CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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热分解、安全性能与评价

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    • 基于数字体图像相关法的TATB基PBX材料内部变形测量

      2022, 30(12):1272-1281. DOI: 10.11943/CJEM2021267

      摘要 (276) HTML (175) PDF 2.41 M (2538) 评论 (0) 收藏

      摘要:研究采用μ-CT对单轴压缩过程中的三氨基三硝基苯(TATB)基高聚物黏结炸药(Polymer Bonded Explosives, PBX)试件进行了原位扫描,获得了不同载荷下试件的三维数字体图像;采用基于反向组合高斯-牛顿配准算法(Inverse Compositional Gauss-Newton, IC-GN)的局部数字体图像(Digital Volume Correlation, DVC)方法分析了试件加载前后的2组数字体图像,获得了试件内部具有亚体素精度的三维位移场和应变场;基于获得的应变场根据胡克定律弹性本构关系,重建试件内部的三维应力场。研究结果表明,基于μ-CT和DVC结合的内部变形测量技术能够直观地揭示试件内部应变局部化区域的产生,并识别亚体素微裂纹在样品中的位置。

    • 加载速率和加载位置对炸药缝隙扩展过程影响的数值模拟

      2022, 30(12):1259-1265. DOI: 10.11943/CJEM2021219

      摘要 (154) HTML (107) PDF 1.72 M (3339) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究弱载荷作用下炸药起裂、裂缝扩展过程,分析加载条件对缝隙扩展的影响规律,研究基于钝感炸药的三点弯曲试验,采用考虑了材料的拉压异性、应变率效应,以及损伤失效的本构模型,开展了炸药起裂和裂缝演化过程的数值模拟研究,拟合了主要的计算参数,计算结果与试验数据符合较好,校验了计算模型及其适用性;数值模拟获得了炸药样品中裂缝产生和扩展过程的典型特征图像,分析了加载速率和加载位置对炸药裂缝扩展演化规律的影响。研究表明,初始裂缝尺寸越大,起裂越早;随着加载速率增大,起裂荷载也增大,反映了炸药样品的应变率效应;加载位置偏离初始裂缝位置时,对于不同加载速率情况,样品中的裂缝扩展演化路径差异很大,存在4种破坏模式。

    • 典型高聚物黏结炸药在不同温度下的脆韧转换机制

      2022, 30(12):1282-1292. DOI: 10.11943/CJEM2022118

      摘要 (266) HTML (153) PDF 2.58 M (2694) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究典型高聚物黏结炸药(PBX)在温度影响下剪切带和脆韧转换行为的关系,结合DIC数字图像技术,测试PBX在323~363 K下的剪切带参数,对剪切带演变规律与破坏模式进行深入分析。基于裂纹滑移理论模型,分析温度效应下PBX的脆韧转换机制,得到翼裂纹失稳扩展和塑性滑移区的判定条件。结果表明:在323~363 K下,PBX的剪切带宽度变化取决于剪胀和剪缩的竞争机制,其主要机制有4类:Ⅰ:剪胀与剪缩达到平衡;Ⅱ:剪缩占优;Ⅲ:剪胀占优;Ⅳ:剪胀间歇性占优。结合Griffith能量释放原理,发现试件的剪切强度、粘聚力、断裂韧度是脆韧转换的控制因素,并以此为基础,进一步获得了PBX脆韧转换的判定依据:当满足翼裂纹失稳的条件时,宏观破坏模式趋于劈裂破坏;当满足塑性滑移区的临界生成条件时,多个滑移区相互连接形成塑性滑移面,宏观破坏模式以剪切裂纹滑移的韧性断裂为主导。

