胡李劲草 , 曾志伟 , 魏湘帅 , 喻儒靖 , 黄伟 , 汤永兴
2023, 31(1):1-7. DOI: 10.11943/CJEM2022176
摘要:以多氨基稠环化合物4,7-二氨基哒嗪并[4,5-c]氧化呋咱(
王腾 , 周鑫 , 郝世龙 , 张树海 , 苟瑞君 , 李洪珍
2023, 31(1):8-17. DOI: 10.11943/CJEM2022134
摘要:针对常规炸药结晶方法(蒸发、溶析及降温等)过饱和度均一性调控难、溶剂回收率低等问题,设计了基于压力驱动、错流过滤的有机溶剂纳滤(OSN)膜结晶装置,并用于奥克托今(HMX)的膜结晶工艺研究。探讨了关键工艺参量(温度、压力)对其结晶形态和粒度的影响,与蒸发结晶进行了晶体形貌、结构的对比。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)等方法表征了2种方法重结晶后的HMX晶体。进一步考察了纳滤膜的长期操作稳定性,并将渗透回收的溶剂进行了再次膜结晶。结果表明,通过对温度与压力的优化控制,膜结晶工艺能够获得粒度分布窄(变异系数<46%)、晶体密度高(ρavg=1.8997~1.9004 g·cm-3)及热稳定性优异的β-HMX。相较蒸发结晶,膜结晶过程中的过饱和度调控更易操作,制备的晶体形态更加均一;纳滤膜多次重复使用后,对溶剂中HMX分子的截留率仍能保持在92%以上,表现出良好的渗透选择稳定性;采用渗透回收的溶剂进行膜结晶仍能获得中值直径为34.92 μm、变异系数为37.22%的β型HMX晶体,表明该技术能够实现对结晶溶剂的高效回收再利用。
2023, 31(1):18-25. DOI: 10.11943/CJEM2022169
摘要:为探究介孔碳纳米球(MCS)对氧化剂环三亚甲基三硝铵(RDX)热分解性能的影响,通过双模板法制备出粒径约350 nm的MCS,利用主客体化学技术将RDX晶体引入MCS孔内及表面,得到MCS/RDX复合物。采用扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)对MCS和MCS/RDX复合物的形貌和结构进行表征;通过傅里叶红外变换光谱(FTIR)研究了MCS与RDX之间的界面相互作用;利用差示扫描量热-热重分析(DSC-TG)研究MCS/RDX复合物的热行为,相比纯RDX,MCS/RDX复合物的分解温度降低13 ℃,放热量增加,表观活化能从234.87 kJ·mol-1降低到126.48 kJ·mol-1。采用落锤撞击感度仪和静电火花装置测试所得材料感度。与纯RDX相比,MCS/RDX复合物的撞击感度和静电火花感度明显降低。这些结果表明,MCS对RDX的热分解具有较好的催化性能,并能降低RDX的感度。
孙宝亮 , 黄文尧 , 汪泉 , 潮捷 , 檀鑫 , 牛草原 , 胡洁
2023, 31(1):26-34. DOI: 10.11943/CJEM2022092
摘要:以粒径为200~300 μm的硅藻土颗粒作为乳化基质的载体来制备低爆速乳化炸药。对硅藻土的微观性能进行表征,分析硅藻土质量分数对炸药的粒径和爆轰机理的影响,测量炸药的密度、爆速、空中爆炸冲击波压力,并进行了硅藻土与乳化基质的相容性测试。结果表明,当硅藻土质量分数由15%增加至35%时,炸药粒径与硅藻土含量呈现负相关,炸药的密度由0.79 g·cm-3降至0.51 g·cm-3,爆速由2561 m·s-1降至1655 m·s-1,空中爆炸冲击波压力峰值由0.061 MPa降至0.023 MPa;硅藻土的加入对乳化基质的热安定性没有影响,并且硅藻土和乳化基质在常温与加热条件下均不会相互反应,储存期2 d和120 d的炸药,其爆速和空中爆炸冲击波压力峰值降幅均小于5%,说明硅藻土与乳化基质有良好的相容性。
2023, 31(1):35-40. DOI: 10.11943/CJEM2021198
