CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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  • 纳米铝颗粒在不同炸药环境中氧化燃烧的分子动力学模拟
    含能材料 | 2023年第1期
  • 高通量计算与深度学习相结合的稠环含能化合物设计
    含能材料 | 2022年第12期
  • 不饱和聚酯包覆层流动及浇注的仿真模拟
    含能材料 | 2022年第11期
  • 一株高效降解苯胺菌Q6的分离鉴定及其降解特性
    含能材料 | 2022年第10期
  • 空心结构的Al/PTFE基反应材料构筑及其燃烧性能
    含能材料 | 2022年第9期
  • 基于新型氟碳黏合剂的固体推进剂燃烧性能
    含能材料 | 2022年第8期
  • 微小药量燃烧热测定装置及几种典型含能材料燃烧热的测量
    含能材料 | 2022年第7期
  • HMX含量对丁羟四组元推进剂团聚及凝聚相燃烧产物的影响
    含能材料 | 2022年第6期
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  • 含能材料是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行化学反应并输出能量的化合物或混合物,是军用炸药、发射药和火箭推进剂配方的重要组成部分。含能材料制备的绿色原子经济性及其生产过程中污染物的控制与资源化成为发展趋势。本专题面向节能减排和双碳国家重大战略需求,针对含能材料生产和使用过程中的三废、废旧炸药的回收利用、特种污染(如液体推进剂)废液处理等领域的环境化学问题的研究与探索,为研发出处理效果显著、经济环保、安全可靠、可持续发展性强的含能材料绿色化学提供理论依据和技术支撑。
  • 发展含能材料的3D打印技术成为近年来研究的热点,世界各国在该方向不断投入,取得了长足进步。2007年美国首次报道了3D打印技术在网络元件装药中的研究,后续在DAPRA计划支持下持续开展研究。英国国防部2015年启动“未来能量学”项目,投资1000万英镑,开发新型含能材料及3D打印技术、性能表征与数值模拟等研究,以期利用3D 打印技术高效制备新型高性能火炸药。美国海军、陆军、空军和国防后勤处于2016年制定并签订了国防部增材制造技术路线图,将3D打印技术定义为“改变游戏规则”的技术。LLNL国家实验室采用3D打印技术制备纳米含能材料,为微装药和研究燃烧反应机制提供新的方法。2018年LLNL采用3D打印技术制造PBX炸药半球,装药密度达到了理论密度的93%,验证了炸药半球的爆轰波传播稳定性。2020年3月17日,英国国防科学技术实验室优化了高能炸药3D打印技术,引入共振声混合技术提高混合效率与安全性。含能材料的3D打印技术,可在空间尺度上调控含能材料结构,具备复杂装药一体化连续制造、柔性制造、高度自动化制造能力,实现能量释放在时间和空间上可调可控,为推动正向设计研制模式发展提供了有效途径。
  • 固体推进剂主要由粘合剂、氧化剂(炸药)、金属燃料、增塑剂及功能助剂等组成,经过特定混合工艺和复杂的物理过程、化学反应等形成,其性能的优劣直接影响着航天器的效能。固体推进剂性能主要包括能量、燃烧、工艺、力学、安全、贮存老化等性能。固体推进剂关键技术主要包括关键原材料设计与制备技术、配方设计与仿真技术、燃烧与能量释放机制、力学与贮存稳定性、工艺扩试与安全控制、衬层界面粘结与绝热层一体化设计等。新材料、新技术、新工艺的创新发展不断促进固体推进剂技术的进步,不断拓展固体推进剂的功能和应用领域。高能量、高安全、强适应、低成本、智能化等发展方向需要系统研究固体推进剂基础科学问题和相关机制机理,尤其是燃烧、力学、工艺、贮存老化等关键核心技术的突破,将进一步推动固体推进剂专业技术领域的发展。
  • 热分析与量热技术是当前含能材料研究最为常用的技术手段之一,随着先进仪器设备的不断涌现,发展至今日已非常成熟。《热分析动力学》(胡荣祖等主编,科学出版社,第一版2001.8,第二版2008.1)、《含能材料热谱图》(董海山等编著,国防工业出版社,2002.1)、《含能材料热分析》(刘子如著,国防工业出版社,2008.11)及《量热学基础与应用》(胡荣祖等主编,科学出版社,2011.11)等几位本领域前辈的著作为热分析与量热技术在含能材料中的应用奠定了完善的理论基础和应用指导。针对含能材料细微的物理、化学变化,常伴有或多或少的能量吸收或释放,以及组成、结构形貌的改变,充分利用各种先进的热分析及联用技术、原位技术、微量热技术等,发挥1+1>2作用,使我们能够更加全面、快速、深刻地认识变化行为本质及规律,为含能材料的研发、安全生产、运储和应用等提供重要的理论依据。
  • 近日,中国兵工学会发布了《兵器科学与技术(武器工业)领域高质量科技期刊分级目录(2022版)》。《含能材料》喜获高质量科技期刊分级目录T2级,被认定具有较高水平的国际知名期刊。
  • 含能材料在军用和民用领域都占有重要地位,然而含能材料属于易燃易爆的危险物质,容易受到机械、热和静电等刺激而发生燃烧或爆炸。传统的含能材料合成、分离、提纯、细化和改性等化学与化工过程均采用宏观尺度的间歇式方法,产品质量一致性不易控制、线上爆炸物留存量大、本质安全性低。微流控技术采用亚毫米尺度连续流动的方式,有利于实现含能材料的精细化、桌面化制造,线上留存爆炸物少、本质安全性高。宏观间歇式方法由于生产量大等诸多优势,依然是含能材料合成与制备的主流方法。微流控方法是含能材料合成与制备的创新性技术,也是宏观间歇式方法的有效补充。
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    • 王飞, 马宏昊, 沈兆武

