CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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  • 2020年第28卷第3期文章目次
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    • >制备与性能
    • 3,5-二氨基氧化哒嗪含能衍生物合成及性能

      2020, 28(3):177-181. DOI: 10.11943/CJEM2019100

      摘要 (1179) HTML (502) PDF 0.00 Byte (2595) 评论 (0) 收藏

      摘要:以3,5-二氯哒嗪为原料,经过取代、氧化、硝化、氨解四步反应分别合成3,5-二氨基-4,6-二硝基氧化哒嗪(DADNPO)和未见文献报道的3,5-二氨基-4-硝基氧化哒嗪(DANPO),并采用红外光谱、1H NMR、13C NMR及元素分析对中间体及产物结构进行了表征;探究了硝化反应条件对硝化产物及收率的影响,确定制备3,5-二甲氧基-4,6-二硝基氧化哒嗪较佳条件为:硝硫混酸作为硝化试剂,反应温度50~55 ℃,反应时间为15 h。利用Gaussian 09 程序和Kamlet-Jacobs方程计算DADNPO和DANPO的爆速分别为8.486 km·s-1和7.224 km·s-1,爆压分别为30.2 GPa和23.09 GPa。采用差示扫描量热(DSC)研究了这两种化合物的热性能,结果表明, DADNPO、DANPO放热分解峰温分别为244.4°C和325.2°C,DANPO的热稳定性更好。

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    • 高氮钝感含能化合物6-((2H-四唑-5-基)-氨基)-1,2,4,5-四嗪-3(2H)-酮:π-堆积和氢键作用(英)

      2020, 28(3):182-189. DOI: 10.11943/CJEM2019067

      摘要 (1145) HTML (515) PDF 0.00 Byte (4324) 评论 (0) 收藏

      摘要:合成了6-((2H-四唑-5-基)-氨基)-1,2,4,5-四嗪-3(2H)-酮(TATzO)并通过红外光谱、元素分析、核磁和单晶X射线衍射对其结构进行了表征。单晶结构表明,TATzO·H2O属于正交晶系,空间群是Pnma,密度为1.730 g·cm-3。在非等温条件下,利用差示扫描量热法(DSC)和热重(TG-DTG)研究了TATzO的热分解行为并计算得到分解峰温、活化能(E)、指前因子(A)、热点火温度(Tbe)和热爆炸临界温度(Tbp),分别为230.46 ℃、169.03 kJ·mol -1、15.65 s-1、 213.75 ℃和 223.03 ℃。TATzO·H2O分解峰温和热爆炸临界温度与传统含能材料RDX相近,表明TATzO热稳定性较高。通过高斯03软件包设计等键反应计算生成焓(HOF),由Kamlet-Jacobs(K-J)方程计算爆速(D)和爆压(p)以评估爆轰性能。Dp分别为7757 m·s-1和25.74 GPa。落锤法测得TATzO撞击感度大于24 J。

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    • N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基苯偶氮基咔唑的合成与三阶非线性光学性能(英)

      2020, 28(3):190-197. DOI: 10.11943/CJEM2019101

      摘要 (659) HTML (537) PDF 0.00 Byte (1195) 评论 (0) 收藏

      摘要:通过亲电取代反应和后重氮偶合反应合成了新的化合物N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基苯偶氮基咔唑,用红外谱(IR)、核磁氢谱(1H NMR)以及核磁碳谱(13C NMR)对其结构进行了表征。采用密度泛函理论的B3LYP/6-31G(d)方法优化了分子结构,在MP2/6-31G(d)的水平下进行单点能计算,N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基苯偶氮基咔唑顺反异构的相对能量ER为52.43 kJ·mol-1。基于纳秒时域(4 ns,532 nm)Z-扫描技术对分子的三阶非线性光学性质进行了研究,闭孔Z-扫描分子表现出自散焦特性,开孔Z-扫描表明分子同时存在较强的饱和吸收和反饱和吸收。N-(6-羟基己基)-2-甲氧基-8-硝基苯偶氮基咔唑二阶超极化率γ为2.59×10-29 esu,品质因子达到1.5。

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    • 耐热炸药ZXC-20的合成与性能

      2020, 28(3):198-202. DOI: 10.11943/CJEM2019195

      摘要 (1370) HTML (718) PDF 0.00 Byte (2981) 评论 (0) 收藏

      摘要:以2,3,4-三氟硝基苯为原料,采用硝化、成环及再硝化三步反应合成了12,52-二氟-14,16,34,36,54,56,74,76-八硝基-2,4,6,8-四氧桥连-1,3,5,7(1,3)-杯[4]芳烃(ZXC-20)。采用溶剂挥发法得到ZXC-20·EtOH的单晶,并利用X射线单晶衍射技术表征了该单晶结构。用全自动真密度仪和综合热分析仪测定该化合物的密度和热稳定性,并采用EXPLO5 v6.01程序预测了其爆轰性能。结果表明,ZXC-20晶体属于P1空间群,晶胞参数为a=10.620(6) Å,b=10.641(6) Å,c=16.549(12) Å。V=1524.5(16) Å3,Z=2,F(000)=788.0;在298 K下,ZXC-20的实测密度为1.912 g·cm-3,热分解温度为333.76 ℃,理论爆速和理论爆压分别为8070 m·s-1和29.5 GPa,均优于TATB,是一种潜在的含氟耐热炸药。

