CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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  • BOM熔铸炸药的制备与性能
    含能材料 | 2021年第9期
  • 3,4-二(3-氰基氧化呋咱基)氧化呋咱合成、晶体结构与性能
    含能材料 | 2021年第8期
  • 一种燃速可调的光控固体推进剂燃烧特性
    含能材料 | 2021年第7期
  • 含能配合物[Cu(MIM)2(AIM)2](DCA)2的合成、结构及对AP热分解的催化
    含能材料 | 2021年第6期
  • 基于Mushroom试验的炸药爆轰反应速率方程参数校验
    含能材料 | 2021年第5期
  • CL-20基爆炸网络装药的UV光辅助直写成型及性能
    含能材料 | 2021年第4期
  • 含能材料感度评估的空间位阻指数算法和程序设计
    含能材料 | 2021年第3期
  • 全含能侵彻战斗部对多层钢介质的毁伤威力表征技术
    含能材料 | 2021年第2期
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  • 开发高性能含能化合物以替代性能不佳的推进剂、起爆药等含能材料,具有深远的意义和影响。随着炸药合成化学的发展,近年来出现了多种炸药合成的新理论和新方法,并不断构建出新的炸药分子。当前炸药合成化学的研究主要包含富氮杂环骨架的构建、多氮(包括全氮)化合物的合成、新型框架结构的设计以及含能基团和离子盐的引入。研究人员围绕这些策略进行了广泛的创新与探索,为炸药合成化学添砖加瓦。
  • 2021年6月24日,由西部科技期刊联盟主办的首届西牛奖颁奖典礼在青海省西宁市举行。《含能材料》与300余家科技期刊共同参与西牛奖评比,荣获首届西牛奖之“精品中文期刊”。 值此之际,《含能材料》对长期以来给予我刊关心和支持的广大读者、作者和专家学者们表示衷心感谢!
  • 爆轰是含能材料释放能量、实现自身价值的最终途径,也是武器系统实现其功能目标的根本,其中涉及的爆轰物理学问题是爆炸力学的一个重要分支,包含爆轰反应的激发、起爆传爆、爆轰波的传播、爆轰产物对介质作用等问题相关的化学与物理内涵、相关的理论模型、爆轰现象及物理参量的实验诊断技术等。该领域的研究和发展对于推动含能材料的设计、开发、性能评估、推广应用等具有重要的指导和支撑作用,乃至会带动相关火工品、武器弹药、战斗部等的设计与研制工作的发展与提升。
  • 高能炸药作为常规毁伤的能源材料一直是武器弹药发展的核心技术领域,CL-20、DNTF等第三代含能材料为基的混合炸药是当前国内外高能炸药发展的前沿。近年来与第三代含能材料应用相关的研究受到高度重视,无论在含能材料合成制备技术,还是在混合炸药组分相互作用及化学反应机理研究,或是在应用性能评估等诸多方面均取得了可喜的研究进展,为第三代含能材料的应用提供了较为坚实的理论与技术基础。
  • 侵彻弹药高效毁伤研究对国防尖端科技和国民经济建设起着巨大的推动作用,提高弹体的侵彻能力,使之能有效地摧毁目标,以及提高防护工程的抗侵彻能力,有效地保护目标,都是军事研究中最为关心的问题。长期以来,与之相关课题被高度重视,在许多方面均取得了一系列进展,其研究成果对武器装备打击能力的提升亦起到至关重要的作用。目前,新型结构与含能材料、先进技术和理论的快速发展,使侵彻弹药高效毁伤领域仍存在很大的发展空间,研究人员也在不断地进行更深入、广泛的探索与创新。
  • 【投稿截止 2021年4月1日】随着炸药合成化学的发展,近年来出现了多种炸药合成的新理论和新方法,在此基础上,新的炸药分子不断被构建出来,为及时、系统地展示炸药合成领域的新理论、新方法以及构建出的新颖、实用炸药分子,《含能材料》特邀南京理工大学程广斌教授担任专题编审,于2020年下半年推出“炸药合成化学”专刊,现向广大学者征集符合该专题方向的原创性研究论文及综述,以加强交流,共同促进我国含能材料发展。
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    • 乔申, 杨宗伟, 李洪珍, 于雁武, 刘玉存, 王建华

      优先出版日期:2021-09-14  DOI: 10.11943/CJEM2021170

      摘要:采用溶剂挥发法制备获得1,3,5-三硝基苯/1,4-二硝基咪唑(TNB/1,4-DNI)共晶炸药,通过单晶X射线衍射表征共晶结构,其晶体属于正交晶系,P212121空间群,晶胞参数:a=6.4068(5) ?, b=10.4569(8) ?, c=20.7164(17) ?, α=β=γ=90°, ρ=1.776 g·cm-3Z=4。采用差示扫描量热法(DSC)分析其热性能,结果表明其熔点为84.4 ℃,明显低于单组份TNB(123.5 ℃)和1,4-DNI(91 ℃)的熔点,且TNB/1,4-DNI共晶炸药经熔融冷却能够重新形成纯共晶炸药。采用经验氮当量法计算得到TNB/1,4-DNI共晶炸药的爆速为7704 m·s-1,爆压为26.08 GPa,明显优于常用熔铸炸药TNT的爆轰性能。因此,TNB/1,4-DNI共晶炸药可作为一种新型熔铸炸药。

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    • 夏滨, 蔡水洲

      优先出版日期:2021-09-07  DOI: 10.11943/CJEM2021148

      摘要:为了获得具有燃烧增压效应的金属合金复合燃料,通过真空悬浮熔炼、超高温气雾化法、机械合金化等方法联用制备了Al/Mo/PMF(氟化石墨)复合粉末。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、热重-差热分析(TG/DTA)等表征手段分析复合粉末的物相、颗粒形貌、热性能,用氧弹量热仪、定容等热燃烧实验测试复合粉末的燃烧焓及增压性能。结果表明,经机械球磨后,PMF在复合粉末颗粒中分布均匀,有助于提高粉末的热反应活性,起始反应温度前移,且由燃烧产生的低沸点AlF3、MoO3等产物造成的额外增压效应较为明显,Al/Mo/PMF 64/16/20复合粉末燃烧产生的额外增压比纯Al粉高4.49%。但随着PMF含量增加,复合粉末的燃烧焓及燃烧完全程度有所降低,Al/Mo/PMF 76/19/5复合粉末的实测燃烧焓为22541.8 J?g-1,而Al/Mo/PMF 64/16/20复合粉末的实测燃烧焓为16788.5 J?g-1。当PMF含量为5%时,既能保证复合粉末的燃烧完全,又能兼顾到气态产物的额外增压,其对应最大压力值为3.430 MPa。同时还研究了Al/Mo/PMF 76/19/5复合粉末的氧化过程及机理。

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    • 吕英迪, 姚冰洁, 郭涛, 唐望, 姜俊, 郑晓东

      优先出版日期:2021-09-01  DOI: 10.11943/CJEM2021081

      摘要:为进一步提高亚微米铝粉的反应活性,采用复合金属丝电爆炸技术制备了Al-Cu复合金属粉,通过罗氏线圈监测了电爆炸过程中的波形图,确定制备工艺参数。采用X射线粉末衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电镜电子能谱成像分析(TEM-MAPPING),X射线电子能谱(XPS)等表征手段完成了对材料结构的分析,Al-Cu复合金属粉主要由CuAl2与Al组成,形貌为光滑球形,平均粒度为150 nm,分析了材料结构的形成机理。分别采用DSC法与铝-水反应法评价了材料的反应活性,DSC测试结果表明Al-Cu复合金属粉初始氧化峰温为550 ℃,与同样条件下制备的铝粉相比降低了50 ℃,反应活性明显提高;初始氧化过程温度跨度由500~650 ℃变为500~600 ℃,初始氧化过程的时间由7.5 min缩短到5 min,放热反应速率提升了33%。铝-水蒸汽反应评价结果表明,Al-Cu复合金属粉和Al粉:的反应完全度分别为0.88和0.73,在反应初始阶段(0~10 min)Al-Cu复合金属粉反应完全度数值达到0.36,是铝粉反应完全度的10倍,与铝粉相比Al-Cu复合金属粉的反应活性与反应完全性大幅提高。

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    • 徐飞扬, 吴星亮, 王旭, 罗一民, 马腾, 刘大斌, 徐森