      优先出版日期:2023-01-13  DOI: 10.11943/CJEM2022199

      摘要:为了研究高温环境下胶体装药结构的安全防护问题及其爆炸特性变化,设计了由隔热外层、吸热胶体、乳化炸药组成的装药结构,采用物性测定、测温分析、爆炸测试技术(水下爆炸,爆速实验,胶体介质近场爆压测量)及现场实验(殉爆实验,炮孔传爆),分别研究了装药结构中3种胶体配比(高分子吸水树脂(SAP)质量比分别为0,0.5%和1%)与乳化炸药2种敏化方式(亚硝酸钠敏化、膨胀珍珠岩敏化)对隔热特性和爆炸性能的影响。结果表明:含0.5% SAP的胶体材料适用于装药结构,具有阻燃性、高比热容、低导热系数特性,隔热防护时间延长至55 min。水下爆炸与爆速实验中,随着水浴加热(100 ℃)时间的增加,2种敏化方式药包的各项爆轰参数(冲击波压力峰值、比冲量、爆速、爆炸总能量)均持续降低。受到乳化炸药破乳与敏化热点减少的双重影响,亚硝酸钠敏化型药包(EE-SN)的爆轰性能衰减比例高于膨胀珍珠岩敏化型药包(EE-EP)。加热2 h后,膨胀珍珠岩、亚硝酸钠敏化的药包爆炸总能量损失分别为4.76%,17.62%。在胶体介质近场爆压测量中,装药结构中胶体层会减弱爆炸冲击波强度。但现场实验爆破效果良好,且实现了装药结构30 mm殉爆、炮孔内稳定传爆,说明该胶体装药结构具有很好的高温爆破应用前景。

    • 牛凯博, 曹红松, 刘恒著, 史慧芳, 王兆国, 易茂光

      优先出版日期:2023-01-05  DOI: 10.11943/CJEM2022136

      摘要:顺序凝固工艺在熔铸装药中具有较大的应用需要。为探讨顺序凝固工艺参数对装药的影响,研究基于移动边界的建模方法,选用梯恩梯/黑索今(TNT/RDX,33.8/65)炸药,建立了模具入水顺序凝固过程模型,模拟研究了入水速度(0.15,0.20,0.25 mm·s-1)、水浴温度(30,40,50 ℃)、模具预热温度(60,70,80 ℃)3个主要参数对凝固过程温度场以及缩孔缺陷的影响,并基于这3个参数设计了三因素正交试验,对模拟所得缩孔体积以及其均值和极差进行了研究,得到了最优的工艺参数:模具入水速度为0.15 mm·s-1,水温50 ℃,模具预热温度60 ℃。模拟结果显示,入水速度对装药质量影响最大,其次是水浴温度和模具预热温度。相较于试验方案(模具入水速度为0.15 mm·s-1,水温50 ℃,模具预热温度70 ℃),正交设计的模拟优选方案可将缩孔体积减少74%,表明了相互匹配的工艺参数是提高装药质量的有效方法。

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    • 石峻豪, 张文全, 张庆华

      优先出版日期:2022-12-28  DOI: 10.11943/CJEM2022187

      摘要:高氮多环结构在协调含能化合物能量与安全性矛盾方面表现出极大潜力。呋咱环具有稳定性好、含氮量高、高正生成焓、易于达到氧平衡等特点,是设计高氮多环类含能分子的重要结构单元。含有呋咱环的多环类含能化合物的设计合成已经成为含能材料领域关注重点之一,得到广泛和深入研究。本文对基于呋咱环的稠环和联环含能化合物的分子结构、合成方法及理化性能等进行综述和评价,并对该类化合物的在高能低感单质炸药、耐热炸药或起爆药的应用前景进行了展望,为此类多环含能化合物的设计与合成提供一定的参考。

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    • 闫镒腾, 白森虎, 薛金强, 刘杉, 仝斌, 钱露, 吉应旭

      优先出版日期:2022-12-22  DOI: 10.11943/CJEM2022200

      摘要:聚叠氮缩水甘油醚(GAP)的燃烧热高、燃烧温度低、热稳定性好、燃气洁净以及与氧化剂相容性好,是传统惰性黏合剂端羟基聚丁二烯(HTPB)的有利替代品之一,在高能推进剂配方中广泛使用,但其分子链中存在大体积极性叠氮侧基,阻碍了分子链的运动,降低了主链的柔韧性,导致其力学性能尤其是低温力学性能较差。化学改性可以较好地调节GAP的性能,引起了国内外含能材料研究者们广泛关注。本文详细阐述了一步法、两步法GAP的合成工艺;论述了各种GAP的化学改性方法,阐明了不同结构与性能的关系,分析了存在的问题和不足,展望了未来开发可控易行、绿色环保的高分子量GAP合成策略、性能研究方法以及在高能热塑性弹性体方面的应用前景。

    • 王志强, 张浩斌, 刘渝, 胡双启, 胡立双, 徐金江

      优先出版日期:2022-12-22  DOI: 10.11943/CJEM2022122

      摘要:六硝基六氮杂异伍兹烷(CL?-20)的晶型转变与控制技术是含能材料领域的热点,也是其应用推广时必须解决的关键问题。为了更加深入掌握不同晶体特性ε?-CL?-20的晶型转变规律与机制,采用原位X射线粉末衍射仪技术,对其热晶变行为及等温晶变动力学进行研究,探讨了晶体表面及内部缺陷对CL?-20的εγ热晶变行为的影响,计算了不同晶体特性ε?-CL?-20的等温晶变动力学并获得了相关参数。结果表明,温度是影响ε?-CL?-20热晶变的主导因素,对于几十到几百微米的ε?-CL?-20,随着晶体内部及表面缺陷的增多,热晶变起始温度降低、热晶变速率增大。与粒径100 μm的ε?-CL?-20晶体相比,超细ε?-CL?-20(0.5~1 μm)的热晶变起始温度更高,热晶变速率也较快,并从晶体缺陷的两面性解释了超细ε?-CL?-20的异常热晶变行为。CL?-20在热刺激作用下发生εγ晶变时,晶体的表面缺陷及内部缺陷作为相变过程的薄弱环节对其有诱导作用,γ晶型在ε?-CL?-20晶体上成核势垒较低的空位、杂质或位错等缺陷处优先成核,随后在这些位置逐渐长大。

