CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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  • 镁含量对离心雾化铝镁合金粉反应性能的影响
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    含能材料 | 2021年第9期
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  • 一种燃速可调的光控固体推进剂燃烧特性
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  • 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
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  • 基于Mushroom试验的炸药爆轰反应速率方程参数校验
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  • 含能材料是武器系统的动力源和威力源,是实现远程精确打击和高效毁伤的重要物质基础。因此,在航天和国防事业的需求牵引下,含能材料的研究得到了长足发展。尤其是近年来,以CL-20为代表的新型高能量密度化合物成为含能材料领域的研究热点。然而,高能量密度化合物在火炸药中应用时需要加入粘合剂、增塑剂、键合剂、催化剂等多种功能性助剂来调节整体性能并满足应用需求。实践证明,助剂对混合炸药、固体火箭推进剂、发射药的能量性能、力学性能、加工工艺性能、燃烧性能、感度,储存性能等都存在至关重要的影响,是含能材料领域的核心技术。研究开发综合性能优异的功能材料已成为含能材料研究中的关键问题。
  • 高活性金属材料是指在含能材料配方体系中能够提高输出能量,或改善其能量输出结构的高热值可燃剂。美俄等国都在积极探索这一类材料在含能材料体系中的应用,我国近年也相继开展了相关研究。目前研究比较活跃的高活性金属材料包括纳米铝粉、高热值金属组装材料、贮氢合金、金属氢化物、硼氢化合物等;研究焦点主要集中在材料的创制、制备工艺、作用机理、安全性、安定性、作用可靠性、测试表征技术等。在含能材料配方体系中引入这一类材料,可望大幅度提高含能材料的能量水平、有效调节能量输出结构,最终实现武器弹药效能的提高。
  • 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。
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    • 黄垂艺, 时岩, 金朋刚, 陈凯

      优先出版日期:2021-12-01  DOI: 10.11943/CJEM2021161

      摘要:为了对高聚物黏结炸药(PBX)在动态冲击载荷下可能产生的损伤进行研究,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验装置获得了PBX炸药材料在不同应变率条件下出现力学损伤的本构曲线,并基于含损伤变量的Z-W-T本构模型对本构曲线进行了分段拟合。然后基于拟合结果、有限元理论、弹塑性力学与ABAQUS/VUMAT语法编写了PBX炸药含损伤材料子程序,并对该子程序进行了有限元验证及有限元工程算例计算。结果表明:有限元验证得到的结果与试验结果吻合良好,相关度在0.95以上;破片侵彻算例计算得到的应力云图与损伤变量云图反映PBX炸药材料在冲击载荷下发生的变化及可能产生损伤的部位;并且损伤云图的演化过程反映了PBX炸药材料损伤演化与应变率效应的相关性。

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    • 李兴隆, 吴奎先, 路中华, 高大元, 黄亨建, 陈科全, 陈红霞, 寇剑锋, 王杰

      优先出版日期:2021-11-05  DOI: 10.11943/CJEM2021014

      摘要:叠层复合装药是由两种或两种以上装药通过叠加的方式复合而成,可以通过装药结构设计调控其安全性和能量输出特性。为研究叠层复合装药的殉爆安全性,选取典型高能炸药与钝感炸药组合的叠层复合装药为研究对象,通过数值模拟和殉爆试验研究装药结构对临界殉爆距离的影响规律。结果表明,相比于单一高能炸药PBX-1,复合装药临界殉爆距离可减小53.3%(由7.5 mm减小至3.5 mm),能量降低22.9%;复合装药中钝感炸药厚度必须要达到特定阈值(3 mm)以上才能明显降低复合装药临界殉爆距离;随着钝感炸药占比增大,复合装药临界殉爆距离趋近于单一钝感炸药PBX-2的临界殉爆距离。

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    • 张蒙蒙, 王红星, 李秉擘, 吕德, 罗一鸣