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    • 球磨法制备高氯酸铵基分子钙钛矿微纳米颗粒及安全性能分析

      2020, 28(3):203-207. DOI: 10.11943/CJEM2019173

      摘要 (1155) HTML (478) PDF 0.00 Byte (1272) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了改善高氯酸铵基分子钙钛矿((H2dabco)[NH4(ClO4)3],DAP)作为含能材料的安全性能,用球磨法制备出微纳米级DAP颗粒材料,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)以及Raman光谱仪分别对其形貌、结构进行表征。采用热重分析-差示扫描量热(TG-DSC)对其热分解性能进行表征,按GJB770B-2005爆炸概率法测试其撞击感度。结果表明,球磨法得到的细化DAP为0.5~10 μm的微纳米级椭球颗粒,球磨后颗粒表面近似光滑,展现了良好的晶型稳定性;细化后DAP热分解峰温度为370.6 ℃,与原料DAP(热分解峰温度385.4 ℃)相比明显降低;与原料DAP(撞击感度为56%)相比,细化后DAP的撞击感度(28%)大幅降低。

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    • >高品质炸药晶体
    • 三维纳米结构FOX-7的构筑与热分解性能

      2020, 28(3):208-214. DOI: 10.11943/CJEM2019081

      摘要 (1023) HTML (910) PDF 0.00 Byte (3971) 评论 (0) 收藏

      摘要:以具有三维纳米网格结构且可降解的聚缩醛胺气凝胶(PHA)作模板,采用蒸发结晶法,原位诱导1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)结晶析出,得到FOX-7/PHA复合物,然后利用硫酸的稀溶液(10%)降解去掉模板,即可得到具有三维纳米结构的FOX-7(nano-FOX-7)。高效液相色谱(HPLC)测定nano-FOX-7的纯度为99%,说明模板基本去除完全。对样品的形貌、物相、结构和热分解性能进行了表征测试。结果表明,去模板后的nano-FOX-7较为完整地保留了模板PHA的三维纳米网络结构,其中FOX-7的平均晶粒尺寸为83.68 nm。与raw-FOX-7相比,特殊的纳米多孔结构使FOX-7的转晶峰和低温分解峰分别延后11.3 ℃和21.3 ℃,放热几乎集中在高温分解峰291.0 ℃处,分解焓从原料的1309 J·g-1增加到1421 J·g-1,表观活化能提高了128.62 kJ·mol-1,增幅达31.46%,能量释放效率和热稳定性大幅提高。

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    • FOX-7在DMF/H2O二元体系中的冷却结晶动力学

      2020, 28(3):215-222. DOI: 10.11943/CJEM2019207

      摘要 (862) HTML (724) PDF 0.00 Byte (3949) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决直接合成所得1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)存在的晶体形貌不规则,粒度分布不均匀等问题,采用激光动态法和间歇动态法分别测定了FOX-7在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)与水(H2O)二元体系(V(DMF)∶V(H2O)=7∶3)中的溶解度和超溶解度及冷却结晶动力学数据,利用最小二乘法拟合得到了晶体成核速率与生长速率方程。结果表明,FOX-7在上述体系中溶解度方程为;在冷却结晶过程中呈粒度无关生长模型;在成核速率与生长速率方程中,过饱和比S的指数分别为0.61与0.45,悬浮密度MT指数的为2.30,搅拌强度ωr的指数为0.22。

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    • 高致密球形RDX基浇注炸药的性能

      2020, 28(3):223-228. DOI: 10.11943/CJEM2019086

      摘要 (1149) HTML (458) PDF 0.00 Byte (1226) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索高致密球形黑索今(H-RDX)与普通黑索今(RDX)对浇注炸药性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)等对两者的晶体形貌、热稳定性及机械感度进行评估;同时以典型浇注配方为例,探讨RDX类别对药浆黏度、药柱密度、爆速和冲击波感度的影响规律。结果表明:H-RDX表面光滑,晶体缺陷少,球形度高;与普通RDX相比,H-RDX的热分解表观活化能Ea和活化焓ΔH分别高10.79 kJ·mol-1和10.81 kJ·mol-1,撞击和摩擦感度分别降低20%和8%;相同配方下药浆黏度降低41%~45%,药柱密度提高0.6%~3.9%,爆速提高1%~3%,冲击波感度降低10%~14%,表现出更优的工艺性能、爆轰性能及安全性能。