    • 张倩, 段秉蕙, 谭博军, 卢先明, 王伯周, 刘宁

      优先出版日期:2022-12-21  DOI: 10.11943/CJEM2022248

      摘要:为探索兼具良好耐热性能和安全性能的新型含能材料,以1-氯-2,4,6-三硝基-3,5-二氨基苯和4H,8H-双呋咱并吡嗪为原料,经取代反应合成了4,8-二(2,4,6-三硝基-3,5-二氨基苯基)双呋咱并吡嗪(NADFP)。采用核磁共振(氢谱、碳谱)、红外光谱、元素分析等测试方法对化合物结构进行了表征。通过溶剂挥发法培养获得NADFP与NN′-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂合物的单晶NADFP·DMF,利用X-射线单晶衍射法进行解析。结果表明,NADFP·DMF属单斜晶系,P21/c空间群,a=7.854(3) ?,b=18.466(6) ?, c=11.093(3) ?,ρ=1.640 g·cm-3。使用Hirshfeld表面分析法计算了分子内/分子间作用力,显示氢键占比高达53.5%。采用差示扫描量热法(DSC)和热失重法(TG/DTG)研究了NADFP的热分解性能,结果显示热分解峰温为337.2 ℃和368.8 ℃。研究了NADFP的理论爆轰性能和机械感度,密度为1.81 g·cm-3,固相生成热827.1 kJ·mol-1,理论爆速7968 m·s-1,理论爆压27.5 GPa,撞击感度大于40 J,摩擦感度大于360 N。其综合性能显著优于常用耐热炸药六硝基菧。

    • 张思宇, 龙婷, 刘天林, 黄明, 李金勇, 杨海君

      优先出版日期:2022-12-19  DOI: 10.11943/CJEM2022042

      摘要:为了简便合成五唑钠,采用环化/C—N切断“一锅法”合成了五唑钠,并对其合成方法和条件进行了研究。采用红外、核磁、质谱或离子色谱等对氯化重氮盐4a、四氟硼酸重氮盐4b及五唑钠进行了表征分析。结果表明:采用环化/C—N切断“一锅法”可简便地合成五唑钠;以氯化重氮盐4a合成五唑钠的适宜反应条件为:NaHCO3与2,6-二甲基-4-氨基苯酚(1)的摩尔比为0.6∶1,环化温度-45 ℃,环化时间2 h,C—N切断反应温度-35 ℃,C—N切断反应时间24 h,m-CPBA与化合物4a的摩尔比为3∶1;以四氟硼酸重氮盐4b合成五唑钠的适宜反应条件为:NaHCO3与化合物4b的摩尔比为0.3∶1,环化温度-45 ℃,环化时间7 h,C—N切断反应温度-35 ℃,C—N切断反应时间24 h,m-CPBA与化合物4b的摩尔比为4∶1;采用乙醇提取法可简便分离得到五唑钠,纯度达98.87%(面积归一法)。

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    • 顾伯南, 徐建勇, 石伟, 宋长坤, 俞春培, 程鹤, 叶家海, 任炜, 张文超

      优先出版日期:2022-12-07  DOI: 10.11943/CJEM2022216

      摘要:作为电火工品的核心部件,换能元直接影响着电火工品的安全性和可靠性。电火工品结构微型化、换能信息化、序列集成化的发展趋势对于换能元提出了更高的技术要求。如何实现在低能量刺激下可靠发火,同时提升换能元的点火输出能力,即如何实现电火工品换能元的效能提升成为目前火工品换能器件研究的重要课题之一。为此,本文从换能元基底和电阻材料的优选、发火结构优化设计、自含能一体化增效以及含能薄膜复合增效等角度,综述了近年来电火工品换能元低能发火与输出增效的最新研究进展。在此基础上,讨论了未来开展换能元增效研究的重点:建立换能元材料参数基因库,借助机器学习算法等手段提高换能元发火结构优化设计的效率,针对宽带隙半导体材料等开展新换能体制的基础研究,探索含能金属有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)、含能钙钛矿等新型含能薄膜材料在换能元上的集成制备。

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    • 程万里, 高鹏, 吕春玲, 余思禹, 柳梦辉, 谢木阳

      优先出版日期:2022-11-18  DOI: 10.11943/CJEM2022194

      摘要:为探究改性双基推进剂的热安全特性,采用差示扫描量热法(DSC)对黑索今(RDX)含量分别为0,18%,46%和54.6%的改性双基推进剂的热分解行为进行了研究,得到了升温速率2,5,10 ℃·min-1和20 ℃·min-1下的热分解温度。通过热反应动力学分析计算了其表观活化能、指前因子、反应速率、吉布斯自由能、活化焓及活化熵,分析了RDX含量对双基组分及表观活化能的影响规律。通过慢速烤燃和5 s爆发点试验得到不同RDX含量改性双基推进剂的响应特性。结果表明,配方中RDX含量为18%时,表观活化能最大,慢速烤燃和5 s爆发点响应温度和响应剧烈程度最低;随着RDX含量的增加,DSC第一分解峰温后移,表观活化能降低,双基推进剂的慢速烤燃响应温度向高温方向移动,体系热敏感性降低,但响应等级随之提升;当RDX含量在46%及以上时,响应等级为爆炸,不能通过慢速烤燃试验考核;5 s爆发点温度随着RDX含量的增加向高温方向移动,且上升趋势较为明显,改性双基推进剂的热安定性有所提升。

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    • 刘意, 朱瑞, 时嘉辉, 韩凯, 武碧栋, 安崇伟, 王晶禹

