醚(PGN)与聚乙烯醇硝酸酯(PVN)的爆热特征值分别为3164、4713 kJ·kg^(-1),与文献值的相对误差均小于5%;燃烧热不能准确反映含能粘合剂的能量优势,采用爆热特征值可较好地表征含能粘合剂的能量特性,避免了生成焓正负之分导致估值体系自我矛盾的缺点;在隔绝氧气的条件下,含能粘合剂能量贡献值从小到大依次为GETPE<FATPE<GAP<PBAMO<NC(12%)<PGN <PVN。

1,1,1,2,2-五氟丙烷高值化应用研究进展

综述了1,1,1,2,2-五氟丙烷(HFC-245cb)用作制冷工质和合成高值化学品原料的研究进展,并讨论了两种高值化应用的现状和发展前景。由于自身的轻微可燃性和潜在的法规风险,HFC-245cb用作制冷工质的使用场景和用量有限。作为合成高值化学品的原料,研究主要集中于HFC-245cb脱氟化氢制备2,3,3,3-四氟丙烯(HFO-1234yf)。开发高效环保脱氟化氢催化剂及拓展HFC-245cb转化路径是未来的发展方向。

含氟材料助燃硼粉研究进展

系统综述了含氟材料助燃硼粉的研究进展,并分析了助燃机制。研究表明,不论无机含氟材料、有机含氟材料还是自组装含氟材料,对硼粉燃烧都有一定的助燃效果。但是,不同含氟材料对硼粉的助燃效果有很大差异,新兴的自组装含氟材料结构规整,可能极具应用价值,值得深入研究。分析表明,含氟材料的助燃机制为氟自由基或含氟基团的自由基的催化作用,该发现对材料的应用场景具有重要参考意义。综合大量文献研究,作者首次提出,氢含量低、易于热解且热解时易产生氟原子及含氟烷烃、含氟烯烃的自由基的材料,对硼粉会具有更好的助燃效果。研究结果预计对火炸药行业从业者会有重要的参考价值。

爆容弹体内部爆炸气体产物p-V-T关系的试验研究

为了解爆炸气体状态方程对高能非理想炸药爆容计算结果的影响,利用20 L密封弹体开展典型含铝炸药起爆试验。采用阵列式铂热电阻测试了炸药爆炸产物的温度分布。选择范德华方程和理想气体状态方程做对比分析,精确测量了不同温度条件下弹体内部的气压,定量分析了爆炸气体产物的组成,计算得到范德华压力修正系数和体积修正系数分别为1.5×10^(-5)和2.1×10^(-4)。试验验证了理想气体状态方程描述爆轰产物的适用性。结果表明:相对于实际测量的压力和容积,压力修正项和体积修正项属于可以忽略的量;典型含铝炸药爆炸的气体产物可以使用p=kT的简单线性关系进行描述;试验条件下,典型非理想炸药爆炸产物的状态基本符合理想状态假设。

退役单基药制备工业粉状炸药的研究

为了充分再利用退役单基药,通过浸水、粉碎和烘干将9/7型单基药颗粒制备成单基药粉,并采用乳化石蜡对其进行降感处理,获得了一种工业粉状钝感炸药,测试了单基药粉含水量、单基药粉粒度和乳化石蜡含量对工业粉状炸药机械感度和起爆性能的影响。结果表明:该炸药的撞击感度(h50)为141.2 cm,摩擦感度为20%~24%,爆速为3763~6200 m·s^(-1)(装药密度为0.85~1.38 g·cm^(-3)),殉爆距离为7 cm,七日吸湿量为0.3%~1.6%,其综合性能优于2号岩石铵梯炸药;炸药含水量宜控制在5%~7%;单基药粉粒度在40目以上、乳化石蜡含量在5.0%以下时,炸药才能完全爆轰;3批工业粉状炸药的性能数据偏差都在工业炸药允许的偏差范围之内,表明其生产工艺稳定性较好。

加强筋位置对半穿甲战斗部侵彻多层钢靶性能影响研究

为了研究加强筋位置对半穿甲战斗部侵彻多层钢靶性能的影响,通过试验及数值仿真,研究了加强筋在弹体轴向不同位置处的2种半穿甲战斗部,以一定速度(710 m/s)、着角(20°)侵彻8层钢靶的弹道偏转、弹孔尺寸、余速的差异。研究结果表明:加强筋位置由弹尖向质心位置逼近时弹道偏转角减小、弹孔长轴减小、穿甲能力提升;弹道偏转角增量与靶间距呈正相关关系;弹道偏转角、侵彻余速、弹头侵蚀量及弹孔仿真结果与试验实测值最大偏差为8.82%,仿真与试验结果符合较好。研究结果可为半穿甲战斗部方案设计提供参考。