    • 枪弹底火瞬态火焰温度测试及其图像

      2022, 30(12):1266-1271. DOI: 10.11943/CJEM2022120

      摘要 (200) HTML (176) PDF 1.76 M (5675) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了评估某类枪弹底火的输出特性,针对底火输出火焰温度难以测量的特点,提出了在开放式爆发器内进行枪弹底火击发实验,并利用高速中波红外热像仪捕获底火击发全过程。利用落锤仪赋予枪弹底火相应的初始击发能量,同时触发红外热像仪采集火焰信息。对常温(25 ℃)、高温(50 ℃)、低温(-49 ℃)3种工况的枪弹底火实验数据和红外图像进行处理,结果表明:此类枪弹底火的输出火焰温度最高可达1204 ℃,火焰持续时间为3~4 ms;火焰随时间的变化过程可分为击发、扩散、成型、消散4个阶段,成型火焰的焰头和焰尾为高温区域。结合公式计算和软件校正,实验测量误差不超过6.6%,证明了该方法的可靠性,为评估枪弹底火的输出能量特性提供了新思路。

    • 金属-炸药界面脱粘缺陷的多次超声脉冲反射检测及成像

      2022, 30(9):952-958. DOI: 10.11943/CJEM2021035

      摘要 (166) HTML (146) PDF 2.33 M (5346) 评论 (0) 收藏

      摘要:金属-炸药粘接界面的结构完整性评价具有重要意义和工程应用价值。为实现金属-炸药界面脱粘缺陷的高灵敏度检测,研究了基于多次超声脉冲反射的检测和成像方法,计算分析了铝、虫胶、黑索今(RDX)炸药3种介质的声阻抗以及粘接界面的超声反射特性,进一步针对不同胶层厚度和人工预制脱粘缺陷试件提取和分析了3次回波信号,讨论了不同胶层厚度对脉冲多次回波幅值的影响规律。实验结果表明,铝-胶界面、铝-水界面的反射波幅值差异明显,一次与多次回波均能有效区分有无胶层的区域,铝-胶界面引起的声衰减在多次回波中持续累加。随着胶层厚度增加,铝-胶和铝-水界面的声衰减特性差异在超声多次回波中体现的累加效应逐渐减弱。人工预制缺陷检测实验结果表明,多次超声脉冲反射法可以检出最小圆形Φ1.5 mm和矩形1 mm宽的脱粘缺陷。

    • 基于X射线显微CT的PBX热冲击损伤特征

      2022, 30(9):959-965. DOI: 10.11943/CJEM2021247

      摘要 (176) HTML (132) PDF 2.07 M (3846) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究小尺寸高聚物黏结炸药(polymer bonded explosive,PBX)半球的热冲击损伤特征,针对Φ10 mm TATB基和HNS基PBX半球样品开展了0~100 ℃水浴温度冲击实验,利用X射线显微层析成像(Micro-computed tomography,μCT)技术研究了样品损伤的三维形态和分布特征,并采用热弹塑性二维轴对称模型对样品温度冲击过程的热传导和热应力进行了模拟分析。CT结果表明温度冲击后2种样品均由边角起裂,其中TATB基PBX半球沿边部环向扩展,形态曲折,具有撕裂和脆断特征;HNS基PBX半球沿轴向基本贯穿,形态平直,具有脆断特征。数字模拟结果表明温度冲击过程中TATB基PBX半球内部产生较强的拉应力,由边角区域至中心区域拉应力先后超过其拉伸强度,导致主裂纹由半球边角区域萌生并向内扩展。样品损伤形态与温度冲击作用下的应力分布特征、黏结剂温度特性吻合。本研究为TATB基和HNS基PBX温度冲击损伤机理分析奠定了基础。

    • 时间-温度-应力等效原理在TATB基PBX拉伸蠕变中的适用性分析

      2022, 30(9):971-977. DOI: 10.11943/CJEM2022039

      摘要 (156) HTML (102) PDF 1.01 M (2521) 评论 (0) 收藏

      摘要:为验证时间-温度-应力原理在TATB基PBX拉伸蠕变中的适用性,实现长期拉伸蠕变变形评估计算,开展了某TATB基PBX恒应力不同温度的常规拉伸蠕变实验和恒温度梯级拉伸蠕变实验,采用陈氏法对梯级加载蠕变曲线进行分解处理,得到恒温度不同应力的拉伸蠕变曲线,基于非线性粘弹性材料的时间-温度-应力等效原理,采用二分法计算程序对各蠕变柔量曲线进行了平移汇集,获得了参考温度和应力(30 ℃、3.0 MPa)下的温度应力耦合蠕变柔量主曲线和考虑温度和应力的Williams-Landel-Ferry方程参数。结果表明在所分析的温度范围(30~50 ℃)和应力范围内(1.0~5.5 MPa),TATB基PBX的拉伸蠕变行为较好地符合时间-温度-应力等效原理描述,可以利用该原理通过高温度高应力的PBX短期拉伸蠕变实验预测其低温低应力的长期拉伸蠕变变形。