      优先出版日期:2022-11-17  DOI: 10.11943/CJEM2022184

      摘要:为了获得形状规则、流散性好和粒径均一的球形化造型粉,采用液滴微流控技术,研究了不同黏结剂对2,2′,4,4′,6,6′-六硝基二苯基乙烯(HNS)复合微球性能的影响。分别选取氟橡胶(F2604)、硝化棉(NC)和聚叠氮缩水甘油醚(GAP)对亚微米HNS进行球形化造粒制备,成功制备出亚微米级HNS/F2604(95/5)、HNS/NC(95/5)和HNS/GAP(95/5)复合微球。通过扫描电镜、X射线衍射仪、比表面积、热分析仪、真密度测试仪和机械感度测试仪等对微球进行测试和表征。结果表明:3种黏结剂均能制得球形度高、单分散性好、粒径分布窄的HNS复合微球,平均圆形度分别为0.934、0.915、0.925,D50分别为45.39、58.68、45.43 μm(跨度均小于0.55),热分解峰温分别为354.44、349.53、339.37 ℃。球形化过程使微球真密度分别增加到1.9408,1.9383,1.9204 g?cm-3,有效提高了HNS装药性能。微球堆积形成的锥角分别为27°,24.3°,24°,流散性好。与亚微米HNS相比,3种微球撞击感度分别提高了5.5,4,3.5 J,摩擦感度分别提高了52,36,4 N,安全性更好。

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    • 黄鑫, 张朝阳

      优先出版日期:2022-11-04  DOI: 10.11943/CJEM2022177

      摘要:高精度计算水平下的量子化学数据对于含能化合物的设计、合成以及表征具有重要意义。因此,建立含能化合物量子化学数据库,收集含能化合物在高精度计算水平下的量子化学数据,既能够避免重复性的计算研究与资源消耗,也保证了数据质量以便进行深入分析及知识挖掘,进而获得可靠的含能化合物结构与性质的分析预测模型。本文总结并梳理近年来量子化学计算所获得的含能化合物关键性结构和性质数据种类、数据库与高通量虚拟筛选相结合的含能化合物分子设计进展;并从量子化学计算标准与数据模型的选择、数据库以及数据库管理系统的开发等角度,对含能化合物量子化学计算数据库的设计与应用进行了展望,包括:(1)明确基准计算方法与性质预测模型以产生本领域专用性的数据;(2)建立开放共享的数据库以实现与高通量虚拟筛选相结合;(3)开发数据库管理系统以实现查询、获取与知识挖掘,以期为含能化合物量子化学数据库的设计及实际应用提供有益的参考。

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    • 冯博, 冯晓军, 张坤, 薛乐星, 潘文, 陶俊, 王晓峰

      优先出版日期:2022-11-01  DOI: 10.11943/CJEM2021225

      摘要:采用干混法和溶剂-非溶剂重结晶法分别制备了1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(HATO)和高氯酸铵(AP)的混合物和复合物,通过扫描电子显微镜(SEM)和国军标方法分析了HATO、AP、HATO+AP混合物以及HATO-AP复合物的微观形貌和机械感度,并试验对比了它们的点火和燃烧压力特性,结合热重-质谱(TG-MS)分析结果讨论了HATO-AP复合物的反应特性。结果表明,HATO-AP复合物中可能存在HATO和AP共晶、混晶或者相互包覆的情况,使其机械感度相比HATO+AP混合物大幅降低。HATO的燃烧压力峰值和压力上升速率均远高于AP,而HATO-AP复合物能够消除AP的不利影响,使其燃烧压力峰值比HATO提高17.3%。由于HATO-AP复合物实现了2种材料在更小的微观尺度上良好接触,复合物中HATO与AP两分子趋向于直接反应,反应过程中N元素可能直接通过反应生成NH3、HCN、NO或者其它NOx,而反应过程不再有N2生成,复合物反应历程的改变可能导致其具有不同的燃烧压力特性。

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    • 黄亚飞, 邓小良, 柏劲松

      优先出版日期:2022-10-26  DOI: 10.11943/CJEM2022145

      摘要:为了研究包覆结构对高聚物粘结炸药(PBX)动态损伤的影响,基于非局域近场动力学理论(Peridynamics, PD),结合Voronoi方法构建了含单层或双层包覆结构的高聚物粘结炸药(Polymer bonded explosive, PBX)的PD计算模型,模拟了不同加载条件下PBX的损伤响应。模拟结果显示,相比单层包覆而言,双层包覆结构能够明显降低PBX中HMX晶粒的损伤。HMX晶粒采用单层包覆结构时,损伤模式主要表现为穿晶损伤,采用双层包覆结构时,损伤模式转变为沿晶损伤。研究还得到了双层包覆结构下不同包覆材料对HMX损伤影响的定量结果,并据此得到了不同包覆结构的性能排序。同时发现包覆结构能够影响HMX晶粒内应力状态,从而影响HMX损伤程度。

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    • 王少卿, 尹宏权, 马卿, 陈甫雪

      优先出版日期:2022-10-21  DOI: 10.11943/CJEM2022159

      摘要:将氟偕二硝基甲基引入至含能化合物分子中,不但可以提高含能化合物的氧平衡、密度和爆轰性能,还可能提高化合物的热稳定性、降低机械感度。构建含氟偕二硝基甲基基团的含能化合物成为新型高能低感含能材料领域的研究热点。通过对近20年来含有氟偕二硝基甲基的含能化合物综述,总结氟偕二硝基甲基类含能化合物的合成方法,分析比较这类化合物的分子结构、理化性质和爆轰性能,为新颖氟偕二硝基甲基化合物的分子设计、合成研究提供参考。

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    • 王成爱, 许建兵, 沈云, 王悦听, 沈瑞琪, 叶迎华

      优先出版日期:2022-09-26  DOI: 10.11943/CJEM2021226

      摘要:为了研究温度对半导体桥(SCB)电爆和点火的影响,采用电容放电激励的方式,研究了SCB在环境温度分别为25 ℃和-40 ℃的电爆特性,建立数学模型并探讨了环境温度对SCB电爆的影响;开展了以Al/CuO纳米铝热剂为点火药剂的SCB点火感度实验,在环境温度为25 ℃和-40 ℃测试了Al/CuO纳米铝热剂的点火温度,并采用Neyer D最优化法测试SCB点火感度。结果发现,当充电电压由30 V增加至50 V时,电爆延迟时间差值由0.47 μs降低至0.25 μs,电爆所需能量的差值由0.16 mJ增加至0.65 mJ,表明随着充电电压的增加,环境温度对电爆延迟时间的影响减小,对电爆所需能量的影响增大;并发现不同温度下Al/CuO纳米铝热剂点火温度没有显著差异,为740.7 ℃;-40 ℃时的SCB临界发火电压比25 ℃时高0.6 V。