      优先出版日期:2021-09-15  DOI: 10.11943/CJEM2021103

      摘要:为了评估甲基肼液体推进剂在生产、贮存、运输以及使用过程中的热安全,借助差示扫描量热法(DSC)研究了甲基肼的热分解特性和热安全性,分别计算了甲基肼的动力学、热力学和热安全性参数,并获得了半径为1 m的球形甲基肼液体推进剂在不同超临界环境温度下的热爆炸延滞期,基于等转化率法使用AKTS软件进一步计算得到了甲基肼的绝热诱导期以及自加速分解温度。结果表明:甲基肼的热分解过程只有一个较强的放热峰,采用Kissinger法和Ozawa法计算得到甲基肼的活化能值分别为159.13 kJ·mol-1和158.89 kJ·mol-1,自加速分解温度为451.53 K,热爆炸临界温度为469.55 K,热力学参数活化熵()、活化焓()和吉布斯活化自由能()分别为73.93 J·mol-1,155.32 kJ·mol-1和121.46 kJ·mol-1;使用AKTS软件计算得到8、24 h和168 h绝热诱导期对应的温度分别为429.55,424.05 K和414.95 K;包装质量分别为5,25,50 kg和100 kg时,甲基肼的自加速分解温度依次为415.15,414.15,413.15 K和412.15 K。研究结果为评价甲基肼在生产、储运和使用过程中的热安全性提供了必要的理论基础。

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    • 王建, 刘皓, 赵亚风, 乔晓林, 李兴刚, 赵慧

      优先出版日期:2021-09-13  DOI: 10.11943/CJEM2021102

      摘要:复合固体推进剂含有固体颗粒较多,传统的有限元分析方法难以准确实现复合固体推进剂在双螺杆挤出过程的仿真模拟。离散单元法(DEM)与计算流体力学(CFD)耦合是一种适合复合固体推进剂生产过程仿真的有效方法,但实现难度很大。本文先基于标定的接触模型参数通过DEM实现了以铝粉和高氯酸铵为主要组分的固体推进剂固体颗粒在双螺杆挤出输送过程的模拟,再利用测得液相黏度模型参数通过DEM-CFD耦合计算实现了固体推进剂固体颗粒与液相在双螺杆挤出过程的耦合仿真。结果表明,通过DEM计算得到的固体推进剂固体颗粒在双螺杆中的输送与实验规律相符;对比DEM-CFD耦合仿真与DEM中固体颗粒仿真结果,可见加入了液相的DEM-CFD耦合仿真物料流动性比未添加液相的DEM固体颗粒更好,物料在螺杆输送段的填充率从20%提升到40%,固体颗粒平均输送速度提升150%,螺杆的受力变化不大。

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    • 李建新, 赵婉君, 闫石, 乐威, 马晓航, 刘大志, 焦清介

      优先出版日期:2021-09-03  DOI: 10.11943/CJEM2021197

      摘要:为研究镁(Mg)含量对系列离心雾化铝镁(Al-Mg)合金粉性能的影响,选用不同Al与Mg质量投料比(70∶30、50∶50、30∶70)的离心雾化Al-Mg合金粉(Al-Mg30、Al-Mg50、Al-Mg70),采用粒度分布仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)和热重分析-差示扫描量热法(TG-DSC)对合金粉进行粒度、形貌、物相和动力学研究。同时在71 ℃热氧化作用下,研究不同Mg含量对合金活性的影响。结果表明,3种Al-Mg合金粉粒度分布均匀,形貌规整,具有良好的球形度。Al-Mg30,Al-Mg50合金粉都为枝晶组织,Al-Mg70是由α固溶体和枝状析出相组成;Al-Mg合金粉物相主要是α-Al,β-Al3Mg2γ-Al12Mg17,且随着Mg含量的增加,合金化合物中β-Al3Mg2相逐渐减少,γ-Al12Mg17相逐渐增多,失活率逐渐增高,且所有Al-Mg合金粉失活率在48 h以后基本保持不变。TG-DSC结果表明,随着Mg含量的增加,合金粉的初始放热温度是逐渐减小,活化能也逐渐减小,反应速率逐渐加快,3种Al-Mg合金增重比例均大于相同粒径的Mg粉(53.02%)和Al粉(8.65%)。激光点火结果表明,3种Al-Mg合金粉点火延迟时间远短于单质Al,且在燃烧过程中存在微爆现象,可显著缩短燃烧时间,且随着Mg含量增加,燃烧时间逐渐变短。

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    • 刘彦汝, 孙杰, 金波, 徐金江, 黄石亮, 李诗纯, 张浩斌

      优先出版日期:2021-08-23  DOI: 10.11943/CJEM2021052

      摘要:为了研究奥克托今(HMX)晶体的激光辐照效应,采用多种技术手段表征了HMX晶体在360 nm紫外激光下的微观结构演化。光学显微镜下观察了激光辐照下HMX晶体内部的缺陷积累直至细化开裂的过程。通过对原位拉曼光谱分析发现HMX吸收紫外光子后会激发HMX分子,引起环的振动。采用原位广角X射线散射(WAXS)、单晶衍射(SCXRD)和原位小角X射线散射(SAXS)技术研究了HMX在紫外激光辐照过程中的晶体变化及缺陷演化,发现HMX不会发生相变但会细化并产生新的缺陷。原位SAXS结果表明,激光辐照1170 min后HMX孔隙不断增多,并在10~20 nm和30~40 nm两个区域呈双峰分布。激光辐照过程中HMX的小尺寸孔隙不断增多并逐渐融合成更大尺寸的孔隙,缺陷不断累积,微孔隙延伸成微裂纹,再扩展成宏观裂纹。

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    • 唐宇, 王睿鑫, 李顺, 陈进, 刘希月, 白书欣

      优先出版日期:2021-08-24  DOI: 10.11943/CJEM2021087

      摘要:针对高强含能结构材料的发展现状和存在的问题,对高熵合金的特点、静态力学行为和动态力学行为的研究现状进行了总结和分析,从理论和实验两方面论述了高熵合金作为高强含能结构材料的设想、潜力和挑战。综述发现,高熵合金具有“成分设计自由”、“晶体结构简单且具有强畸变”、“强度和硬度高”等基本特点,同时高熵合金的静态力学行为和动态力学行为可以在很宽的范围内进行调节,调节方式包括工艺调整和成分设计等。以上特点表明高熵合金在可加工性、高强度和可快速氧化释能等方面具有成为高强含能结构材料的潜在优势。已有的实验结果也证实了高熵合金含能结构材料的应用潜力。提出了高熵合金含能结构材料研究面临的挑战和未来研究需要关注的重点,包括高通量实验和模拟、动态力学行为研究和大尺寸样件制备等。

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    • 杨学林, 曾诚成, 巩飞艳, 杨文彬, 杨志剑

      优先出版日期:2021-08-16  DOI: 10.11943/CJEM2021019

      摘要:炸药的热稳定性及力学性能已成为影响武器装备安全性的重要因素。为提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)炸药的热稳定性及高聚物黏结炸药(PBX)的力学性能,基于多巴胺(DA)氧化自聚合反应包覆CL-20和FOX-7炸药晶体。采用扫描电子显微镜(SEM)、热分析仪(TG/DSC)、动态力学分析仪(DMA)、接触角测量仪、激光粒度仪、高效液相色谱(HPLC)、BAM撞击感度仪、红外吸收光谱仪、万能材料试验机等,对表面改性颗粒的形貌结构、粒径、包覆含量、感度、热分解性能及其制备的PBX力学性能进行测试。结果表明,多巴胺能在含能晶体表面形成很好的聚多巴胺(PDA)包覆层,通过调控聚合时间可以获得不同的表面包覆形态;同时,PDA还能改善炸药晶体的界面性质,有利于黏结剂的均匀分布;PDA包覆抑制CL-20的转晶,提高CL-20的活化能,提升热稳定性。力学性能表明,CL-20基PBX的巴西强度和压缩强度都得到提高,最高分别提升了34.27%、10.21%;FOX-7基PBX的巴西强度和压缩强度也都得到提高,最高分别提升了40.44%和11.92%,且包覆后,试样的延伸率均有所提升。另外,表面包覆PDA后,两种炸药的蠕变得到明显抑制,抗蠕变性能改善。

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    • 张鑫, 胡翔, 徐星星, 周水平, 唐根, 庞爱民

      优先出版日期:2021-08-27  DOI: 10.11943/CJEM2020307

      摘要:采用原位拉伸扫描电镜观察了硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂(叠氮缩水甘油醚(GAP)/六硝基六氮杂异伍兹烷(ε-CL-20)推进剂、聚乙二醇(PEG)/奥克托今(β-HMX))推进剂)的拉伸断裂过程,利用反相气相色谱法(IGC)和接触角法研究了推进剂组分间粘附功,并通过分子动力学(MD)模拟计算了粘结剂/炸药复合体系的结合能,表征了粘合剂体系与炸药之间的相互作用强度。结果表明,相同拉伸作用下,GAP/ε-CL-20推进剂首先在大颗粒附近发生“脱湿”,裂缝扩展速度较快,形成裂纹带,伴随粘合剂基体断裂,形成宏观裂纹,应变大于60%后,推进剂发生整体断裂;而PEG/β-HMX推进剂中发生“脱湿”的颗粒附近有粘合剂基体变形形成的胶丝连接,裂缝扩展速度较慢,直至应变大于80%后推进剂发生断裂;GAP基体与ε-CL-20之间的粘附功70.69 mJ·m-2和结合能259.90 kJ·mol-1,均低于PEG基体与β-HMX之间的粘附功98.61 mJ·m-2和结合能335.65 kJ·mol-1,即GAP基体与ε-CL-20的界面粘结情况较弱,显著影响了GAP/ε-CL-20推进剂的力学性能。