两种钛合金半穿甲战斗部侵彻单层钢靶性能试验研究

选取亚稳态β型TB17和高损伤容限α+β型TC4-DT两种高韧钛合金材料,对2种钛合金材料在高应变率条件下动态力学响应特性进行测试分析,并应用125 mm火炮发射装置开展2种钛合金半穿甲战斗部侵彻单层钢靶性能试验研究。结果表明,作为半穿甲战斗部的壳体材料,应选择屈服强度与冲击韧性匹配性好的钛合金,其中更应关注钛合金材料的塑性变形能力和抗冲击韧性;随着侵彻着角的增加,侵彻单层钢靶过程弹体头部侵蚀量及径向墩粗程度更严重,不利于弹体保持侵彻强度及装药安定性。

复合推进剂细观力学行为试验及数值仿真研究进展

复合固体推进剂是一种以黏合剂体系为连续相,固体颗粒为分散相的高固体颗粒填充比例的复合含能材料,其宏观尺度力学行为强烈依赖于其细观尺度的三维结构。从推进剂细观力学行为角度综述了复合推进剂细观结构的界面特性和复合推进剂细观结构模型,数值分析了复合推进剂细观损伤演化,通过试验验证了推进剂细观损伤与宏观力学性能的相关性,指出了推进剂宏观性能的微细观结构影响机制,分析了目前标准的现状。为高颗粒填充高能固体推进剂的构效关系及配方设计与创制和复合推进剂标准建设提供重要参考。

ADGN/粘合剂共混物相容性的分子动力学和介观模拟研究

为研究ADGN/粘合剂共混物的相容性,采用分子动力学(MD)模拟方法计算了ADGN/GAP、ADGN/NC共混体系的密度、内聚能密度、溶度参数、结合能及玻璃化温度,并通过介观动力学模拟分析了ADGN含量对2种共混体系的介观形貌和有序度参数的影响。结果表明:ADGN与GAP、NC均相容,其中,ADGN与GAP的相容性更好。ADGN/GAP、ADGN/NC共混体系的玻璃化转变温度与单独粘合剂相比均有所降低,表明ADGN对GAP和NC均有较好的增塑性能。20℃条件下,ADGN/GAP共混体系质量配比为60/40时,两相的混溶性最好;质量配比为30/70时,两相发生了显著的团聚现象;ADGN/NC共混体系质量配比为60/40时,两相发生了显著的相分离现象;质量配比增大到70/30时,体系的混溶性明显改善。

爆炸载荷作用下钢筋混凝土预应力T梁桥毁伤模式研究

目的研究不同打击模式下钢筋混凝土预应力T梁桥的毁伤效应,为钢筋混凝土预应力T梁桥的毁伤评估及打击决策提供参考。方法通过数值仿真研究某弹药装药空中爆炸、接触爆炸和内爆炸3种打击模式下,钢筋混凝土预应力T梁桥的毁伤效应。结果不同打击模式下钢筋混凝土预应力T梁桥的毁伤模式差异较大:空中爆炸和接触爆炸桥梁主要发生桥面破孔及塑性变形;内爆炸桥梁除桥面发生层裂破碎外,T梁腹板及横隔梁也发生外凸变形、混凝土崩塌破坏等。结论半密闭空间内爆炸T梁桥的毁伤效果要优于桥面接触爆炸和空中爆炸。

爆炸成型箭形侵彻体战斗部研究

为进一步提高爆炸成型侵彻体战斗部的毁伤能力,采用理论分析、数值仿真和试验验证的方法,设计了一种爆炸成型箭形侵彻体战斗部。通过设计条形药型罩横行排布时的排布数量控制爆炸成型箭形侵彻体的成型效果,提高毁伤元的毁伤威力。以理论分析,建立物理模型,确定条形药型罩的罩横向排布数量,通过数值仿真验证设计方案可行性,进而制备出了条形药型罩横向排布数量为12的战斗部,并进行静爆试验,试验结果表明,单枚条形药型罩可成型为2枚爆炸成型箭形侵彻体,可穿透5 m处30 mm厚的Q235钢板。研究结果表明,条形药型罩可成型为爆炸成型箭形侵彻体的原理可行,结论对爆炸成型毁伤元战斗部的设计具有重要意义。

含能材料的多尺度结构及其研究意义

各种材料,不论其形状大小如何,其宏观性能都是由其化学组成和组织结构决定的,所以,对材料本质的完整反映,均需涵盖化学组成和组织结构两个要素。在含能材料领域,对含能化合物分子的表征,这两个要素是齐全的,而对复合含能材料的描述,以往偏重于组成(即配方),对材料结构则重视不够。当前含能材料的发展,不再单纯依赖含能化合物的创制,复合含能材料的组装成为一个深具潜力的方向,为此,必须建立材料结构的概念。