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    • 张俊林, 周静, 折巍青, 王伯周

      优先出版日期:2022-09-21  DOI: 10.11943/CJEM2022068

      摘要:氧化呋咱是蕴含“潜硝基”片段的富氮芳环结构,其骨架致密性与突出的生成焓水平使其成为含能材料等领域的重要分子骨架。特殊的氮氧原子排布显著提升了氧化呋咱互变异构的倾向,而互变异构体的存在降低了氧化呋咱骨架的稳定性同时增加了其合成的难度。本文综述了基于不同策略的氧化呋咱的合成方法研究,以氧化呋咱骨架本身的制备反应机理为重点,分析比较了不同合成方法的优势与不足,并进一步总结了以氧化呋咱合成策略为基础的含能化合物研发进展。鉴于氧化呋咱本身的高致密性、高氧平衡、高生成焓特点,以氧化呋咱结构为基础的含能结构仍将是高能量密度材料研发的重点方向。

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    • 刘洋, 陈亚红, 苟瑞君, 张树海

      优先出版日期:2022-08-26  DOI: 10.11943/CJEM2022131

      摘要:三唑类含能化合物是近些年发展的一类新型含能化合物,具有高生成焓、高氮含量和高热稳定性的特点。本文从分子结构出发,综述了单三唑类、双三唑类、吡唑基三唑类、噁二唑基三唑类和四唑基三唑类等40余系列含能化合物的最新合成研究成果,对部分化合物性能进行了阐述。并结合三唑类含能化合物的性能特点,指出基于构效关系设计新型三唑化合物,平衡能量-安全间的矛盾关系,是发展高能钝感三唑含能化合物的有效策略;在此基础上,设计合成笼状三唑含能化合物是较具潜力的发展方向,并提出筛选综合性能优异的三唑化合物开展应用研究。

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    • 程健, 张泽华, 李福伟, 汪辉, 叶迎华, 沈瑞琪

      优先出版日期:2022-08-19  DOI: 10.11943/CJEM2022089

      摘要:微波作为一种清洁能源,因其独特的穿透性可在体积内与含能材料相互作用,安全性高,在含能材料中应用广泛。本文从微波在含能材料测试中的应用、微波辅助合成含能材料、微波激发含能材料以及微波增强推进剂燃烧等进行了总结,指出了微波辅助合成含能材料机理尚不明确、微波敏化炸药中引入的吸波材料较单一、微波增强燃烧只适用于部分推进剂等问题,提出了未来的发展方向:扩充吸波材料种类、通过纳米铝热剂的微波点火来激发非金属含能材料以及实现微波装置的灵巧、便捷性。

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    • 宋育芳, 肖乐勤, 李纯志, 唐方圆, 龙义强, 周伟良

      优先出版日期:2022-07-22  DOI: 10.11943/CJEM2021301

      摘要:低敏感发射药的研究对于提高武器系统的生存能力和安全性能有重要的意义。以硝化棉(NC)和低感聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为黏结剂、低感N-丁基硝氧乙基酰胺(Bu-NENA)为含能增塑剂、黑索今(RDX)为高能填料,石墨为导热助剂,制备了一种发射药(IM发射药)。对其理化、燃烧、力学和感度性能进行研究,通过慢速烤燃、快速烤燃、子弹撞击、破片撞击以及殉爆试验对该IM发射药的不敏感性能进行评估。结果表明,该IM发射药在定容燃烧下燃烧过程稳定,实测火药力为1050 kJ·kg-1,理论爆温为2677 K;-40 ℃下抗冲击强度和抗压强度分别为8.2 kJ·m-2和131.5 MPa;与太根发射药的感度相比(H50=16.33 cm,P=100%,V50=2.02 kV),IM发射药的撞击(H50=62.62 cm)、摩擦(P=28%)和静电感度(V50=1.95 kV)有明显降低;IM发射药在慢速烤燃、快速烤燃、子弹撞击、破片撞击以及殉爆试验中均未发生爆燃或爆炸,只发生燃烧反应,具有良好的不敏感性。

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    • 裴红波, 李淑睿, 郭文灿, 张旭, 郑贤旭

      优先出版日期:2022-07-15  DOI: 10.11943/CJEM2021285

      摘要:为了研究铝粉对黑索今(RDX)基含铝炸药冲击起爆性能的影响,采用基于反向撞击法的炸药冲击起爆性能测试方法,对铝粉含量分别为0、15%和30%的3种RDX基含铝炸药(RDX/Al)的冲击起爆性能进行了对比研究。该测试方法采用火炮加载平台驱动炸药样品撞击LiF窗口,并利用光子多普勒测速仪测量了炸药与窗口界面粒子速度的变化历程。实验结果表明,该测试方法具有较高的测试精度(3%)和时间分辨率(5 ns),且对炸药样品的制备要求较低。在相同加载条件下,铝粉含量越高,含铝炸药冲击起爆反应增长越慢,与RDX炸药相比,铝粉含量为30%的RDX基含铝炸药的界面粒子速度达到峰值所需的反应时间增加了47%,表明铝粉的加入使得炸药冲击波感度明显降低,铝粉在含铝炸药冲击起爆过程中主要起到能量稀释的作用。

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    • 于志宏, 饶文军, 宋小兰, 寇勇, 王毅, 安崇伟