    • 酸性和有机溶液对α-AlH3稳定改性的研究

      2022, 30(8):779-786. DOI: 10.11943/CJEM2021142

      摘要 (213) HTML (176) PDF 1.80 M (6042) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高α-AlH3的稳定性,采用酸性和有机溶液对其进行了处理,通过结构表征、稳定性测试和机械感度测试对比研究了处理前后的样品,探讨了改性对α-AlH3释氢性能的影响及改性机理。结果表明,改性方法有效且对样品释氢性能影响微弱,改性后的α-AlH3的释氢损失量不超过1%,起始释氢温度和释氢峰值温度变化不超过±3 ℃,最大释氢速率变化不超过20%,其中,氢溴酸处理增强α-AlH3贮存稳定性的效果最好,样品贮存期间释氢量由0.87%降至0.02%。酸性和有机溶液处理能够使样品表面的杂质和缺陷减少,酸性溶液处理的α-AlH3表面形成了无定形氧化铝或氢氧化铝,增强了α-AlH3的稳定性。相较于有机溶液,酸性溶液在实际应用中更适于作为改性剂。

    • 丁羟四组元推进剂的宽温围压单向拉伸力学行为

      2022, 30(8):793-803. DOI: 10.11943/CJEM2022032

      摘要 (199) HTML (235) PDF 3.97 M (6767) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究丁羟四组元推进剂在宽温围压条件下的单向拉伸力学性能,采用宽温-围压气体试验系统研究了不同温度(-50 ℃、20 ℃和70 ℃)、不同围压(0.1 MPa、2 MPa与8 MPa)与不同拉伸速率(100 mm·min-1、1000 mm·min-1和4200 mm·min-1)下推进剂力学性能的变化规律。采用SEM扫描电镜与微米CT相结合的手段从细观层面分析宏观力学性能发展的内在细观原因,以此揭示外载荷对高固含量推进剂力学性能的影响机制。研究表明,常温与高温条件下,推进剂的损伤以“脱湿”为主;低温常压下则主要为“脱湿”和颗粒的韧断,当围压增大时会向颗粒的脆断转变,但延伸率随围压的增大仍然增大,分析认为主要是围压抑制了孔洞的产生和损伤的演化;在高围压不同拉伸速率下,常温和高温下推进剂表现出来的力学性能较为接近,这是因为高温会使粘合剂基体与固体填料之间的相互作用减弱,推进剂出现更严重的脱湿,而高围压则会抑制“脱湿”而减弱温度的影响;采用时压等效叠加原理(TPSP)进行最大抗拉强度主曲线拟合分析时,在低温-50 ℃条件下,时间-压强压位移因子与对应围压之间的关系并不符合标准形式,对于高固含量的推进剂而言TPSP叠加原理具有一定的使用局限性。

    • Mg(BH42对典型硝胺炸药热分解性能的影响

      2022, 30(8):771-778. DOI: 10.11943/CJEM2022148

      摘要 (203) HTML (211) PDF 1.39 M (4078) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索硼氢化镁(Mg(BH42)对硝胺炸药热稳定性的影响,采用差示扫描量热法(DSC)研究了Mg(BH42/黑索今(RDX)、Mg(BH42/奥克托金(HMX)和Mg(BH42/六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)3种混合硝胺炸药的热分解性能,并采用同步热分析-红外连用技术(TG-FTIR)分析了3种混合物的热分解气相产物。结果表明:Mg(BH42对3种硝铵炸药的热分解和表观活化能产生了不同的影响,RDX和CL-20分解放热量分别增加了14.7%和32.1%,HMX的分解放热量减少了45.8%;RDX的表观活化能降低了15.8 kJ·mol-1,HMX和CL-20的表观活化能分别提高了19.7 kJ·mol-1和11.5 kJ·mol-1。Mg(BH42没有改变3种硝胺炸药的热分解气相产物,其主要产物均为NO2和N2O;Mg(BH42使HMX、RDX热分解产物和含量变化不大,使CL-20出现了明显的水峰,NO2与N2O的浓度比值降低了89.2%;表明Mg(BH42对RDX和CL-20的热分解有促进作用,对HMX热分解有抑制作用。