      优先出版日期:2021-11-17  DOI: 10.11943/CJEM2021073

      摘要:为了研究高氯酸铵(AP)、硝酸胍(GN)、硝基胍(NQ)、N-甲基-4-硝基苯胺(MNA)、奥克托今(HMX)等含NHnn=0~4)的化合物影响2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)凝固过程及凝固温度的机制,采用差示扫描量热(DSC)法和光学显微镜法研究了AP含量及不同添加物对DNAN凝固温度的影响;采用显微镜观测了含添加物DNAN试样在薄层中的凝固过程,计算了凝固线速度,获得了试样动态结晶过程特征;采用扫描电镜测试了Φ20 mm药柱断面微观形貌,研究添加物对样品成型性的影响规律;根据结晶热力学理论研究了DNAN凝固焓与凝固温度的关系;分析了含NHnn=0~4)的化合物对DNAN凝固温度的影响机理并开展了试验验证。结果表明,AP可显著提高DNAN凝固温度,但AP含量及GN、NQ、MNA、HMX等化合物的加入对凝固温度无显著影响;由于凝固温度提高,含AP试样在薄层中凝固线速率最低、结晶为粗大树枝晶。而在体生长时,受结晶潜热影响的纯DNAN微观形貌为柱块状,而含添加物的DNAN试样则显示出结晶细小的特征。分析了DNAN的凝固热力学特征,凝固温度与凝固焓体现出正相关性,且受异质添加物颗粒对非均匀形核的影响。而DNAN凝固温度影响机理及试验验证表明,含NH4+离子的化合物可显著提高DNAN凝固温度。

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    • 陈嘉琳, 郭涛, 姚淼, 李师, 丁文, 宋佳星, 刘珩, 肖力铭

      优先出版日期:2021-11-04  DOI: 10.11943/CJEM2021105

      摘要:不同形貌铝热剂在性能上有着很大的差异,为了探讨不同MoO3形貌对Al/MoO3铝热剂热性能和燃烧行为的影响,制备了Al/棒状MoO3和Al/带状MoO3铝热剂,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对其形貌和热性能进行了表征测试。DSC结果表明,Al/带状MoO3铝热剂和Al/棒状MoO3铝热剂释放的热量分别为1702 J·g-1释放432 J·g-1。Al/带状MoO3铝热剂的初始反应温度为401.95 ℃,比Al/棒状MoO3铝热剂的504.87 ℃提前102.92 ℃。通过非等温热力学分析,两种铝热剂的活化能(Ea)没有显著差异,但Al/棒状MoO3铝热剂具有较高的热爆炸临界温度(Tb),说明其具有较高的安全性。在开放燃烧实验中,两种铝热剂的燃烧行为差异小,但当燃烧结束时,Al/带状MoO3铝热剂周围会溅射出火花。封闭管燃烧实验显示,Al/棒状MoO3铝热剂的燃烧波波速先上升后下降,最大波速达1037 m·s-1,而Al/带状MoO3铝热剂的燃烧波速呈上升趋势,最大速度为2710 m·s-1。Al/带状MoO3铝热剂在热和燃烧性能上要优于Al/棒状MoO3铝热剂,而Al/棒状MoO3铝热剂更为安全。

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    • 于昊天, 赵铖, 陈旎菡, 尹平, 何春林, 庞思平

      优先出版日期:2021-11-12  DOI: 10.11943/CJEM2021114

      摘要:多碘含能化合物是近年来发展起来的一类新型杀菌材料,其通过含能组分在受激发后释放出能量或气体驱动其产生的碘基杀菌剂,实现对环境病菌的高效快速洗消,具有响应时间短,灵活性好,杀菌效率高,适应复杂环境需要等优点。本综述总结归纳了通过I2/KI,I2/氧化剂,N-碘代琥珀酰亚胺(NIS),氯化碘(ICl)等用于制备多碘代五元或六元氮杂环的方法,比较分析了不同碘化方法的适用范围和优缺点。指出了未来多碘含能化合物制备重点应围绕提高碘的原子经济性和绿色友好的合成工艺来展开,可为新型多碘含能化合物的设计与合成及规模化制备提供一定的参考。

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    • 崔浩, 郭锐, 宋浦, 顾晓辉, 周昊, 杨永亮, 江琳, 俞旸晖

      优先出版日期:2021-09-30  DOI: 10.11943/CJEM2021133

      摘要:为了确定未反应炸药的JWL状态方程参数,提出了一种利用BP神经网络-遗传算法(BP-GA算法)和冲击Hugoniot关系确定JWL参数的方法。此方法首先训练BP神经网络,使其可以拟合由不同的JWL参数组合组成的非线性系统,随后采用遗传算法搜寻适应度值最大的一组JWL参数。结果表明:已知某种炸药的初始密度、爆速、Hugoniot系数C0S,便可利用BP-GA算法确定其JWL参数;BP-GA算法确定的8种未反应炸药的p-v曲线和由试验数据确定的p-v曲线相吻合,且8条p-v曲线的R2均不低于0.9995,证明了BP-GA算法的高精度。