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    • 毕玉帆, 陆祖嘉, 董文帅, 曹文丽, 张建国

      优先出版日期:2021-08-13  DOI: 10.11943/CJEM2021094

      摘要:为改善钝感炸药3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)的酸性,将NTO分别与3,5-二氨基-1,2,4-三唑(3,5-DATr)、咪唑(IMZ)反应,制备得到了NTO·(3,5-DATr)含能离子盐()和NTO/IMZ含能共晶()。通过溶剂挥发法培养得到了单晶,利用X-射线单晶衍射仪确定了其晶体结构。晶体属于单斜晶系,空间群为P21/cMr=229.19,晶胞参数a=3.5687(7) ?,b=17.245(3) ?,c=14.655(3) ?,β=93.79(3),V=899.9(3) ?3Z=4,Dc=1.692 g·cm-3;晶体属于正交晶系,空间群为PbcnMr=207.17,晶胞参数a=16.9398(16) ?,b=5.6802(5) ?,c=17.9111(19) ?,V=1723.4(3)?3Z=4,Dc=1.597 g·cm-3。采用差示扫描量热法(DSC)和热失重法(TG)研究了其热分解行为,结果表明二者均具有良好的热稳定性。运用Gaussian 09程序对化合物结构进行优化并计算其生成焓,用EXPLO 5软件对二者的爆速和爆压进行了评估(D=7662.3 m·s-1p=21.0 GPa;D=6490.2 m·s-1p=14.6 GPa)。采用BAM方法测试了其机械感度,结果表明,二者均对撞击和摩擦钝感(IS>40 J,FS>360 N)。利用pH计测试了化合物标样的pH值,在0.01 mol·L-1的标准溶液中NTO,的pH值分别为2.92(22.8 ℃), 4.10(22.7 ℃),4.98(22.8 ℃),表明盐和共晶的形成在一定程度上改善了NTO的酸性。

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    • 董卓超, 吴星亮, 徐飞扬, 王旭, 徐森, 刘大斌

      优先出版日期:2021-08-16  DOI: 10.11943/CJEM2021163

      摘要:为了研究改性工艺对复合储氢材料的点火和爆炸特性的影响,使用氧弹量热仪测试了Al、MgH2、复合储氢材料CM和端羟基聚丁二烯(HTPB)包覆后的储氢材料CM-H的燃烧热,并研究了这4种样品在48 h内的质量变化情况。结果表明:包覆后的储氢材料CM-H拥有最高的燃烧热:30.5633 MJ·kg-1;且在空气中48 h内增重最少,仅0.46%。这表明改性后可有效防止储氢材料在空气中发生变质,保持较高的燃烧热用1.2 L哈特曼管、高速摄像机、20 L球爆炸测试系统对4种样品的最小点火能、火焰传播特性和爆炸压力进行了研究。结果表明:复合储氢材料CM的最小点火能为50~60 mJ,仅为铝粉(100~150 mJ)临界点火能的1/2。可见向金属材料中添加MgH2可以有效地降低点火能量。包覆后的复合储氢材料CM-H最小点火能增加,为700~750 mJ。火焰传播速率、爆炸压力与爆炸指数的测试均显示出MgH2>CM>CM-H>Al的规律。表明包覆后的复合储氢材料的电火花感度大大降低,安全性提高,同时具有较好的爆炸性能。

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    • 姜菡雨, 姚二岗, 张建侃, 徐司雨, 裴庆, 胥会祥, 赵凤起

      优先出版日期:2021-08-13  DOI: 10.11943/CJEM2021077

      摘要:金属燃料添加剂在黏合剂中的分散特性将极大影响火炸药的工艺性能。以两种不同形貌(球形和片状)的新型亚稳态分子间复合物铝/聚偏氟乙烯(QAlPV和PAlPV)为对象,利用RS-300流变仪,系统研究了端羟基聚丁二烯(HTPB)、聚叠氮缩水甘油醚(GAP)和环氧乙烷四氢呋喃共聚醚(PET)典型黏合剂与两种铝基复合物形成的混合体系的流变性能。结果表明,悬浮液体系均表现出假塑性流体特征,在20~60 ℃内,随温度增加,表观黏黏度均减小。在GAP和PET体系中,含PAlPV混合体系的流动活化能均大于含QAlPV混合体系,说明片状结构的铝基复合物与这两种黏合剂形成的混合体系的刚性较大,其表观黏度对温度更敏感。因此,可通过提高温度来改善PAlPV在黏合剂中的分散性;而QAlPV与GAP、PET形成混合体系的柔性较大,可通过提高剪切速率来改善其分散性和均匀性。

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    • 姜帆, 牛余雷, 卜宇凡, 孙培培, 王晓峰, 南海, 汪强

      优先出版日期:2021-08-11  DOI: 10.11943/CJEM2021090

      摘要:为了探究固体硼氢燃料对铝粉燃烧反应机理的影响,采用同步热分析-红外质谱联用技术及热裂解原位池-傅里叶变换红外光谱联用技术,对十二氢十二硼酸双四乙基铵(BHN-12)的热分解反应机理及反应动力学进行研究。在此基础上,结合数值模拟建立BHN-12在爆炸流场中对铝粉燃烧反应影响的模型,探究硼氢燃料在流场中的反应时间、分散特性以及对铝粉的助燃效应。结果表明,BHN-12热分解开始温度约314 ℃,结束温度约360 ℃。分解过程中出现三个放热峰和两个吸热峰,总质量损失范围为32.3%~33.9%。分解过程遵从幂级数法则(Mampel power),动力学机理函数为。分解后的气体产物主要为H2、C2H4、C2H6和NH3,固体产物为非晶态的C和B单质。采用组分运输模型可较好地模拟Al/BHN-12体系的后燃烧反应过程,在该过程中,Al燃料的分散速度比BHN-12粒子的分散速度慢,20 ms时,Al燃料的分散半径约2.5 m,BHN-12的分散半径约3 m。在反应初期2 ms时,无分解气体产物出现;大约4 ms时,开始出现气体产物,反应火球中部的温度约为1800 ℃,BHN-12可提升体系的后燃反应温度约300 ℃。

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    • 曹卫国, 赵懿明, 吴星亮, 周温, 徐司雨, 裴庆, 张云, 徐森

      优先出版日期:2021-08-16  DOI: 10.11943/CJEM2021178

      摘要:为了研究悬浮态AlH3粉尘爆炸泄放过程的能量输出规律,采用改进后的20 L球爆炸测试系统分别对其在密闭和泄放条件下的爆炸压力和火焰传播规律进行了研究。结果表明:悬浮态AlH3与Al粉相比,在密闭体系内爆炸下限浓度由40 g·m-3下降至30 g·m-3,表明AlH3点燃后释放氢气过程加速了整个化学反应历程;此外,密闭体系下AlH3粉尘爆炸的最大爆炸压力和爆炸压力上升速率均高于铝粉爆炸,最大爆炸压力由1.02 MPa上升至1.15 MPa,表明由于氢气释放形成了可燃气体-可燃粉尘复合体系,使得爆炸能量释放过程更为猛烈;泄放条件下,在浓度为500 g·m-3时,AlH3的爆炸压力(p)和爆炸压力上升速率(dp/dt)下降幅度最大,分别达43%和30%,表明爆炸泄放可以有效降低爆炸伤害;同时,得出爆炸泄放火焰长度和速度均在AlH3浓度为750 g·m-3时达到最大,多次火焰产生概率和出现频次随浓度增加而增加。

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    • 吴星亮, 徐飞扬, 王旭, 董卓超, 马腾, 罗一民, 徐森, 曹卫国, 刘大斌