    • 金属有机配合物Mg(Salen)和Pb(Salen)对 HMX的催化分解作用和机理

      2022, 30(7):710-718. DOI: 10.11943/CJEM2022060

      摘要 (205) HTML (184) PDF 1.45 M (5304) 评论 (0) 收藏

      摘要:开发新型燃烧催化剂对提高推进剂燃烧性能至关重要。成功合成了2种席夫碱金属有机配合物Mg(Salen)和Pb(Salen),并采用X射线粉末衍射、红外光谱以及扫描电镜对其形貌与结构进行了表征。通过探索其热分解行为以及分解反应动力学函数模型考察了其对HMX热分解行为的影响与分解机理。结果表明,Mg(Salen)和Pb(Salen)的加入显著促进了HMX的热分解行为,但未改变其分解机理。相比于HMX,HMX/Mg(Salen)和HMX/Pb(Salen) 的分解峰温分别降低了3.0 ℃和34.0 ℃,表观活化能分别降低了7.7 kJ·mol-1和34.4 kJ·mol-1。通过建立分解反应动力学函数模型,初步揭示了Mg(Salen)和Pb(Salen)对HMX的催化分解机理。

    • CoFe2O4/g-C3N4对HMX和TKX-50的催化分解特性

      2022, 30(7):703-709. DOI: 10.11943/CJEM2022062

      摘要 (186) HTML (173) PDF 2.29 M (4574) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了防止铁酸钴(CoFe2O4)纳米颗粒团聚,提高其对奥克托今(HMX)和哈托(TKX-50)的催化分解性能,采用类石墨氮化碳(g-C3N4)作为CoFe2O4纳米颗粒的分散剂载体,通过溶剂热法原位生长制备了CoFe2O4/g-C3N4二元纳米复合材料,并利用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪以及差示扫描量热仪等研究了其组成、结构形貌及催化分解性能。结果表明,CoFe2O4/g-C3N4复合材料形貌均匀密实,使HMX和TKX-50的热分解峰温分别降低了7.0 ℃和41.3 ℃,表观活化能分别降低了341.1 kJ·mol-1和21.0 kJ·mol-1,同时增大了其放热量。残渣分析结果发现HMX几乎完全被催化分解,而TKX-50催化分解不彻底,其残渣和CoFe2O4/g-C3N4形成了微米级块状混合物。

    • DAAzF对DAAF热性能的影响

      2022, 30(7):694-702. DOI: 10.11943/CJEM2022022

      摘要 (240) HTML (171) PDF 1.75 M (4485) 评论 (0) 收藏

      摘要:3,3′-二硝基-4,4′-偶氮呋咱(DAAzF)是3,3′-二氨基-4,4′-氧化偶氮呋咱(DAAF)合成过程的主要杂质之一。目前尚不清楚DAAzF作为杂质对DAAF热性能的影响。为此,本研究使用了基于共溶解-共析出策略的杂质掺杂方法,将0.5%~10% DAAzF均匀掺杂于DAAF中,得到DAAF@DAAzF炸药,并采用同步热分析技术研究了DAAzF对DAAF@DAAzF炸药热性能的影响。结果表明,DAAzF明显降低了DAAF的熔点,10% DAAzF会导致DAAF的熔点从246.4 ℃下降至239.3 ℃。当存在5%的DAAzF时,DAAzF还会与DAAF形成低共熔物。DAAzF的存在会降低DAAF@DAAzF炸药初始热分解过程的活化能和指前因子。总之,DAAzF作为杂质会加速DAAF@DAAzF炸药的热分解,降低其热稳定性。