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    • 王凡凡, 李如江, 张朝阳

      优先出版日期:2021-10-29  DOI: 10.11943/CJEM2021066

      摘要:为了研究H2O和H2O2溶剂分子对含能共晶热稳定性的影响机制,采用分子动力学(MD)模拟方法对α-CL-20和CL-20/H2O2(正交、单斜)中溶剂分子的扩散行为及其热解机理进行了研究。结果表明,H2O和H2O2都会随着温度的升高从晶胞中扩散出来,其中H2O分子扩散得更快;温度低于500 K时单斜晶型CL-20/H2O2晶格框架具有阻碍溶剂分子H2O2扩散的作用,而温度高于500 K时,这种阻碍作用将不复存在。热分解过程中,α-CL-20释能最慢,且其中CL-20的分解也是最慢的;温度低于1500 K时,溶剂分子对含能组分热解呈现出一定的稳定化作用,但此作用随着温度的升高而消失。此外,溶剂的存在能明显增加晶格能。

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    • 李峰梅, 熊国松, 王保, 汪衡, 李俊龙

      优先出版日期:2021-11-15  DOI: 10.11943/CJEM2021150

      摘要:采用流体力学软件FLUENT研究了不同初始速度(≤2500 m·s-1)和海拔高度(≤20 km)下破片阻力系数,对不同海拔高度下破片速度衰减模型进行修正,并开展相应的低气压破片速度衰减特性试验,验证了修正模型的准确性。结果表明:初速700 m·s-1的球型破片和初速1000 m·s-1的长方体破片使用修正后速度衰减模型计算结果与试验结果吻合度较高,误差均小于5%,且修正后的速度衰减模型计算精度比修正前的模型提高了10%左右。该修正后的破片速度衰减模型可用于计算阻力系数随海拔高度变化对破片速度衰减系数的影响,提高破片速度的计算精度,从而进一步提升破片战斗部威力评估的准确性。

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    • 金国瑞, 刘军, 张超, 王沫茹, 张建伟, 何卫东, 廖昕

      优先出版日期:2021-09-26  DOI: 10.11943/CJEM2021159

      摘要:为保证焚烧过程的安全,焚烧炉必须能够承受废弃含能材料在焚烧过程中意外爆炸产生的冲击作用。依据抗爆要求,分别采用动力系数法和英国原子能武器机构(Atomic Weapons Establishment)提出的方法(AWE方法)对废弃含能材料立式焚烧炉壳体进行了设计,通过AUTODYN软件对设计的焚烧炉在含能材料爆轰情况下壳体受力情况等进行了三维数值模拟,对烟气出口大小、出口位置和含能材料爆炸位置对焚烧炉抗爆性能的影响进行了分析。数值模拟结果表明:烟气出口的存在破坏了壳体的连续性,在出口附近出现应力集中,最大应力出现在出口上边缘;随着出口直径增大、出口圆心位置距壳体封盖越近、含能材料爆炸位置距出口越近,出口上边缘的应力集中越严重;当含能材料与焚烧炉壳体距离较近时,爆炸会使壳体产生塑性变形。因此,在烟气出口直径确定的情况下,采取出口圆心位置尽量远离封盖、出口处设置补强圈、含能材料与壳体保持一定的距离等措施保证焚烧过程的安全性。

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    • 阚文星, 褚恩义, 刘卫, 任炜, 任小明

      优先出版日期:2021-11-11  DOI: 10.11943/CJEM2021084

      摘要:火工品是武器系统的首发元件,火工品的安全性和可靠性直接影响着武器系统的安全性和可靠性。为了满足弹药微型化、集成化的发展要求,需要将引信与火工品进一步融合,形成具有高安全性、高可靠性、多功能一体化集成特点的微起爆系统,微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)安全与解除保险装置是其中的关键技术之一。总结了近年来微小型引信与微起爆系统中MEMS安全与解除保险装置的发展概况,从装置材料、装置尺寸、驱动原理、驱动条件、输出效能、应用平台等多个方面进行对比分析,并结合火工品起爆系统结构、尺寸情况,提出“内置MEMS安保装置的微起爆系统”的作用原理。这种具有内置安全保险装置的MEMS火工品符合下一代火工品的发展要求,也是火工品未来的主要发展方向之一。