摘要:采用嵌合组装的方式制备了含15%硼和15%金属氢化物MgH2的铝基贮氢复合燃烧剂Q3,Q3粉体为类球形,具有较高的理论热值34.8 MJ·kg-1。在空气气氛下采用热重分析方法测试了球铝与Q3粉体的氧化性能,结果表明,Q3起始氧化温度为430 ℃,比球铝降低了约100 ℃;1000 ℃时,Q3氧化增重量60%,明显优于铝粉的增重量(23%),显示Q3具有点火性能较好和完全氧化程度较高的特点。对金属粉含量为35%的RDX基炸药开展水下爆炸试验测试,铝基贮氢复合燃烧剂Q3等质量替代铝粉,同比含铝炸药水下爆炸比冲击波能降低3.0%,比气泡能提高9.5%,爆炸总能量提高7.6%。铝基贮氢复合燃烧剂Q3中金属氢化物和铝组分有利于提高硼组分的释能效率和释能速率,提高了炸药水下爆炸总能量。
张蒙蒙 , 王红星 , 崔学谨 , 李秉擘 , 方学谦 , 罗一鸣
2023, 31(1):41-47. DOI: 10.11943/CJEM2021264
摘要:为了研究聚烃、聚酯、聚氨酯、聚醚各类聚合物对2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)及其混合炸药力学性能的影响规律,采用X射线无损检测法研究了微晶蜡(WAX)、聚异丁烯(PIB)、聚丁二酸丁二醇(PBS)、聚己二酸己二胺(PA)、聚3,3,-二(硝酸酯基甲基)氧丁环(PBNMO)与DNAN的物理互熔性;通过显微镜观测含聚合物试样的凝固过程,分析了试样在凝固过程中的结晶特征,计算了样品的凝固线速率;在优选的聚合物基础上,采用材料试验机研究了聚合物含量对DNAN及混合炸药力学强度影响规律;分析了聚合物对DNAN及DNAN基混合炸药力学性强化机理。结果表明,与DNAN分子具有氢键或π键作用的PBS、PA、PBNMO可与DNAN试样良好互熔;可熔聚合物的加入使DNAN结晶固液界面平滑,凝固线速率降低54%以上,其中PBNMO对DNAN结晶形貌及凝固线速率改善最为明显;PBNMO可显著提高DNAN及其混合炸药试样的力学性能,添加2%PBNMO可使混合炸药抗拉强度、抗剪强度提高100%以上;机理研究表明,可熔聚合物通过改善试样微观凝固形貌,形成“钢筋混凝土”结构,达到减少材料内部缺陷、提高裂纹生长阻力的效果进而增强DNAN基混合炸药力学性能。
2023, 31(1):48-60. DOI: 10.11943/CJEM2022231
摘要:为探索炸药环境对纳米铝颗粒(ANP)氧化燃烧的影响,采用分子动力学模拟方法,研究了程序升温加热、恒温加热及绝热加热下ANP在硝化甘油(NG)、黑索今(RDX)和三氨基三硝基苯(TATB)环境中的氧化燃烧机理。结果表明,NG、RDX和TATB对ANP的氧化性依次减弱,对燃烧的微观机制产生了不同的影响。在氧化形貌上,随着炸药环境氧化性的减弱,ANP在急速升温下发生崩裂的程度减弱,氧化速度变慢,最终形成的Al团簇中Al原子的主要配位数从NG环境中的7配位下降为TATB环境中的6配位。并且在TATB环境中,ANP上解离的Al原子在环境中形成了原子数约为100的大团簇结构,这也抑制了ANP的氧化进程。在团簇数量上,程序升温加热下不同炸药环境间的差异较小。而在恒温加热和绝热加热下,随着炸药环境氧化性的减弱,ANP崩裂后形成的Al团簇数量减少,并且由于小Al团簇在氧化性弱的环境中不易团聚,此后Al团簇数量会在短时间内持续增加。在化学反应特性上,NG环境中的ANP主要与炸药分解的含氧产物反应,导致形成的Al团簇氧化更加完全。而在RDX和TATB环境中,ANP还能与N2、CN等不含氧产物发生大量反应,导致形成的Al团簇中包含较多的C、H、N原子,Al团簇的氧化并不完全。
2023, 31(1):61-69. DOI: 10.11943/CJEM2022163