    • 氘化对TATP结构和热行为的影响

      2022, 30(7):687-693. DOI: 10.11943/CJEM2022047

      摘要 (205) HTML (249) PDF 811.80 K (4924) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究氘化对三过氧化三丙酮(TATP)化学键振动性质以及热分解行为的影响,分别以丙酮和丙酮-d6为原料,过氧化氢为氧化剂,硫酸为催化剂,制备了TATP和氘代三过氧化三丙酮(TATP-d18)。采用核磁共振波谱、傅里叶变换红外光谱和差示扫描量热法对TATP和TATP-d18进行表征,使用Kissinger法、Ozawa法和Friedman法计算得到了TATP和TATP-d18的非等温反应动力学参数。结果表明,TATP-d18分子中各化学键的振动频率相比于TATP表现出不同程度的红移现象,C—H(D)键伸缩振动频率之比(νC—H/νC—D)约为1.36;由Kissinger法、Ozawa法和Friedman法所得TATP-d18的表观活化能(EK=80.54 kJ·mol-1EO=83.56 kJ·mol-1EF=72.27 kJ·mol-1)均高于这3种方法计算得到的TATP的表观活化能(EK=67.91 kJ·mol-1EO=71.01 kJ·mol-1EF=63.79 kJ·mol-1),这表明TATP-d18具有更高的热稳定性;计算所得的TATP与TATP-d18的热爆炸临界温度分别为402.37 K和423.46 K,这也证实了TATP-d18具有更高的热稳定性;计算得到了TATP和TATP-d18的非等温分解过程热力学参数,证明了TATP和TATP-d18不会自发发生热爆炸。

    • DAP-4/TKX-50混合物的热分解机理

      2022, 30(7):673-680. DOI: 10.11943/CJEM2022064

      摘要 (354) HTML (169) PDF 1.96 M (5046) 评论 (0) 收藏

      摘要:为详细探究高氯酸铵基分子钙钛矿型含能材料(H2dabco)(NH4)(ClO43(DAP-4),/5,5"-联四唑-1,1"-二氧二羟铵(TKX-50)混合物的热分解特性(其中H2dabco2+为1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷-1,4-二鎓离子),采用差示扫描量热法-热重/质谱/傅里叶红外光谱联用技术对比分析了DAP-4、DAP-4/TKX-50混合物的热分解特性和气体产物,利用固体原位红外技术对DAP-4、DAP-4/TKX-50混合物凝聚相特征基团随温度的变化进行了研究,最后推测出了DAP-4/TKX-50混合物热分解机理。结果表明,DAP-4与TKX-50混合后,DAP-4对TKX-50的热分解影响较小,TKX-50热分解产生的热量使DAP-4可逆相变吸热峰消失,但几乎不影响其高温下的热分解;DAP-4/TKX-50混合物热质量损失分为2个阶段,第一阶段质量损失为43.4%,第二阶段质量损失为52.4%,分解残渣剩余4.2%;DAP-4热分解产生的气体产物主要有NH3、H2O、HNCO、HCN、CO、HCl和CO2,DAP-4/TKX-50混合物热分解产生的气体产物主要有H2O、NO、N2O、HCl、NH3、N2、HNCO、HCN、CO和CO2。DAP-4/TKX-50混合物的热分解机理为:TKX-50分子内发生氢离子可逆转移,生成羟胺和1,1′-二羟基-5,5′联四唑(BTO);羟胺在高温下再继续分解为小分子气体,BTO分解产生的碎片部分聚合成偶联产物;最后,DAP-4离子键断裂,笼状骨架瞬间坍塌,强还原性和强氧化性气体组分在高温下发生剧烈氧化还原反应,并释放大量热。