      优先出版日期:2021-08-23  DOI: 10.11943/CJEM2021126

      摘要:为了研究含Mg基储氢材料、含Ti基储氢材料、含ZrH2储氢材料等三种混合炸药的能量输出特性,采用恒温式爆热量热仪和水下爆炸系统分别研究了三种含储氢材料混合炸药的爆热和水下能量特征。结果表明:在RDX/储氢材料/AP/others温压配方体系中,三种含储氢材料炸药爆热的关系为含Mg基>含Ti基?含ZrH2,爆热值分别为7587.0606,6416.4741,3950.6279 kJ·kg-1,表明含储氢材料炸药的爆热与储氢材料的化学潜能呈正相关。水下爆炸中,含储氢材料混合炸药的冲击波峰值压力、冲量、能流密度、冲击波能的大小关系保持一致,从大到小依次为含Mg基、含Ti基、含ZrH2储氢材料混合炸药,冲击波能依次分别为1.41倍、1.26倍、0.97倍TNT当量,表明活性高、潜能大的储氢材料对水下爆炸冲击波的推动作用更大。储氢材料在水下爆炸能量中主要贡献在气泡脉动上,含Mg基、含Ti基、含ZrH2储氢材料混合炸药的气泡能分别为2.17倍、1.78倍、0.86倍TNT当量,表明Mg基储氢材料在二次反应能量释放程度上最优,其次是Ti基储氢材料,ZrH2的反应程度最低。三种含储氢材料混合炸药的水下爆炸能量和爆热的大小趋势保持一致,总体能量水平依次是含Mg基>含Ti基>>含ZrH2。含Mg储氢材料炸药的水下爆炸能量最大,达到2.02倍TNT当量。ZrH2在温压体系配方中的适用性不强,爆热和水下爆炸能量均低于TNT。

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    • 李廷润, 郭春雨, 包淑霞, 赵洋洋, 杜振国, 吴瑞凤

      优先出版日期:2021-08-21  DOI: 10.11943/CJEM2021180

      摘要:金属铝粉具有活性高、耗氧量低 、燃烧焓高和密度大等优良性能,被广泛应用于提高火炸药和固体推进剂能量特性的研究中。过渡金属Cu对铝粉的燃烧具有良好的催化作用,可以使铝粉燃烧更充分。端羟基聚丁二烯(HTPB)作为固体推进剂黏合剂组分,均匀地包覆在铝基复合粒子表面,可有效地阻止表面氧化和团聚,且有利于药柱压装固化成型。以乙酰丙酮铜为铜源,甲醛和肼为还原剂,采用一锅法液相还原制备HTPB/Cu/μAl复合粒子。通过IR、XRD、SEM和EDS对样品的结构和形貌进行表征,同时研究了HTPB/Cu/μAl对AP热分解的催化行为。结果表明,还原出来的Cu以粒子形式散落在铝粉表面,HTPB则均匀包覆在Cu/μAl的表面。HTPB/Cu/μAl 的DSC曲线在150~350 °C范围内同时出现过渡金属Cu的氧化放热峰和HTPB的分解放热峰,但包覆对微米铝粉在550 °C的氧化放热峰基本没有影响。HTPB/Cu/μAl的平均活化能为287.2 kJ·mol-1,相比于μAl平均活化能(323.55 kJ·mol-1)降低了36.35 kJ·mol-1。加入HTPB/Cu/μAl复合材料后,AP的高温和低温分解峰均发生变化,其中高温热分解温度较纯AP降低了127 °C,表明HTPB/Cu/μAl复合材料可促进AP的热分解行为。

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    • 徐明辉, 莫洪昌, 陈淼, 刘宁, 卢先明

      优先出版日期:2021-08-24  DOI: 10.11943/CJEM2021082

      摘要:为提高聚叠氮缩水甘油醚(GAP)的综合性能,利用共聚型含氟GAP二元醇为预聚物,丁二醇(BDO)为扩链剂,甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)作为固化剂,合成共聚型含氟GAP基热塑性弹性体。分别采用红外光谱(FT-IR)、核磁共振(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TG/DTG)、拉伸试验和扫描电镜(SEM)对其化学结构、相对分子质量、玻璃化转变温度、热稳定性和力学性能进行表征,结果表明共聚型含氟GAP基热塑性弹性体的数均相对分子质量为33520,玻璃化转变温度为-33.3 ℃,热分解温度大于220 ℃,断裂强度为5.94 MPa,断裂伸长率为886%,具有良好的热稳定性和优异的力学性能。此外,利用慢烤燃法研究了共聚型含氟GAP基热塑性弹性体/铝粉的热分解特性,结果证实共聚型含氟GAP基热塑性弹性体/铝粉烤燃响应温度达到301 ℃,热分解反应可释放更多热量。

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    • 赵建铄, 黄智勇, 金国锋, 高敏娜, 祝慧鑫

      优先出版日期:2021-08-18  DOI: 10.11943/CJEM2021031

      摘要:为了分析肼类燃料与NO2气相反应过程中着火延迟期的影响因素,采用密度泛函理论对反应过程进行了模拟,主要对肼(N2H4)、甲基肼(MMH)与偏二甲肼(UDMH)3种肼类燃料的反应活性、活性位点以及抽氢反应过程的势能面与反应速率常数进行了计算。结果表明,3种肼类燃料中UDMH的最高占有轨道与最低空轨道能量差最小,为0.20522 eV,表明UDMH的活性最大,因此与NO2反应的最快,符合其着火延迟期最短的特性;确定了3种肼类燃料的活性位点,N2H4活性位点为N(1)或N(4),MMH活性位点为N(1),UDMH活性位点为N(1);对3种肼类燃料的反应活性位点进行抽氢反应的计算,UDMH的反应势垒最小,为3.589 kJ·mol-1,反应速率常数最大,为9.81×105 L·s-1·mol-1,符合其着火延迟期最短的特性,得出在肼类燃料中,与NO2反应的抽氢反应势垒越小,反应速率常数越大,着火延迟期越短。

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    • 孔令泽, 董可海, 唐岩辉, 赖帅光, 曲彦宇

      优先出版日期:2021-08-18  DOI: 10.11943/CJEM2021056

      摘要:为了实现对硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂药柱贮存寿命进行预估时的测量无损性,通过对施加10%定压缩应变的NEPE推进剂进行高温热加速老化实验、气体含量监测实验、单向拉伸力学性能实验,基于相关性分析和寿命预估模型,提出了一种以特征气体含量变化为基础数据的无损型寿命预估模型。结果表明,NEPE推进剂贮存老化过程中,CO气体释放量最大,不同温度条件下的释放量均达到1300 mg以上,且其和NO气体均呈现老化初期释放量增长缓慢,后期迅速增加的规律,HCl气体释放量在老化初期和后期增长较快,老化中期增长较慢;老化初期最大抗拉强度σm和最大延伸率εm小幅增大,老化中期前者小幅震荡,后者逐渐增大,老化后期两者均急剧减小;不同温度条件下CO气体释放量与最大抗拉强度关联度值最大,为0.93~0.95,且两者存在单一相关性;基于传统老化寿命预估模型和改进的老化寿命预估模型,建立了四种NEPE推进剂寿命预估方法,通过相关性系数比较和预估结果分析,得出以CO气体释放量作为预估参数的改进型寿命预估模型的相关性系数最大,寿命预估结果最为有效。

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    • 程伟, 熊国松, 李伟兵, 张振雷, 张学伦

      优先出版日期:2021-08-09  DOI: 10.11943/CJEM2021033

      摘要:针对俯仰角速度对弹丸侵彻多层靶弹道的影响问题,在分析大量文献数据与数值模拟数据基础上,采用LS-DYNA有限元软件,开展了考虑/不考虑俯仰角速度条件下弹丸侵彻多层靶数值模拟,对比了着靶时间、着靶速度、着靶点偏移、攻角、着角、引信过载等数据,结果显示考虑俯仰角速度下的数值模拟结果与试验更吻合。基于此,模拟分析了不同大小、方向俯仰角速度对弹丸侵彻多层钢筋混凝土靶弹道的影响,结果表明同等大小情况正向俯仰角速度比负向俯仰角速度对弹道影响更大,且为确保弹丸在目标建筑物内爆轰,其俯仰角速度大小、方向须控制在-627°·s-1~427°·s-1之间。

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    • 张世林, 原浩, 齐乐, 马中亮, 陈春林

      优先出版日期:2021-08-10  DOI: 10.11943/CJEM2021099

      摘要:为研究氧化石墨烯(GO)对聚叠氮缩水甘油醚(GAP)改性球形药复合材料膨胀系数的影响,制备了含0%、0.5%、1%和1.5% GO的GAP改性球形药复合材料,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电子显微镜(SEM)和差示扫描量热仪(DSC)分别研究了GAP改性球形药复合材料结构、形貌和热性能,采用静态热机械测试仪(TMA)研究了GO含量对热膨胀系数及玻璃化转变温度的影响。结果表明:GO的添加对固化体系结构及热性能无明显影响,并未发生化学反应;GO的添加可使GAP改性球形药复合材料膨胀系数减小,当添加1% GO时,膨胀系数从3.236×10-4 K-1下降到2.692×10-4 K-1,减小的幅度最大;相对于含0% GO的GAP改性球形药复合材料,随着GO含量的添加,玻璃化转变温度由20.8 ℃升高到25.1 ℃。