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    • >推进与发射
    • FOX-7对NC/TMETN基低敏感无烟改性双基推进剂燃烧性能的影响

      2020, 28(3):229-234. DOI: 10.11943/CJEM2019120

      摘要 (1065) HTML (465) PDF 0.00 Byte (2839) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用燃速-靶线法研究了1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的含量、粒度及不同铅盐/铜盐/炭黑三元复合燃烧催化剂对硝化棉/三羟甲基乙烷三硝酸酯(NC/TMETN)低敏感无烟螺压改性双基推进剂燃烧性能的影响。结果表明, 随着NC/TMETN基推进剂配方中FOX-7含量的增加,燃速先上升后下降,当FOX-7含量为25%时,可将基础配方10 MPa下的燃速由5.87 mm·s-1提高至14.90 mm·s-1, 当FOX-7含量由25%增至30%时,10 MPa下的燃速由14.90 mm·s-1降至12.78 mm·s-1, FOX-7含量由5%增加至30%时,6~16 MPa下的压力指数由0.97降至0.60;用等量细颗粒的FOX-7取代粗颗粒时,可使推进剂10 MPa下的燃速降低1.16 mm·s-1,使推进剂6~14 MPa各压力区间的压力指数增大; B-Pb/ B-Cu/CB催化剂可以将NC/TMETN/FOX-7基改性双基推进剂10 MPa下燃速由未加催化剂时的14.90 mm·s-1提高至18.65 mm·s-1, 6~16 MPa下的压力指数由未加催化剂时的0.63降至0.35。

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    • 三元混合溶剂对高氮含量单基发射药性能的影响

      2020, 28(3):235-241. DOI: 10.11943/CJEM2018312

      摘要 (751) HTML (557) PDF 0.00 Byte (2693) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高高氮含量单基发射药硝化棉/二硝基甲苯/二苯胺(NC/DNT/DPA)的力学性能,在醇酮溶剂中外加3%的辅助溶剂(二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、环己酮、环己烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯)形成三元混合溶剂,对高氮量硝化棉进行塑化成型,获得相应的单基发射药。通过扫描电镜观察单基发射药样品的微观结构,采用万能材料试验机、简支梁式抗冲击试验机测试了单基发射药的力学性能,通过密闭爆发器实验研究了辅助溶剂对单基发射药能量及燃烧性能的影响。结果表明:当有辅助溶剂加入时,高氮量单基药的力学性能提高,其中添加3%乙酸丁酯的试样在低温(-40 ℃)、常温(20 ℃)和高温(50 ℃)下试样的抗压强度分别提高了15.7%、4.3%和17.7%,抗冲击强度分别提高了29.9%、96.9%和170.0%;辅助溶剂的加入,对单基发射药的燃烧影响较小;与基础单基发射药相比,三元混合溶剂制备的单基发射药火药力均有小幅下降。

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    • 堵孔钝感高能叠氮硝胺发射药的性能

      2020, 28(3):242-247. DOI: 10.11943/CJEM2019193

      摘要 (890) HTML (494) PDF 0.00 Byte (2755) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决高能叠氮硝胺发射药燃烧渐增性欠佳及低温感效果较差的问题,采用高分子复合材料堵孔和含能复合材料钝感的两步法工艺,制备了3种内孔被高分子复合材料形成的“塞子”封堵、表面被钝感的钝感高能叠氮硝胺发射药(本研究称之为堵孔钝感发射药)。采用爆热和密闭爆发器试验,研究了堵孔钝感发射药的能量性能及静态燃烧性能。结果表明,与空白药相比,随着堵孔材料及钝感材料含量的增加,3种堵孔钝感发射药WCBF-1/18、WCBF-2/18和WCBF-3/18的爆热分别下降2.6%、3.6%和4.3%,燃烧渐增性增强且燃烧渐增性因子Pr值由0.471分别提高到0.552、0.563和0.576。3种堵孔钝感发射药WCBF-1/18、WCBF-2/18和WCBF-3/18的高温相对燃烧活度温度系数的绝对值均值分别为2.87%、1.89%和1.56%,相较于空白药均有所下降,表明堵孔钝感发射药高常温区间内低温感效果好。

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    • >爆炸与毁伤
    • 云爆燃料分散过程窜火机理的数值模拟