    • 新型耐热含能钙钛矿化合物(C6H14N2)[Na(ClO43]的热分解行为

      2022, 30(7):681-686. DOI: 10.11943/CJEM2022052

      摘要 (283) HTML (193) PDF 1.14 M (5271) 评论 (0) 收藏

      摘要:(C6H14N2)[Na(ClO43]是新型含能钙钛矿化合物的典型代表,需明确其热分解行为、热分解机制及感度特性,以推动其在配方中的应用。以差示扫描量热-热重分析方法实现了分解放热量、分解温度等参数的获取;以动力学模拟计算解析了相关分解机理;以同步热分析-红外-质谱联用技术结合原位红外技术探索了(C6H14N2)[Na(ClO43]的分解产物及分解历程;以国军标法获得了热感度、摩擦感度与撞击感度参数。结果表明:在10 ℃·min-1的升温速率下,(C6H14N2)[Na(ClO43]分解放热量为4227 J·g-1,分解温度则达到345 ℃,高于黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)等多数现役含能材料,显示了优异的热稳定性;分解产物研究表明其立方笼状骨架有效稳定了内部结合的有机物分子,使其热稳定性较高。此外,(C6H14N2)[Na(ClO43]在100 ℃下加热48 h的放气量约0.04 mL·g-1,撞击感度与机械感度分别为32%和80%,优于RDX和HMX。

    • 乙炔银-硝酸银的热分解特性

      2022, 30(7):666-672. DOI: 10.11943/CJEM2022078

      摘要 (250) HTML (326) PDF 1.38 M (5466) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了促进光敏炸药乙炔银-硝酸银配合物(Ag2C2·AgNO3)的稳定生产和应用,采用X射线粉末衍射仪、傅里叶红外光谱仪、扫描电镜、差示扫描量热仪和热重-质谱-红外三联用技术等对其结构形貌和热分解特性进行了研究。结果表明,制备的Ag2C2·AgNO3呈纳米球状,粒径在400~500 nm之间;Ag2C2·AgNO3只有1个放热分解过程,10.0 ℃·min-1升温速率下分解峰温为234.9 ℃,分解过程失重率为8.72%,放热量高达1449 J·g-1,分解过程的表观活化能和指前因子分别为108.9 kJ·mol-1和108.94 s-1;Ag2C2·AgNO3的气相分解产物为NO、NO2和CO2

    • 1,3-二氯-2,4,6-三硝基苯纯度的高效液相色谱分析方法

      2022, 30(6):564-570. DOI: 10.11943/CJEM2021272

      摘要 (269) HTML (142) PDF 972.01 K (2156) 评论 (0) 收藏

      摘要:为准确测定1,3-二氯-2,4,6-三硝基苯(DCTNB)产品的纯度,建立了DCTNB及其合成过程中产生的杂质(1,5-二氯-2,4-二硝基苯(DCDNB)、2,3,4-三氯-1,5-二硝基苯(TCDNB))的高效液相色谱分析方法,研究了流动相体系及比例、流速及进样量等色谱条件对DCTNB高效液相色谱分离效果的影响,定量分析采用外标法进行。结果表明,最优的色谱条件为:Hypersil ODS2 色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),紫外检测波长240 nm,流动相为VACN/VWater=55/45,流速1.2 mL·min-1,柱温25 ℃,进样量10 μL。在上述色谱条件下,DCDNB,DCTNB和TCDNB的保留时间分别为9.20,10.50,14.17 min,各紫外吸收峰的分离度均大于3.70,分离效果良好。DCDNB,DCTNB和TCDNB分别在5~250,5~500,5~250 mg·L-1浓度范围内线性关系良好,线性相关系数R2>0.999,检出限分别为0.47,0.68,0.85 mg·L-1,定量限分别为1.58,2.28,2.82 mg·L-1,相对标准偏差为1.01%~1.27%,加标回收率为98.82%~102.13%。