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    • 杨猛, 廖才越, 汤成龙, 黄佐华

      优先出版日期:2021-07-23  DOI: 10.11943/CJEM2021101

      摘要:在快速压缩机实验平台中利用高速成像及动态压力采集手段研究了FOX-7/NC/NG快速热刺激下的自着火行为。结果表明样品在快速压缩机上止点热力条件为3.0 MPa, 598.1 K,环境平均热加载速率约为1.2×104 K·s-1时,样品未发生自着火;保持压力不变,提高温度至913.1 K,平均热加载速率升高至2.5×104 K·s-1时,样品发生自着火。对样品在3.0 MPa,913 K下的自着火过程进行多次重复实验,发现其着火延迟时间(IDTI)误差小于20%,燃烧持续期误差小于5%;FOX-7/NC/NG样品在不同热加载速率下的实验表明,热加载速率越高,自着火越快,燃烧持续期越短。

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    • 赵杨, 郑天, 丁玲, 彭汝芳, 金波

      优先出版日期:2021-08-08  DOI: 10.11943/CJEM2021104

      摘要:采用差热分析、差示扫描量热、绝热加速量热等热分析技术研究了四种典型安定剂(二苯胺、NN′-二甲基-NN′-二苯脲、3-甲基-1,1-二苯基脲和N-甲基-4-硝基苯胺)对硝化棉热分解行为的影响,获得了不同情况下硝化棉试样的热分解参数。非等温量热法计算结果表明,添加四种典型安定剂后硝化棉的热爆炸临界温度分别提高了0.06,0.82,1.00和1.56 K;绝热加速量热实验显示,安定剂对硝化棉绝热分解初期的温升速率和初始压力影响有限,但使硝化棉的最高温升速率分别降低了0.39,0.64,0.70和0.65 K·min-1;通过中断回扫实验探究了热历史对硝化棉试样热分解行为的影响。结果表明,四种安定剂热安定性效果明显,虽然硝化棉热分解初期受安定剂的影响较小,但随着热分解反应的进行,硝化棉热分解产物引起的剧烈自催化分解可以通过与安定剂进行快速反应而得到缓解,并降低热历史对硝化棉热分解反应的影响。对比可知,N-甲基-4-硝基苯胺对硝化棉自催化分解的抑制作用最为明显。

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    • 李兴隆, 王德海, 刘清杰, 花成, 曹威, 宋清官, 王翔, 高大元

      优先出版日期:2021-08-13  DOI: 10.11943/CJEM2021165

      摘要:如何有效地运用活性金属来提高炸药的爆炸威力和作功能力是设计金属化炸药的关键问题。为探索B/Al复合粉在增爆炸药和温压炸药中的应用,设计并制备了三种HMX基含硼铝炸药。对Φ100 mm×105 mm样品,用空中爆炸试验和水下爆炸试验研究其能量释放特性;用Φ50 mm圆筒试验评价其作功能力,讨论了微米金属粉含量对含硼铝炸药的释能过程和作功能力的影响。结果表明,空爆和水下爆炸中,在HMX的爆轰作用下,铝粉燃烧能够促进硼粉的后燃效应,释放出大量的燃烧热,形成高温高压的膨胀产物,增加空中爆炸火球的持续时间和水下爆炸的总能量。圆筒试验中,在爆轰产物驱动铜管膨胀破裂之前,没有足够的氧和硼反应,未能体现含硼铝炸药中B的燃烧能量优势。当铜管壁膨胀破裂后,空气中的氧可进一步与B/Al复合粉反应释放大量的燃烧热,增强后效作功能力。

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    • 楼建锋, 张树道

      优先出版日期:2021-08-17  DOI: 10.11943/CJEM2021055

      摘要:为分析弱刺激条件下炸药装药反应演化问题和约束条件对炸药爆炸反应的影响,构建了炸药爆炸反应速率增长的唯像模型,采用多介质任意拉式欧拉和流固耦合算法,实现了约束装药局部点火后缓慢燃烧反应到剧烈爆炸反应增长及其与壳体相互作用的数值模拟。基于强约束球形装药中心点火实验,数值模拟分析了约束条件对压装PBX-2炸药爆炸反应压力增长过程的影响,结果表明壳体强度或厚度增加,装药内反应压力的峰值也增大;随着钢壳厚度从5 mm增加到20 mm,压力峰值从163 MPa增大到1357 MPa,而且压力增长过程存在很大的差异,但随着壳体破裂解体,抑制了爆炸向爆轰反应的转变。

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    • 樊思琪, 顾晓飞, 段晓惠, 李洪珍

      优先出版日期:2021-08-09  DOI: 10.11943/CJEM2021098

      摘要:采用附着能(AE)模型、分子动力学(MD)方法,分别预测了1,1-二氨基-2,2二硝基乙烯(FOX-7)在真空条件下和八种不同溶剂中(二甲基亚砜(DMSO)、丙酮、甲醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、NN-二甲基乙酰胺(DMAC)、乙酸乙酯(EA)、水(H2O)、DMSO/H2O(V/V=2/1))的晶体形貌,计算了溶剂与晶面之间的相互作用能、溶剂影响下的附着能,得到了模拟晶习及其长径比值。为对比研究,同时采用自然降温法在以上八种溶剂的FOX-7饱和溶液中进行重结晶,得到了不同形貌的晶体。预测结果表明:真空下FOX-7晶体具有六个重要生长晶面:(1 0 )、(1 0 1)、(0 1 1)、(0 0 2)、(1 1 0)、(1 1 ),其中(0 1 1)面的面积占比最大,为影响FOX-7晶体形态最重要的晶面。溶剂对晶体长径比的影响程度大小顺序为:DMSO2O<丙酮<甲醇2O。实验得出FOX-7在DMSO、甲醇及DMSO/H2O溶剂中重结晶得到的晶体为块状;在丙酮、NMP中为长条棒状;在DMAC、H2O中为针状;在EA中为片状。理论预测结果与实验结果具有较好的一致性,证明利用AE模型模拟FOX-7的晶习可为结晶实验提供较好的指导作用。热性能研究表明:晶体的表面形貌和内部缺陷会影响FOX-7的相变温度和热分解温度;晶体缺陷越少,αβ相变转晶温度越高;晶体长径比越大,粒径越小,第一分解温度越低。

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    • 徐爽, 汪越, 武卓, 潘新洲, 李尚文, 李海涛, 庞爱民

      优先出版日期:2021-07-20  DOI: 10.11943/CJEM2021071

      摘要:以铝粉含量为5%、10%、15%和18%的缩水甘油叠氮聚醚(GAP)推进剂配方为研究对象,采用力学拉伸试验机、动态热机械分析仪(DMA)和模拟计算软件等,分析了铝粉含量对推进剂力学性能、界面性能、燃烧性能、安全性能、能量性能和密度等的影响。结果表明,以30 μm铝粉代替320 μm AP,随铝粉含量的提高,推进剂的最大抗拉强度和最大伸长率逐渐增大,界面性能得到进一步改善;推进剂在3~9 MPa下的静态燃速并未发生明显变化但压强指数由0.43降低至0.40。配方中铝粉含量为5%和18%的推进剂危险等级均达1.3级,其中铝粉含量为18%的推进剂配方的摩擦和撞击感度分别为44%和0%,低于铝粉含量为5%的配方(分别48%和4%);软件模拟计算表明,铝粉加入量的提高使推进剂的能量和密度均呈上升趋势,但推进剂的标准比冲提升趋势趋于平缓。

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    • 王敬凯, 陈捷, 刘帅, 睢贺良, 索志荣, 银颖

      优先出版日期:2021-07-14  DOI: 10.11943/CJEM2020323

      摘要:为直观地研究金属铝核/氧化层的界面结构,以聚焦离子束微纳加工技术为基础,成功建立了2~8 μm铝粉颗粒的切片方法。对于尺寸2~8 μm的铝粉颗粒,可通过结合聚焦离子束(FIB)直接切割与剖面减薄获得切片。所制备的切片样品的界面结构清晰完整,氧化层未被破坏;通过进一步联用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、能谱线扫描及元素面分布等多种表征手段,获得了不同老化条件下铝颗粒“核-壳”界面的微观结构、结晶性和元素分布等信息。发现铝颗粒表面氧化层中Al和O元素的化学计量比偏离于标准Al2O3,呈现梯度分布特征;定量地获得了铝颗粒氧化层厚度与老化温度之间的正相关关系,未经热老化样品的氧化层厚度约5.4 nm,75 ℃和95 ℃老化样品的氧化层厚度分别增加至(34.1±2.1) nm和(51.3±2.2) nm。