      优先出版日期:2022-07-05  DOI: 10.11943/CJEM2022059

      摘要:采用静电喷雾方法制备了2,4,6-三硝基-3-溴苯甲醚(TNBA)与1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)不同质量比的低共熔物。根据低共熔物的差示扫描量热(DSC)曲线绘制了二元温度-组成(T-X)、熔融焓-组成(H-X)相图,从而得到最低共熔物的质量比。采用扫描电镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)、高效液相色谱(HPLC)、X射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、DSC和热重-质谱联用(TG-MS)等方法对最低共熔物形貌、组分含量、元素分布、晶体结构和热分解性质进行了研究,并对最低共熔物的机械感度、热感度和爆轰性能进行了测试和理论计算。结果表明:TNBA/TNAZ最低共熔物的最佳质量比为60.95∶39.05;其微观形貌无尖锐棱角,组分比例与静电喷雾前一致,表面元素分布均匀,晶体结构与原料基本一致;低共熔温度为350.18 K,相比原料TNBA、TNAZ降低了22.72 K和24.82 K;热分解反应速率常数为0.33 s-1,活化焓为60.10 kJ?mol-1,活化能为64.44 kJ?mol-1,活化吉布斯自由能为135.21 kJ?mol-1,活化熵为-143.78 J?(mol?K)-1;最低共熔物的撞击感度(H50)为42 cm,摩擦感度(FS)为20%,5 s爆发点温度为558 K;爆轰性能(氧平衡-34.83%,爆热5101.78 kJ?kg-1,爆速7598.37 m?s-1)介于原料TNBA与TNAZ之间,理论爆轰产物主要为N2、C(d)、CO、CO2及H2O。

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    • 于志宏, 饶文军, 宋小兰, 寇勇, 王毅, 安崇伟

      优先出版日期:2022-07-05  DOI: 10.11943/CJEM2022059

      摘要:采用静电喷雾方法制备了2,4,6-三硝基-3-溴苯甲醚(TNBA)与1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)不同质量比的低共熔物。根据低共熔物的差示扫描量热(DSC)曲线绘制了二元温度-组成(T-X)、熔融焓-组成(H-X)相图,从而得到最低共熔物的质量比。采用扫描电镜(SEM)、能量色散光谱(EDS)、高效液相色谱(HPLC)、X射线粉末衍射(XRD)、红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、DSC和热重-质谱联用(TG-MS)等方法对最低共熔物形貌、组分含量、元素分布、晶体结构和热分解性质进行了研究,并对最低共熔物的机械感度、热感度和爆轰性能进行了测试和理论计算。结果表明:TNBA/TNAZ最低共熔物的最佳质量比为60.95∶39.05;其微观形貌无尖锐棱角,组分比例与静电喷雾前一致,表面元素分布均匀,晶体结构与原料基本一致;低共熔温度为350.18 K,相比原料TNBA、TNAZ降低了22.72 K和24.82 K;热分解反应速率常数为0.33 s-1,活化焓为60.10 kJ?mol-1,活化能为64.44 kJ?mol-1,活化吉布斯自由能为135.21 kJ?mol-1,活化熵为-143.78 J?(mol?K)-1;最低共熔物的撞击感度(H50)为42 cm,摩擦感度(FS)为20%,5 s爆发点温度为558 K;爆轰性能(氧平衡-34.83%,爆热5101.78 kJ?kg-1,爆速7598.37 m?s-1)介于原料TNBA与TNAZ之间,理论爆轰产物主要为N2、C(d)、CO、CO2及H2O。

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    • 程万里, 高鹏, 吕春玲, 余思禹, 柳梦辉, 谢木阳

      优先出版日期:2022-11-18  DOI: 10.11943/CJEM2022194

      摘要:为探究改性双基推进剂的热安全特性,采用差示扫描量热法(DSC)对黑索今(RDX)含量分别为0,18%,46%和54.6%的改性双基推进剂的热分解行为进行了研究,得到了升温速率2,5,10 ℃·min-1和20 ℃·min-1下的热分解温度。通过热反应动力学分析计算了其表观活化能、指前因子、反应速率、吉布斯自由能、活化焓及活化熵,分析了RDX含量对双基组分及表观活化能的影响规律。通过慢速烤燃和5 s爆发点试验得到不同RDX含量改性双基推进剂的响应特性。结果表明,配方中RDX含量为18%时,表观活化能最大,慢速烤燃和5 s爆发点响应温度和响应剧烈程度最低;随着RDX含量的增加,DSC第一分解峰温后移,表观活化能降低,双基推进剂的慢速烤燃响应温度向高温方向移动,体系热敏感性降低,但响应等级随之提升;当RDX含量在46%及以上时,响应等级为爆炸,不能通过慢速烤燃试验考核;5 s爆发点温度随着RDX含量的增加向高温方向移动,且上升趋势较为明显,改性双基推进剂的热安定性有所提升。

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    • 冯博, 冯晓军, 张坤, 薛乐星, 潘文, 陶俊, 王晓峰

      优先出版日期:2022-11-01  DOI: 10.11943/CJEM2021225

      摘要:采用干混法和溶剂-非溶剂重结晶法分别制备了1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(HATO)和高氯酸铵(AP)的混合物和复合物,通过扫描电子显微镜(SEM)和国军标方法分析了HATO、AP、HATO+AP混合物以及HATO-AP复合物的微观形貌和机械感度,并试验对比了它们的点火和燃烧压力特性,结合热重-质谱(TG-MS)分析结果讨论了HATO-AP复合物的反应特性。结果表明,HATO-AP复合物中可能存在HATO和AP共晶、混晶或者相互包覆的情况,使其机械感度相比HATO+AP混合物大幅降低。HATO的燃烧压力峰值和压力上升速率均远高于AP,而HATO-AP复合物能够消除AP的不利影响,使其燃烧压力峰值比HATO提高17.3%。由于HATO-AP复合物实现了2种材料在更小的微观尺度上良好接触,复合物中HATO与AP两分子趋向于直接反应,反应过程中N元素可能直接通过反应生成NH3、HCN、NO或者其它NOx,而反应过程不再有N2生成,复合物反应历程的改变可能导致其具有不同的燃烧压力特性。

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    • 程健, 张泽华, 李福伟, 汪辉, 叶迎华, 沈瑞琪

      优先出版日期:2022-08-19  DOI: 10.11943/CJEM2022089

      摘要:微波作为一种清洁能源,因其独特的穿透性可在体积内与含能材料相互作用,安全性高,在含能材料中应用广泛。本文从微波在含能材料测试中的应用、微波辅助合成含能材料、微波激发含能材料以及微波增强推进剂燃烧等进行了总结,指出了微波辅助合成含能材料机理尚不明确、微波敏化炸药中引入的吸波材料较单一、微波增强燃烧只适用于部分推进剂等问题,提出了未来的发展方向:扩充吸波材料种类、通过纳米铝热剂的微波点火来激发非金属含能材料以及实现微波装置的灵巧、便捷性。