    • 季戊四醇丙烯醛树脂基浇注PBX炸药的老化性能

      2022, 30(6):584-590. DOI: 10.11943/CJEM2021243

      摘要 (190) HTML (167) PDF 1.78 M (2238) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了评估季戊四醇丙烯醛树脂-黑索今(RDX)基浇注高聚物黏结炸药(PBX)炸药的老化性能,参照MIL-STD-1751对试件开展了热加速老化试验。采用红外光谱,超景深显微镜以及扫描电镜等表征方法,研究了老化前后浇注PBX炸药试件的微观结构和老化机理。结果显示,季戊四醇丙烯醛树脂基浇注PBX炸药经65 ℃老化260 d仍表现出较好的质量和尺寸稳定性,变化率均低于0.25%,优于MIL-STD-1751评价标准(<1%);该浇注PBX炸药除颜色变化外,试件表面和断面微细观结构无显著变化,且黑索今(RDX)颗粒和黏结剂界面结合较好,断面以穿晶断裂为主;随老化时间延长,该浇注PBX炸药拉伸和压缩力学性能均显著增强,经65 ℃老化60 d和150 d后压缩破坏强度分别增加了6.42 MPa和13.69 MPa,增幅达8.46%和18.05%,而PBX哑铃经老化90 d和180 d后拉伸破坏强度分别增加了0.78 MPa和1.13 MPa,增幅达6.34%和9.19%;基于原位红外测试方法,分析了力学性能增强的机制,认为季戊四醇丙烯醛树脂老化过程中的后固化行为是引起力学性能增强的主要原因。

    • 高聚物黏结剂对HMX相变行为的影响

      2022, 30(6):550-556. DOI: 10.11943/CJEM2021151

      摘要 (226) HTML (232) PDF 1.65 M (2376) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究高聚物黏结剂对奥克托今(HMX)相变行为的影响,使用压装成型工艺制备了含聚酯型聚氨酯(HMX-Estane)、氟橡胶(HMX-F2314)、硝化纤维素(HMX-F2314-NC)的HMX基高聚物黏结炸药以及纯HMX药柱,利用原位变温X射线广角散射(WAXS)技术和差示扫描量热法,研究了热刺激下样品中HMX的相变行为和机制。WAXS结果表明,HMX-Estane(95∶5)、HMX药柱、HMX-F2314(95∶5)、HMX-F2314-NC(95∶3∶2)的相变起始温度(Ti)分别为186 ℃、188 ℃、192 ℃、198 ℃。相比于HMX药柱,黏结剂中加入少量的NC(2%),Ti可提升10 ℃。真空条件下,4种样品从高温δ相降温至100 ℃保温,只有HMX-Estane发生了δ→β逆相变且在3.5 h内δ相全部转变为β相,而其他样品均未发生相变,仍为δ相。β-HMX在HMX-Estane界面位置的溶解(升温过程)和析出(降温过程)可能是促进HMX-Estane发生βδ相变,及其逆相变的主要因素。

    • 水中偏二甲肼及其转化产物检测方法研究进展

      2022, 30(6):611-621. DOI: 10.11943/CJEM2021154

      摘要 (254) HTML (184) PDF 1.40 M (5748) 评论 (0) 收藏

      摘要:水中偏二甲肼(UDMH)及其转化产物的快速检测对于其污染控制具有重要意义。本文梳理了色谱法(包括气相色谱、高效液相色谱和离子色谱)和非色谱法(包括电化学法、分光光度法、化学发光法)对水中UDMH的检测研究进展,并简要介绍了色谱法在水中UDMH转化产物检测方面的应用研究,指出了不同检测方法在检测浓度范围、样品前处理、抗干扰能力等方面的优缺点,认为色谱前处理装置的高效自动化设计、多种分离和检测技术联用是解决水中UDMH和其转化产物检测难题的未来发展方向。

    • DNTF原位红外热分解动力学及机理

      2022, 30(6):604-610. DOI: 10.11943/CJEM2021128

      摘要 (325) HTML (200) PDF 1.05 M (5320) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了深入研究3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)特征基团的热分解特性,采用差示扫描量热法(DSC)、快速扫描傅里叶变换红外光谱法(FTIR)分析了DNTF的凝聚相热分解特性;利用变温红外原位池技术在2.5,5.0,10.0 ℃·min-1等三种升温速率下研究了DNTF的特征基团随时间(温度)的变化;采用Coats-Redfern法计算得到了DNTF的硝基、呋咱环、氧化呋咱环的热分解动力学参数;基于DNTF的特征基团热分解特性,推测了DNTF的热分解机理。结果表明:DNTF特征基团的热分解受三维扩散机理控制,DNTF分子内的基团反应活性为硝基>氧化呋咱环>呋咱环,随着加热速率提高,各基团的反应活性表现出增大的趋势。推测DNTF热分解过程为C─NO2先断裂,然后连接呋咱环和氧化呋咱环的C─C键断裂,最后氧化呋咱环和呋咱环中N─O键断裂,且氧化呋咱环比呋咱环更快发生分解。