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    • 赖帅光, 董可海, 孔令泽, 夏成, 陈思彤, 肖云东

      优先出版日期:2021-07-07  DOI: 10.11943/CJEM2021036

      摘要:为探究三种不同防老剂N-(1,3-二甲基)丁基-N"-苯基对苯二胺(4020)、N-异丙基-N"-苯基对苯二胺(4010NA)、N-苯基-2-萘胺(D)在丁羟聚氨酯(HTPB-TDI)体系中的防老机理与防老性能优劣,采用量子力学(QM)模拟、分子动力学(MD)模拟、蒙特卡洛(MC)模拟分别对HTPB-TDI体系与各组分的解离自由能、扩散系数、溶度参数与渗透系数进行了计算。结果表明:三种防老剂的解离自由能大小顺序为ΔGD>ΔG4010NA>ΔG4020,并且均小于HTPB-TDI的最小解离自由能345.63 kJ·mol-1,说明三种防老剂均能优先与HTPB-TDI中的活性自由基反应并且减缓HTPB-TDI中自由基连锁反应的进行;防老剂4020的扩散系数及其与HTPB-TDI的溶度参数差值最小,说明防老剂4020迁移能力差且与HTPB-TDI相容性好,从而能在HTPB-TDI中稳定均匀存在;氧气在三种丁羟聚氨酯-防老剂体系中的渗透系数大小顺序为PHTPB-TDI/DPHTPB-TDI/4010NAPHTPB-TDI/4020,表明防老剂D的阻氧能力最差。综合三种防老剂的化学反应难易程度、迁移性大小、相容性优劣以及氧气的渗透性好坏,可得三种防老剂的防老性能优劣为4020>4010NA>D。

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    • 牛磊, 曹少庭, 金大勇, 高杰, 郭昕

      优先出版日期:2021-07-15  DOI: 10.11943/CJEM2021079

      摘要:为了探索α-AlH3在凝聚相炸药中的爆轰反应规律,对α-AlH3的安全特性进行了表征。结果表明α-AlH3热稳定性较差,对温湿度敏感,处理α-AlH3样品时应控制室温不超过30 ℃,相对湿度不大于60%。以自主设计的梯次控温冷却直接法造型粉制备工艺,制备了以HMX为主炸药的系列含α-AlH3炸药配方样品,并对其安全性、爆轰性能、做功能力、爆炸反应过程进行了研究,结果表明,造型粉机械感度低,成型能良好;α-AlH3含量超过10%后药柱成型相对密度随α-AlH3含量增加而降低;α-AlH3的特征爆速为6078 m·s-1,含α-AlH3的HMX基凝聚相炸药与同质量分数含铝炸药相比,二者总做功能力相当,含α-AlH3炸药爆轰产物膨胀在高压和中压阶段做功能力较低;α-AlH3中的氢元素在爆轰产物中主要以氢气的形式存在。

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    • 张光普, 罗运军

      优先出版日期:2021-06-24  DOI: 10.11943/CJEM2021116

      摘要:以3,3-二(氯甲基)氧杂环丁烷(BCMO)和3-乙基-3-氧杂丁环甲醇(EHO)为原料,通过调节单体BCMO、EHO混合摩尔比m,再经阳离子开环聚合和叠氮化反应制备了一系列叠氮超支化共聚物(r-POB-m)。采用红外光谱(FTIR)、核磁共振(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)和元素分析等对其结构进行了表征,结果表明该共聚物具有高分子量(>4400 g?mol-1)、高含氮量(达到43%)且支化度可控。采用X射线衍射仪(XRD)、哈克流变仪及差示扫描量热仪(DSC)分别对其结晶性、黏度和化学相容性进行了测试,结果表明当m=4时,r-POB-4为无定形态且工艺黏度最低,同时与推进剂主要组分相容性良好,适合作为增塑剂。r-POB-4增塑GAP基含能热塑性弹性体(GAP-ETPE)推进剂时,推进剂的断裂延伸率提高了约70%,稠度系数降低了约49%,粘流活化能降低了约20%,且优于端叠氮基聚叠氮缩水甘油醚(GAPA)增塑剂,表明叠氮超支化共聚物作为增塑剂可有效改善推进剂的力学性能和工艺性能。

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    • 方伟, 赵省向, 张奇, 金大勇

      优先出版日期:2021-07-14  DOI: 10.11943/CJEM2021080

      摘要:利用20 L爆炸装置开展了含微/纳米铝粉燃料空气炸药爆炸特性研究。试验结果表明:微米铝粉中加入5%和10%纳米铝粉后,混合铝粉爆炸压力峰值增幅分别为24.4%和58.5%,最大压力上升速率增幅达到80.6%和103.4%,纳米铝粉含量大于10%对于爆炸效应增加没有明显作用;固液比为30/70的燃料空气炸药,点火能从11.83 J增加到28 J,其爆炸压力从0.28 MPa增大到0.52 MPa,爆炸温度从834 ℃增大到1118 ℃,表明增大点火能可以提高燃料空气炸药爆炸参数;提高微/纳米铝粉含量,能够有效提高固液型燃料空气炸药爆炸压力和爆炸温度。

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    • 汪慧思, 陶博文, 张小平, 顾健, 李磊, 杜芳, 黄丹椿, 陈红, 李伟

      优先出版日期:2021-03-31  DOI: 10.11943/CJEM2020247

      摘要:为提高铝粉的燃烧效率,以自制的硅烷改性氟橡胶(FKM-GW)为包覆剂,采用溶胶凝胶法,制备了铝/改性氟橡胶复合燃料(FKM-GW@Al)。研究了FKM-GW@Al在溶剂中的稳定性,表明具有功能性基团的FKM-GW@Al不易脱覆,FKM-GW@Al在乙酸乙酯中的稳定性较强。对FKM-GW@Al在NEPE高能低燃速固体推进剂中的应用进行了研究,发现以氟质量分数为2.58%的FKM-GW@Al代替Al粉后,推进剂的爆热由6348.8 J·g-1提高至6831.6 J·g-1,残渣活性铝含量由1.02%降至0.06%,推进剂的静态燃速和动态燃速均降低。通过DSC-TG研究了FKM-GW@Al以及含FKM-GW@Al的推进剂的热分解性能,分析了FKM-GW@Al对推进剂燃烧性能的影响机制。

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    • 梁昊, 丁亚军, 李世影, 赵先正, 肖忠良

      优先出版日期:2021-04-20  DOI: 10.11943/CJEM2021007

      摘要:为研究钝感双基发射药老化迁移过程及影响因素,利用钝感剂的正态分布特性及Fickian 第二扩散定律的推论,建立了钝感发射药老化迁移导致钝感剂浓度分布及燃烧性能变化的理论模型。对6 种不同硝化甘油(NG)及邻苯二甲酸二丁酯(DBP)含量的发射药进行不同温度下加速老化实验,采用密闭爆发器测试了不同老化时间后发射药的燃烧性能,分析了发射药老化迁移的动力学过程及热力学影响。理论分析表明,钝感球形发射药燃气生成猛度积分值的增长率随老化时间呈现出较好的线性增长模型。密闭爆发器结果表明,6 种发射药加速老化后的动态活度最大值升高百分比随老化时间均呈较强的线性关系,与理论研究结果一致。建立的钝感发射药老化迁移热力学方程与试验结果基本吻合,迁移驱动因子对数与温度的倒数呈现出较为明显的线性负相关。发射药中NG 与DBP总含量高于15% 时,发射药的迁移驱动因子(动态活度最大值的百分比增长速率)更易受温度影响从而加剧钝感剂迁移导致钝感失效;而NG 和DBP的总含量不高于15%时,钝感剂迁移导致失效的速率较为缓慢,更有利于发射药贮存后的使用和射击安全。

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    • 王艺, 黄西成

      优先出版日期:2021-05-12  DOI: 10.11943/CJEM2020091

      摘要:针对三氨基三硝基苯(TATB)基高聚物黏结炸药PBX-9502的热循环致不可逆变形机理问题,在考虑TATB晶粒的各向异性、黏结剂以及晶粒/黏结剂界面局域热力学性能的差异性基础上,采用三相微结构模型和扩展有限元法(XFEM),建立了计算模型,并对不可逆变形现象进行了数值模拟与分析。结果表明:由于PBX-9502中TATB晶粒的严重各向异性,以及TATB晶粒与黏结剂热力学性能的差异,在热循环加载过程中,PBX-9502试件内部产生了变形不协调与应力集中,致使黏结剂破坏和晶粒/黏结剂的界面脱黏等内部损伤,进而导致PBX-9502试件的热循环不可逆变形,计算结束时,PBX-9502试件的轴向应变达到了0.2%。