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    • 黄亚飞, 邓小良, 柏劲松

      优先出版日期:2022-10-26  DOI: 10.11943/CJEM2022145

      摘要:为了研究包覆结构对高聚物粘结炸药(PBX)动态损伤的影响,基于非局域近场动力学理论(Peridynamics, PD),结合Voronoi方法构建了含单层或双层包覆结构的高聚物粘结炸药(Polymer bonded explosive, PBX)的PD计算模型,模拟了不同加载条件下PBX的损伤响应。模拟结果显示,相比单层包覆而言,双层包覆结构能够明显降低PBX中HMX晶粒的损伤。HMX晶粒采用单层包覆结构时,损伤模式主要表现为穿晶损伤,采用双层包覆结构时,损伤模式转变为沿晶损伤。研究还得到了双层包覆结构下不同包覆材料对HMX损伤影响的定量结果,并据此得到了不同包覆结构的性能排序。同时发现包覆结构能够影响HMX晶粒内应力状态,从而影响HMX损伤程度。

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    • 刘意, 朱瑞, 时嘉辉, 韩凯, 武碧栋, 安崇伟, 王晶禹

      优先出版日期:2022-11-17  DOI: 10.11943/CJEM2022184

      摘要:为了获得形状规则、流散性好和粒径均一的球形化造型粉,采用液滴微流控技术,研究了不同黏结剂对2,2′,4,4′,6,6′-六硝基二苯基乙烯(HNS)复合微球性能的影响。分别选取氟橡胶(F2604)、硝化棉(NC)和聚叠氮缩水甘油醚(GAP)对亚微米HNS进行球形化造粒制备,成功制备出亚微米级HNS/F2604(95/5)、HNS/NC(95/5)和HNS/GAP(95/5)复合微球。通过扫描电镜、X射线衍射仪、比表面积、热分析仪、真密度测试仪和机械感度测试仪等对微球进行测试和表征。结果表明:3种黏结剂均能制得球形度高、单分散性好、粒径分布窄的HNS复合微球,平均圆形度分别为0.934、0.915、0.925,D50分别为45.39、58.68、45.43 μm(跨度均小于0.55),热分解峰温分别为354.44、349.53、339.37 ℃。球形化过程使微球真密度分别增加到1.9408,1.9383,1.9204 g?cm-3,有效提高了HNS装药性能。微球堆积形成的锥角分别为27°,24.3°,24°,流散性好。与亚微米HNS相比,3种微球撞击感度分别提高了5.5,4,3.5 J,摩擦感度分别提高了52,36,4 N,安全性更好。

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    • 张俊林, 周静, 折巍青, 王伯周

      优先出版日期:2022-09-21  DOI: 10.11943/CJEM2022068

      摘要:氧化呋咱是蕴含“潜硝基”片段的富氮芳环结构,其骨架致密性与突出的生成焓水平使其成为含能材料等领域的重要分子骨架。特殊的氮氧原子排布显著提升了氧化呋咱互变异构的倾向,而互变异构体的存在降低了氧化呋咱骨架的稳定性同时增加了其合成的难度。本文综述了基于不同策略的氧化呋咱的合成方法研究,以氧化呋咱骨架本身的制备反应机理为重点,分析比较了不同合成方法的优势与不足,并进一步总结了以氧化呋咱合成策略为基础的含能化合物研发进展。鉴于氧化呋咱本身的高致密性、高氧平衡、高生成焓特点,以氧化呋咱结构为基础的含能结构仍将是高能量密度材料研发的重点方向。

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    • 闫镒腾, 白森虎, 薛金强, 刘杉, 仝斌, 钱露, 吉应旭

      优先出版日期:2022-12-22  DOI: 10.11943/CJEM2022200

      摘要:聚叠氮缩水甘油醚(GAP)的燃烧热高、燃烧温度低、热稳定性好、燃气洁净以及与氧化剂相容性好,是传统惰性黏合剂端羟基聚丁二烯(HTPB)的有利替代品之一,在高能推进剂配方中广泛使用,但其分子链中存在大体积极性叠氮侧基,阻碍了分子链的运动,降低了主链的柔韧性,导致其力学性能尤其是低温力学性能较差。化学改性可以较好地调节GAP的性能,引起了国内外含能材料研究者们广泛关注。本文详细阐述了一步法、两步法GAP的合成工艺;论述了各种GAP的化学改性方法,阐明了不同结构与性能的关系,分析了存在的问题和不足,展望了未来开发可控易行、绿色环保的高分子量GAP合成策略、性能研究方法以及在高能热塑性弹性体方面的应用前景。

    • 张思宇, 龙婷, 刘天林, 黄明, 李金勇, 杨海君

      优先出版日期:2022-12-19  DOI: 10.11943/CJEM2022042

      摘要:为了简便合成五唑钠,采用环化/C—N切断“一锅法”合成了五唑钠,并对其合成方法和条件进行了研究。采用红外、核磁、质谱或离子色谱等对氯化重氮盐4a、四氟硼酸重氮盐4b及五唑钠进行了表征分析。结果表明:采用环化/C—N切断“一锅法”可简便地合成五唑钠;以氯化重氮盐4a合成五唑钠的适宜反应条件为:NaHCO3与2,6-二甲基-4-氨基苯酚(1)的摩尔比为0.6∶1,环化温度-45 ℃,环化时间2 h,C—N切断反应温度-35 ℃,C—N切断反应时间24 h,m-CPBA与化合物4a的摩尔比为3∶1;以四氟硼酸重氮盐4b合成五唑钠的适宜反应条件为:NaHCO3与化合物4b的摩尔比为0.3∶1,环化温度-45 ℃,环化时间7 h,C—N切断反应温度-35 ℃,C—N切断反应时间24 h,m-CPBA与化合物4b的摩尔比为4∶1;采用乙醇提取法可简便分离得到五唑钠,纯度达98.87%(面积归一法)。

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    • 王志强, 张浩斌, 刘渝, 胡双启, 胡立双, 徐金江