    • DNP热分解机理的ReaxFF模拟

      2022, 30(5):491-501. DOI: 10.11943/CJEM2021190

      摘要 (383) HTML (182) PDF 1.96 M (3730) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究3,4-二硝基吡唑(DNP)的热分解特性及机理,基于ReaxFF力场采用反应分子动力学方法对DNP热分解过程中的主要中间产物、最终产物和化学反应进行了模拟。采用绝热加速量热仪(ARC)对DNP进行热分解测试,收集分解产生的最终气体产物,采用质谱(MS)技术对收集到的气体产物进行鉴定。模拟结果表明,C3HO4N4、C3HO3N4、C3HO2N3、C3HNO2、NO2是DNP热分解过程中的主要中间产物,H2O、CO2、N2是主要的最终产物。实验检测到的主要气体产物为H2O、CO2、N2,还检测到部分H2、O2和NH3。根据模拟结果可知C3HO3N4为最早生成的中间产物,H2O为最早生成的最终产物。C3HO3N4和N2分别为中间产物和最终产物,其含量最大。通过分子动力学模拟得到了DNP热分解过程中的主要化学反应。根据得到产物的生成时间、丰度和主要化学反应,推测出了DNP的热分解机理。

    • 3,5-二甲基-4-羟基苯基五唑的热分解行为

      2022, 30(3):256-261. DOI: 10.11943/CJEM2021189

      摘要 (342) HTML (193) PDF 1023.29 K (2963) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探究3,5-二甲基-4-羟基苯基五唑的热分解行为,采用紫外-可见光吸收光谱结合量子化学计算,对3,5-二甲基-4-羟基苯基五唑(HMPP)随温度升高的热分解过程进行了追踪,并通过差示扫描量热仪测试了HMPP的热稳定性。结果表明:HMPP的初始分解温度为-14 ℃,其在紫外-可见光区域由五唑环所产生的特征吸收峰在284 nm处,3,5-二甲基-4-羟基苯基叠氮(HMPA)上的叠氮基所产生的特征吸收峰在258 nm处;随着温度的升高,整个体系在284 nm处的吸收峰逐渐降低。为了探究HMPP紫外可见光吸收光谱变化的具体原因,采用柱层析的方式分离HMPP的分解产物,利用核磁共振氢谱和X射线单晶衍射的方式对HMPP的分解产物进行了结构表征,确定了HMPP的主要分解产物为2,6-二甲基对苯醌和4-((4-羟基-3,5-二甲基苯基)氨基)-2,6-二甲基环己-2,5-二烯-1-酮;并确定了在HMPP热分解结束后,整个体系的紫外-可见光吸收是由化合物45的紫外-可见光吸收叠加导致。

    • FOX-7合成过程中水解反应的热危险性及反应动力学

      2022, 30(3):250-255. DOI: 10.11943/CJEM2021196

      摘要 (299) HTML (236) PDF 644.41 K (3687) 评论 (0) 收藏

      摘要:利用反应量热仪(RC1),测定了以2-(二硝基亚甲基)-5,5-二硝基-2H-嘧啶-4,6-二酮(TNMPO)为原料,经水解反应制备FOX-7工艺的热流曲线,对水解反应的工艺热危险性进行了分析,采用定温实验,利用n级反应动力学方程对不同温度下的水解反应速率进行了拟合,进而获得了水解反应的表观反应动力学参数。结果显示,20 ℃条件下,TNMPO水解制备FOX-7反应的摩尔生成焓为-46.563 kJ∙mol-1,绝热温升为9.1 K。若水解反应发生失控,反应体系可到达的最高温度(MTSR)为29.1 ℃。对2-(二硝基亚甲基)-5,5-二硝基-2H-嘧啶-4,6-二酮(TNMPO)的反应级数为0.9317,表观活化能Ea为73.2 kJ∙mol-1,指前因子A为5.03×109 s-1

《含能材料》编辑部

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