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    • 郭松松, 丁可伟, 卜建华, 屈晨曦, 刘红利, 张敏, 葛忠学

      优先出版日期:2021-05-20  DOI: 10.11943/CJEM2021047

      摘要:高张力键或高能化学键是构成颠覆性含能材料的重要基元,但由于难形成、易断裂,它们的构筑一直是化学与含能材料领域中的一个难题。利用分子笼独特的内部空间“协助”构筑此类化学键为相关研究提供了一条可行的路线,并且已经付诸实践。本文归纳了分子笼的“限域效应”、弱相互作用及电子传输等特性,探讨了其在阻止氧气氧化P4等高张力材料、稳定芳基五唑等高活性物质、富集NaN3等反应物以加速反应、改变反应路径等过程中的作用,梳理了分子笼在这些过程中扮演的“防火墙”、“稳定剂”、“加速器”、“搬道工”等角色,为分子笼在TdN4等新型含能化合物的制备与能量可控释放研究提供借鉴。同时,也指出了今后研究的重点方向:设计、合成新型高效的分子笼;开发良好的表征分子笼复合物的方法手段;加强多重环境响应分子笼与含能材料的复合与释放研究。

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    • 吴攀宇, 刘锋, 魏国, 王锡东, 李松林

      优先出版日期:2021-06-10  DOI: 10.11943/CJEM2021069

      摘要:为确保现场混装乳化炸药使用安全,通过动态挤压模拟炸药泵送装药过程,利用激光粒度分析、显微镜技术、水溶法硝酸铵析出量测试和数字粘度计,对不同转速下制备的现场混装乳化炸药及其基质受多次动压后的稳定性进行了研究。实验结果表明:当制备粒径大于5 μm时,乳胶基质受动态挤压后发生不同程度的析晶失稳,600 r·min-1制备的乳胶基质受压10次后,硝酸铵析出量为受压前的5.14倍,粘度增大43%,油包水结构已经完全破坏;当制备粒径小于5 μm时,乳胶基质抗动态挤压能力提升,1400 r·min-1制备的乳胶基质受压10次后,粒径增大2.16倍,硝酸铵析出量仅为受压前的2.14倍,粘度增大10%,微观结构保持稳定。动态挤压过程会加速基质析晶失稳与理化性质的改变,降低乳化炸药性能且不利于进行装填等工序,在生产实践中,需合理控制乳胶基质的制备粒径D≤5 μm。

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    2021年第29卷第6期      

      >含能快递
    • 任炜

      2021,29(6):471-471, DOI:

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    • 吕珂臻

      2021,29(6):472-472, DOI:

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    • >计算与模拟
    • 王靖, 高贫, 王桂香, 贡雪东

      2021,29(6):473-481, DOI: 10.11943/CJEM2020277

      摘要:五唑离子化合物是当前新型含能材料的一个研究热点,其制备通常以五唑共价化合物为前体实现。多数情况下,五唑共价化合物的稳定性对能否成功制备五唑离子化合物有很大影响。采用密度泛函理论B3LYP/6-31G**方法重点研究了18个直链取代五唑共价化合物(R—N5或N5—R—N5)的侧链化学键的解离能EBD和N5环的分解能垒Ea,分析了侧链对其稳定性和热解机理的影响。发现当R为羟基或氨基时,侧链容易断裂,N5环也容易破裂,难以得到N5-;当R为烷基时,N5环裂解的Ea相对较大,更可能得到N5-,且侧链C—N键和N5环的稳定性受烷基链长短影响不大;在双环分子中,两个N5环的裂解是先后发生的,后一个环的裂解能垒比前者高,裂解生成氮气和叠氮化物;分子侧链上的C—C键会先于C—N键断裂,从而可能使C—N键的EBD明显降低而对N5环的Ea影响不大,因此,在由五唑共价化合物制备五唑盐的过程中,先切断C—C键可能更利于得到N5-

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    • 胡靖伟, 甘强, 冯长根, 李昌霖, 朱双飞, 程年寿

      2021,29(6):482-491, DOI: 10.11943/CJEM2020245

      摘要:为研究晶体缺陷对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)初始化学反应影响规律,采用分子动力学方法和ReaxFF-lg反应性力场,对1500~3500 K高温下含空位缺陷CL-20的初始反应路径、热分解产物和反应动力学进行了研究。结果表明,1500~3500 K时,含空位缺陷CL-20的初始分解路径与完美晶体基本相同,首先N—NO2键断裂生成NO2。空位缺陷增大了CL-20开环反应频次、增加了NO2的生成量。比较完美晶体CL-20可见,空位缺陷可降低CL-20活化能,加速CL-20的热分解进程。2000 K和3000 K时含16.7%空位CL-20反应速率常数分别是完美CL-20的1.7倍和1.4倍。空位缺陷其周围的CL-20分子更容易发生热分解反应,导致CL-20的感度提高。

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    • 张天伟, 代淑兰, 李曼丽, 陈春林

      2021,29(6):492-500, DOI: 10.11943/CJEM2020236

      摘要:为研究多孔发射药受冲击载荷的力学响应过程及几何参数变化对药粒力学性能的影响,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立了七孔、十九孔发射药计算模型,模拟药粒在冲击载荷下的受力情况,然后建立单孔发射药模型,长径比为1∶1、2∶1的七孔、十九孔发射药和花边形七孔、十九孔发射药模型,研究孔数、长径比和外形对药粒应力的影响。结果表明,药粒被压缩后发生回弹,与落锤接触面的应力从圆心到边界逐渐增加,药粒中部发生膨胀;受孔处应力集中的影响,孔数的增加改变了端面应力分布连续性,和单孔药相比,七孔药的受力时间和最大压缩位移分别增长了3.39%和3.76%,十九孔药的受力时间和最大压缩位移分别增长了10.17%和15.05%;当孔数不变,长径比从1:1增加到2:1时,应力峰值减小而压缩位移峰值增大;花边形药粒比圆柱形药粒更易在花边凹陷处出现应力集中。对发射药应力响应过程及影响因素的研究为发射药力学性能研究提供了基础数据。

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    • >制备与性能
    • 钟野, 李英, 吴瑞强, 李志敏, 张建国, 张同来

      2021,29(6):501-508, DOI: 10.11943/CJEM2021016

      摘要:为探索固体推进剂燃烧催化剂,以1-甲基咪唑(MIM)、1-烯丙基咪唑(AIM)、硝酸铜和二氰胺钠(NaDCA)为原料,合成了一种新型双配体含能配合物[Cu(MIM)2(AIM)2](DCA)2,并通过红外光谱、X射线单晶衍射和粉末衍射对其结构进行了表征。采用差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TGA)对该含能配合物的热分解过程进行了分析,在40~500 ℃的温度范围内,DSC曲线中有一个吸热熔化峰(峰值温度:93.5 ℃)和一个放热分解峰(峰值温度:199.4 ℃)。对配合物进行了感度测试,其摩擦感度为240 N,撞击感度>40 J。对比研究了双配体的[Cu(MIM)2(AIM)2](DCA)2与单配体的[Cu(MIM)4](DCA)2、[Cu(AIM)4](DCA)2对高氯酸铵(Ammonium Perchlorate,AP)热分解的催化作用,结果表明双配体的含能配合物具有更好的催化效果,使AP的分解峰值温度提前到285.6 ℃,放热量升高到2458 J·g-1,热分解活化能降低到81.5 kJ·mol-1,表现出作为复合推进剂催化剂的潜力。

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    • 闫峥峰, 汪营磊, 陆婷婷, 赵宝东, 陈斌, 葛忠学

      2021,29(6):509-514, DOI: 10.11943/CJEM2020063

      摘要:为研究4-氨基-唑并[5,1-c] 1,2,4-三嗪化合物的合成机理与性能,以TTX为例,采用密度泛函理论(DFT)研究了1,2,4-三唑并[5,1-c]1,2,4-三嗪类稠环可能的环化机理,研究了体系pH值对环化过程的影响;采用差示扫描量热法研究了TTX的热性能、热分解动力学,并采用BAM撞击感度测试仪测试了TTX的撞击感度。结果表明:5-氨基-3-硝基-1,2,4-三唑(ANTA)的重氮盐与硝基乙腈钠盐偶合中间体的类吡咯氮原子对氰基亲核加成,然后通过芳构化重排得到1,2,4-三唑并[5,1-c]1,2,4-三嗪;TTX的热分解峰温为281.8 ℃,表观活化能为356.7 kJ·mol-1,高于TATB;撞击感度为60 J,低于RDX。同时研究了TTX与HMX、RDX、Al粉、硝化棉(NC)的相容性,结果表明TTX与Al相容,与HMX有一定相互作用,轻微敏感;RDX、NC会明显促进TTX热分解,混合体系较为敏感,应避免混合使用。