      优先出版日期:2022-12-22  DOI: 10.11943/CJEM2022122

      摘要:六硝基六氮杂异伍兹烷(CL?-20)的晶型转变与控制技术是含能材料领域的热点,也是其应用推广时必须解决的关键问题。为了更加深入掌握不同晶体特性ε?-CL?-20的晶型转变规律与机制,采用原位X射线粉末衍射仪技术,对其热晶变行为及等温晶变动力学进行研究,探讨了晶体表面及内部缺陷对CL?-20的εγ热晶变行为的影响,计算了不同晶体特性ε?-CL?-20的等温晶变动力学并获得了相关参数。结果表明,温度是影响ε?-CL?-20热晶变的主导因素,对于几十到几百微米的ε?-CL?-20,随着晶体内部及表面缺陷的增多,热晶变起始温度降低、热晶变速率增大。与粒径100 μm的ε?-CL?-20晶体相比,超细ε?-CL?-20(0.5~1 μm)的热晶变起始温度更高,热晶变速率也较快,并从晶体缺陷的两面性解释了超细ε?-CL?-20的异常热晶变行为。CL?-20在热刺激作用下发生εγ晶变时,晶体的表面缺陷及内部缺陷作为相变过程的薄弱环节对其有诱导作用,γ晶型在ε?-CL?-20晶体上成核势垒较低的空位、杂质或位错等缺陷处优先成核,随后在这些位置逐渐长大。

    • 宋育芳, 肖乐勤, 李纯志, 唐方圆, 龙义强, 周伟良

      优先出版日期:2022-07-22  DOI: 10.11943/CJEM2021301

      摘要:低敏感发射药的研究对于提高武器系统的生存能力和安全性能有重要的意义。以硝化棉(NC)和低感聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为黏结剂、低感N-丁基硝氧乙基酰胺(Bu-NENA)为含能增塑剂、黑索今(RDX)为高能填料,石墨为导热助剂,制备了一种发射药(IM发射药)。对其理化、燃烧、力学和感度性能进行研究,通过慢速烤燃、快速烤燃、子弹撞击、破片撞击以及殉爆试验对该IM发射药的不敏感性能进行评估。结果表明,该IM发射药在定容燃烧下燃烧过程稳定,实测火药力为1050 kJ·kg-1,理论爆温为2677 K;-40 ℃下抗冲击强度和抗压强度分别为8.2 kJ·m-2和131.5 MPa;与太根发射药的感度相比(H50=16.33 cm,P=100%,V50=2.02 kV),IM发射药的撞击(H50=62.62 cm)、摩擦(P=28%)和静电感度(V50=1.95 kV)有明显降低;IM发射药在慢速烤燃、快速烤燃、子弹撞击、破片撞击以及殉爆试验中均未发生爆燃或爆炸,只发生燃烧反应,具有良好的不敏感性。

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    • 张倩, 段秉蕙, 谭博军, 卢先明, 王伯周, 刘宁

      优先出版日期:2022-12-21  DOI: 10.11943/CJEM2022248

      摘要:为探索兼具良好耐热性能和安全性能的新型含能材料,以1-氯-2,4,6-三硝基-3,5-二氨基苯和4H,8H-双呋咱并吡嗪为原料,经取代反应合成了4,8-二(2,4,6-三硝基-3,5-二氨基苯基)双呋咱并吡嗪(NADFP)。采用核磁共振(氢谱、碳谱)、红外光谱、元素分析等测试方法对化合物结构进行了表征。通过溶剂挥发法培养获得NADFP与NN′-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂合物的单晶NADFP·DMF,利用X-射线单晶衍射法进行解析。结果表明,NADFP·DMF属单斜晶系,P21/c空间群,a=7.854(3) ?,b=18.466(6) ?, c=11.093(3) ?,ρ=1.640 g·cm-3。使用Hirshfeld表面分析法计算了分子内/分子间作用力,显示氢键占比高达53.5%。采用差示扫描量热法(DSC)和热失重法(TG/DTG)研究了NADFP的热分解性能,结果显示热分解峰温为337.2 ℃和368.8 ℃。研究了NADFP的理论爆轰性能和机械感度,密度为1.81 g·cm-3,固相生成热827.1 kJ·mol-1,理论爆速7968 m·s-1,理论爆压27.5 GPa,撞击感度大于40 J,摩擦感度大于360 N。其综合性能显著优于常用耐热炸药六硝基菧。

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    2023年第31卷第1期      

      >制备与性能
    • 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(4)为原料,分别与3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)及其它高氮类硝胺化合物构筑的富氮阴离子结合制备了一系列含能离子盐(5~11)。运用核磁共振、元素分析和红外光谱等分析方法对化合物(5~11)进行了结构表征,结合量子计算对3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮的4,7-二氨基哒嗪并[4,5-c]氧化呋咱盐(6)进行15N NMR谱分析,并通过X-射线单晶衍射技术对5,5′-二硝氨基-3,3′-偶氮-1,2,4-噁二唑的4,7-二氨基哒嗪并[4,5-c]氧化呋咱盐(9)进行晶体结构解析。通过Explo5软件计算得到化合物的爆轰性能;采用BAM法测得化合物的撞击和摩擦感度。结果发现,5硝氨基四唑的4,7-二氨基哒嗪并[4,5-c]氧化呋咱盐(5)具有优异的爆轰性能和较低的感度,其爆速爆压分别为8816 m·s-1和32.1 GPa,撞击感度和摩擦感度分别为15 J和200 N。

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    • 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。

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    • 金戊静, 耶金, 曾见有, 安静, 马海霞

      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。

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    • 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。

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    • 宋江伟, 杨文进, 张军旗, 张劲松, 徐森

      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。

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    • 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。

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    • >计算与模拟
    • 钟凯, 张朝阳

      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。

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    • 王生辉, 巨荣辉, 罗一鸣, 肖继军, 马海霞

      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。

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    • 马天一, 陶如意, 森思义, 王浩

      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。

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    • 吴波, 崔耀中, 蒙国往, 徐世祥

      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。

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    • >综述
    • 蔺向阳, 曹宇鹏, 张西亚

      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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