      2020, 28(3):248-254. DOI: 10.11943/CJEM2018284

      摘要 (821) HTML (586) PDF 0.00 Byte (1134) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索云爆过程窜火现象的物理机制,以环氧丙烷为云爆装药,基于流体力学理论,使用数值模拟软件Ansys对2 kg云爆装置燃料分散过程进行数值模拟,研究燃料分散过程中云雾在驱动和热载荷下的耦合作用;研究耦合作用下云雾的点火条件。结果表明:中心装药量对于云爆装置的窜火具有明显影响,中心装药起爆后产生高温高压推动燃料分散,由于热传导及热辐射机理,在燃料扩散形成的云雾场中同样存在温度场与压力场,云雾场温度高于燃料自燃点,浓度位于燃料爆炸极限区间内时即发生窜火。对2 kg云爆装置的数值模拟表明,发生窜火的位置一般位于云爆装置顶部0.01~0.25 m附近,窜火时间集中在燃料开始分散后的1~5 ms。

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    • 基于分装结构的CS刺激剂爆炸分散过程研究

      2020, 28(3):255-260. DOI: 10.11943/CJEM2019199

      摘要 (804) HTML (621) PDF 0.00 Byte (2275) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探明分装结构爆炸分散刺激剂形成气溶胶云团的过程,设计了具有分装装药结构的原理样弹,采用原理样弹分静态条件下地面爆炸和空中爆炸两种方式,应用高速摄影技术研究了爆炸分散邻氯代苯亚甲基丙二腈(CS)刺激剂过程中气溶胶云团的形成、运动规律,得到刺激剂气溶胶云团直径、径向速度和扩散高度随时间的变化规律,呈现出地爆与空爆分散试验结果的差异。通过对爆炸驱动刺激剂气溶胶云团运动过程的理论分析,建立了与试验结果相吻合的速度数学模型。试验结果表明,在地爆和空爆两种方式下,分装结构爆炸分散CS刺激剂过程总体规律基本一致,均可分为径向加速阶段、减速阶段、湍流阶段和扩散阶段,前两个阶段末期的云团参数可为预测爆炸型催泪弹有效作用面积及评估威力幅员提供初始条件;地爆在0.7 ms左右速度达到最大值1495 m·s-1,空爆在0.3 ms左右达到最大值1697 m·s-1,相比空中爆炸,地面爆炸时冲击波对水泥地面发生反射叠加,有利于流场和颗粒本身径向运动的扩散,地面爆炸分散云团直径较大,轴向扩散高度较小。

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    • 舱内设备对爆载荷毁伤效应影响的对比分析

      2020, 28(3):261-267. DOI: 10.11943/CJEM2019094

      摘要 (948) HTML (537) PDF 0.00 Byte (4510) 评论 (0) 收藏

      摘要:舰艇舱室内常按其功能要求安装布置有不同的设备,目前舱室内爆毁伤相关研究主要关注毁伤元对无设备舱室结构的毁伤,而很少考虑舱室内设备对于毁伤效应的影响。基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了带加强筋舱室模型,分别分析了没有安装设备、安装一台设备和对称安装两台设备等三种工况的舰艇舱室,在受战斗部装药内部爆炸载荷作用时舱室结构和设备机柜等效物的毁伤情况,对比分析了设备对毁伤效应的影响。通过对比分析三种工况下毁伤过程、测点压力变化及舱壁飞散速度的结果表明,爆炸发生后,受设备遮挡作用,不同数量的设备将对舱室内部流场分布及角隅部位冲击波的汇聚产生影响,降低了舱室内的最大超压值、改变了最大超压出现的位置,使舱室结构的破坏过程发生变化。

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    • 超重力强化非均相催化臭氧矿化苯酚废水的响应面分析与优化

      2020, 28(3):268-276. DOI: 10.11943/CJEM2019124

      摘要 (774) HTML (1151) PDF 0.00 Byte (2323) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究超重力强化非均相催化臭氧矿化苯酚废水最优工艺条件和各影响因素之间存在的交互关系,采用响应面法(RSM)进行实验优化。根据Box-Behnken Design(BBD)中心组合设计原理,设计四因素三水平实验,考察超重力因子(β)、初始pH值,液体流量(QL),臭氧浓度(CO3)对矿化苯酚废水的影响,构建该工艺的数学模型及确定优化后的工艺参数。结果表明,β与初始pH值存在极显著的交互关系,βQL存在显著的交互关系。最优的工艺参数条件:β为60,初始pH值为5.47,CO3为60 mg·L-1QL为90 L·h-1,预测值为91.54%,比实测值高0.97%(<2%),由此可知,二次数学模型对超重力强化非均相催化臭氧矿化苯酚废水的工艺条件的优化及苯酚的矿化率的预测具有良好的可靠性。此外,超重力技术与非均相催化臭氧氧化技术相耦合有助于液相中的臭氧快速分解产生更多的羟基自由基(·OH)与有机物反应,因此,超重力强化非均相催化臭氧矿化苯酚废水遵循·OH机理,30 min可对苯酚废水实现较为彻底的矿化。

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