摘要:为确定高分子聚合物钝感剂和3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱 (DNTF)的相容性,采用分子动力学(MD)模拟方法,分别构建了DNTF与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氟橡胶(F2603)、顺丁橡胶(BR)和聚偏二氟乙烯(PVDF)混合的熔铸炸药模型,在COMPASS力场下,从径向分布函数、溶度参数和Flory-Huggins相互作用参数3方面研究了DNTF与上述4种高分子聚合物钝感剂的相容性,揭示了共混物分子间相互作用力本质。采用真空安定性实验法对4种共混物体系的相容性进行了实验验证。结果表明:共混物中同组分的分子间径向分布函数值比两组分的分子间值低,体系溶度参数均小于3 J1/2·cm-3/2,体系的相互作用参数值小于临界作用参数值,体系放气量均小于0.6 mL,说明DNTF与PMMA、F2603、BR和PVDF均相容,且数值模拟结果与实验结果相吻合。
2023, 31(1):70-82. DOI: 10.11943/CJEM2022198
摘要:模块装药是目前大口径加榴炮主要的装药结构之一。为了更加精确地研究单模块装药膛内燃烧的内弹道特性,分析膛内燃气流动及压力波变化规律,设计了模块装药燃烧模拟试验平台,并进行了单模块装药的膛内燃烧试验。根据模块装药的特点,分区域建立了模块装药轴对称二维两相流内弹道模型。基于高阶精度MUSCL(Monotonic Upstream-centered Scheme for Conservation Laws)格式,数值模拟了单模块装药药室内部点传火过程。结果表明,计算结果与试验结果吻合较好,不同测试点的压力曲线的计算峰值误差均低于4%,表明所建立数学模型和使用的计算方法能够较好地描述单模块装药药室内部燃烧过程。结果还发现,在t=5.0 ms前,由于模块未破裂,药盒端盖的阻隔导致主装药燃气无法及时向药室扩散,仅传火管燃气对膛内流场造成微弱的影响,这一时期药室内部压力最大值比传火管右端未破膜前仅上升约4.3%;当模块破裂后,模块与药室边界处存在3.05 MPa的压力梯度,使得火药燃气及固相颗粒沿轴向快速向药室自由空间流动,在弹丸底部区域形成较强反射压力波;随着时间的推移,压力波反复震荡,并逐渐减弱。
2023, 31(1):83-91. DOI: 10.11943/CJEM2022126
摘要:为研究圆锥形药型罩的锥角、锥径、壁厚3个参数对聚能射流效果的影响程度并优化药型罩结构,设计三因素四水平的正交试验,采用ABAQUS软件对聚能射流破甲进行仿真模拟,利用赋权灰色关联法分析射流破甲正交试验结果,得到药型罩的锥角、锥径、壁厚与射流破甲效果的关联度。结果表明:锥角对聚能射流破甲效果影响最大,锥径、壁厚的影响次之。最佳聚能射流破甲效果的药型罩参数组合为:圆锥角61.2°、圆锥半径18 mm、壁厚1.05 mm。最佳参数组合下,聚能金属射流最大速度为5855 m∙s-1,侵彻靶板深度为59.43 mm,侵彻靶板开口直径为8.24 mm。研究结果可为聚能射流的侵彻应用提供相关理论指导。
2023, 31(1):92-106. DOI: 10.11943/CJEM2022008
摘要:本文综述了自20世纪60年代以来构建1,2,3-三唑类含能材料的4种主要方式以及相应的研究进展,包括:1)基于1-氨基-1,2,3-三唑构建的含能化合物;2)基于二氰基1,2,3-三唑构建的含能化合物;3)叠氮参与环合反应制备1,2,3-三唑类含能化合物;4)1,2,3-三唑参与构建的稠环类含能化合物。通过对具有代表性的1,2,3-三唑含能化合物的分子结构以及相应的理化特性进行分析,深层次地理解含能材料的结构对其能量水平以及稳定性的影响。同时,对性能突出的1,2,3-三唑含能化合物的潜在应用价值进行了展望,为设计和开发下一代高能量密度材料提供参考。
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