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    • 张敬雨, 马中亮, 白昌盛, 张世林, 姚顺龙, 陈春林

      2021,29(6):515-520, DOI: 10.11943/CJEM2020208

      摘要:为扩大液体发射药的使用范围,适应现有武器装备的需要,使液体发射药能应用于现有的各项武器系统中,设计了一种可以用来封装液体发射药的硝化棉基含能空芯球形壳体,以内溶法制备球形发射药为基础,利用双重乳化的原理,使用W/O型Pickering乳化剂活性磷酸钙与O/W型乳化剂羧甲基纤维素钠将含硝化纤维素的乳液乳化成单分散型W/O/W型乳状液,随后蒸发溶剂得到壳体。使用接触角测量仪测量活性磷酸钙三相接触角验证其作为W/O型pickering乳化剂的可行性,使用超景深电子显微系统对其基本形貌和粒径进行表征,使用质量体积法对其堆积密度进行表征。结果表明:活性磷酸钙的三相接触角为121.80°;该壳体内部具有较大的空腔结构,粒径为0.7~1.1 mm,堆积密度为0.1~0.2 g·mL-1,微观上以白色纤维结构为主,且纤维上嵌有白色微粒;羧甲基纤维素钠与活性磷酸钙加入质量比例以1∶1~1.25∶1,且活性磷酸钙与硝化纤维素加入质量比以0.16∶1~0.24∶1为宜。

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    • 王蔚, 肖俊, 冉振, 郑小涛, 傅波

      2021,29(6):521-529, DOI: 10.11943/CJEM2021023

      摘要:为了进一步提高含能材料等静压成型的致密度,提出了一种超声辅助的等静压成型方法,设计了试验样机。利用COMSOL对单个超声振子和整个超声辅助成型系统激发的声场进行了分析,研究了包套厚度、10 MPa预压力和超声电源电压幅值对声场分布的影响。仿真结果表明了超声辅助等静压成型的可行性。在有无施加超声、有无10 MPa预压力的条件下进行了高聚物粘结炸药代用材料的成型实验,利用计算机断层扫描和扫描电镜分别对实验样件进行了测试分析,结果表明:施加了超声和10 MPa预压力的材料内部的均匀性和致密度优于未加超声、未加预压力和仅施加超声的材料,并且其内部晶粒更细、分布更均匀。

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    • 周梦蕾, 南风强, 何卫东, 王沫茹

      2021,29(6):530-534, DOI: 10.11943/CJEM2020202

      摘要:以挤出沉积技术为核心、针对发射药黏度高、不能高温加热的性质,设计了发射药挤出沉积快速成型系统,并搭建了完整样机。以硝化棉为主的某ZY发射药为原料,制备出27.3%、33.3%、38.5%、42.9%、46.7%、50%等不同浓度物料,通过3D打印挤出实验,发现针头内径与物料浓度之间存在多项式函数关系,确定了填充速度范围为2~4 mm·s-1、填充率范围为70%~90%、底板温度范围为25~45 ℃;在此基础上,使用发射药3D打印机打印发射药,并进行压缩实验,结果表明发射药压缩强度最高可达为230 MPa。

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    • >火工品技术
    • 赵象润, 严楠, 郭崇星, 代五四, 闫利伟, 金世鑫

      2021,29(6):535-542, DOI: 10.11943/CJEM2020129

      摘要:为避免航天器因受到火工分离螺母作用时的高冲击载荷而发生故障,采用节流孔来抑制分离螺母分离作用时的冲击响应。研究在分离螺母燃气通道上设置了Φ2、Φ4 mm和Φ6 mm三种孔径的节流孔,同步测试不同节流孔的分离螺母在分离过程中的压力、加速度和预紧力,分析分离螺母的作用过程。根据作用过程中的先后顺序将冲击载荷解耦为火药作用、预紧力释放和活塞撞击三类冲击源。将得到的时间-加速度(a-t)曲线转换为冲击响应谱,并计算每种冲击源的贡献,以获得节流孔孔径与冲击响应的关系。结果表明:采用三种节流孔时,在500~10000 Hz的频域内,火药作用激起的冲击响应的贡献为8.3%~11.0%;预紧力释放激起的冲击响应的贡献为44.0%~51.5%;活塞撞击激起的冲击响应的贡献为40.2%~45.0%。分离过程的最大冲击响应分别为:1416 g(Φ6 mm)、1251 g(Φ4 mm)和852 g(Φ2 mm)。可见,采用节流孔可以有效抑制分离螺母的冲击响应。

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    • 杨智, 朱朋, 初青芸, 简昊天, 张秋, 汪柯, 沈瑞琪

      2021,29(6):543-551, DOI: 10.11943/CJEM2020305

      摘要:为了提高爆炸箔起爆系统(exploding foil initiator system, EFIs)的作用可靠性,减小系统体积、降低系统成本,采用印制电路板( printed circuit board, PCB)工艺设计了一种密封并联平面触发火花隙开关(planar triggered spark-gap switch, PTS)。根据三电极的结构设计参数,采用PCB工艺批量制备了PTS,单只并联PCB-PTS的尺寸为13.5 mm(l)×7.5 mm(w)×2.5 mm(h)。基于显微计算机断层扫描重建了开关的立体和断面图像,结果显示PCB工艺满足开关的加工精度需求。开展了电极间隙的静电场分布仿真以解释开关的导通过程,并且据此计算了开关的理论自击穿电压(self-breakdown voltage, USB)。开关的电气性能测试表明:(1)并联PCB-PTS的USB略低于理论计算值,约为2000 V;(2)在大约50%~95%的USB范围内开关均能被可靠触发工作,并且电流上升时间稳定在约121.8 ns,峰值电流大于1500 A,满足EFIs的使用特性需求。最后,将该开关应用于爆炸箔起爆器(exploding foil initiator, EFI)进行发火实验,在0.22 μF/1400 V的放电条件下,成功起爆了HNS-Ⅳ炸药。

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    • >环境友好技术
    • 姜鑫, 刘珣, 张峥, 马欢松, 赵倩云, 吴远军, 赵彩云

      2021,29(6):552-556, DOI: 10.11943/CJEM2020296

      摘要:为筛选最佳治理技术以解决火炸药行业TNT红水污染土壤问题,研发了高温烧结资源化修复技术。将污染土壤与粘土按体积比(4∶6)混配后在隧道窑烘干段利用焙烧余热烘干26 h,再进入焙烧段焙烧24 h,烧结温度1100 ℃左右。隧道窑烟气经脱硫脱硝设施处理后由43 m排气筒排入大气。成品砖出窑后自然降温。土壤中的特征污染物-二硝基甲苯磺酸盐完全氧化分解,烧结烟气达标排放,资源化产品符合建材砖的质量标准且无特征污染物残留,满足土壤修复目标值(二硝基甲苯磺酸钠含量100 mg·kg-1)的要求。工程应用证明了高温烧结资源化技术修复TNT红水污染土壤的可行性和有效性。

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    • >综述
    • 潘鹏阳, 王可欣, 易镇鑫, 张琳, 朱顺官

      2021,29(6):557-566, DOI: 10.11943/CJEM2020264

      摘要:叠氮化铅和斯蒂芬酸铅作为最常用的起爆药,在军事和民用方面具有广泛应用,但对环境和人体有严重危害。因此,开发新型绿色起爆药是重要的发展趋势。本研究围绕四唑、呋咱、稠环、配位化合物、叠氮化铜以及纳米铝热剂六类新型起爆药的合成和性能等进行了综述,分析了六类起爆药的优点以及存在的问题:四唑类爆轰性能优异但安全性能较低;呋咱类具有较高的密度,同时氧平衡较好;稠环类化合物的热稳定性高感度低,安全性好;配位化合物通过改变金属离子,配体以及阴离子能够实现感度与能量的调控;叠氮化铜起爆能力很强,但静电感度极高;纳米铝热剂能量密度高,合成简单,绿色环保,但难以实现快速燃烧转爆轰;除叠氮化铜和纳米铝热剂外,其余四类起爆药合成工艺复杂,产率较低。因此,在确保起爆能力强的前提下,降低感度和简化工艺是起爆药下一步工作的重点。

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    • 刘赛, 石伟, 王毅, 张庆华

      2021,29(6):567-578, DOI: 10.11943/CJEM2020228

      摘要:富氮稠环类氮氧化物由于其平面共轭的分子骨架结构和共价氮氧键官能团,通常具有密度高、爆轰性能优异及感度适中等优点,因此,这类化合物已逐渐成为含能材料领域的研究热点。本研究综述了近十年来合成的20种富氮稠环类氮氧化物的分子结构、合成方法及理化性能等,比较了富氮稠环分子氮氧化前后的主要理化性能参数,为其合成及性能研究提供一定的参考。

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