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    • 邓玉成, 李军, 任慧, 焦清介

      优先出版日期:2021-11-04  DOI: 10.11943/CJEM2021097

      摘要:慢速烤燃试验是固体火箭发动机低易损性评估试验考核的重点之一。为研究丁羟复合固体推进剂发动机的尺寸对慢速烤燃特性的影响规律,采用慢速烤燃试验结合数值模拟,对比分析了Ф100 mm×200 mm、Ф160 mm×400 mm中小型试验件和Ф522 mm×887 mm大尺寸固体火箭发动机慢速烤燃点火增长规律,确定了点火温度、点火区域及响应等级。结果表明:Ф100 mm×200 mm,Ф160 mm×400 mm及Ф522 mm×887 mm 3种试验件的试验点火温度分别为244,172,155 ℃;以试验数据作为输入,计算点火温度分别为250,269,154 ℃,计算误差分别为2.88%,1.17%,0.64%,响应等级分别为爆炸、爆炸、爆燃;计算云图表明,中小型试验件的点火位置位于圆柱体中心,大尺寸固体火箭发动机的点火位置位于固体推进剂前端肉厚的中心位置,为一环状区域。

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    • 沈杨梅, 李伟兵, 曹营军, 李军宝, 王晓鸣

      优先出版日期:2021-11-08  DOI: 10.11943/CJEM2021184

      摘要:为了研究结构参数对复合装药战斗部破片特性的影响,采用AUTODYN-3D有限元计算软件,比较分析了复合装药战斗部在中心单点和内外同时两种起爆方式下爆轰波传播与壳体破碎过程,获得了壳体壁厚与中心装药直径对复合装药战斗部破片平均质量、破片速度等参数的影响规律。计算结果表明,随着壳体壁厚的增加或者中心装药直径的减小,单点起爆下破片平均质量相对于内外同时起爆下提高的倍数越来越大,战斗部在不同起爆方式下威力输出差异越来越明显;静爆试验结果表明,内外同时起爆下的破片平均速度、冲击波超压和验证靶冲孔数较单点起爆下分别提高了27.1%、31.4%和39.3%,试验结果与仿真计算结果吻合较好。

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    • 王靖, 高贫, 王桂香, 贡雪东, 陆明

      优先出版日期:2021-11-17  DOI: 10.11943/CJEM2021192

      摘要:五唑化合物是当前含能材料领域的一个研究热点,但现有五唑化合物的稳定性普遍偏低。为研发性能更优的新型五唑化合物,基于对已有结构的分析,设计了五唑的系列非芳环吸电子基取代衍生物(N5(CH2x-1R,R=—NO2,—CF3,—CN,—CHO,—COOH,x=1,2,3,4),采用密度泛函理论方法,计算了与N5环直接相连的侧链化学键的解离能EBD和N5环的分解能垒Ea,并与部分供电子基取代物的结果进行比较,分析讨论了取代基与相关的键长、键级、键临界点电子密度、N5环的电荷和氧平衡对EBDEa的影响规律。结果表明,所有分子的Ea均远小于EBD,表明N5环的稳定性是决定五唑分子稳定性的关键因素。对于R与N5直接相连的分子(x=1,即N5R),R为吸电子基时的Ea小于R为供电子基或H时的Ea随N5环破裂键键长减小、键级增大及临界点电子密度的增大,Ea总体呈增大趋势。N5环是强吸电子基,直接连接强吸电子或强供电子基会使N5环上的负电荷过少或过多,因而都不利于N5环稳定。

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    • 牛余雷, 姜帆, 薛乐星, 冯晓军, 南海, 王晓峰

      优先出版日期:2021-11-01  DOI: 10.11943/CJEM2021083

      摘要:为研究十氢十硼酸双四乙基铵((C2 H54N]2B10H10,BHN-10)在爆炸冲击作用下的反应特性,采用电爆炸等离子体冲击和炸药爆炸冲击两种方法,对BHN-10在冲击作用下的反应历程及分解产物进行了研究。结果表明,BHN-10在电爆炸等离子体冲击下的气体分解产物为碳烷烃、烯烃、炔烃等有机可燃气体。BHN-10对于炸药爆炸冲击作用具有较好的安定性,25 GPa以上炸药爆炸冲击波无法使BHN-10燃料发生分解,爆炸热作用是BHN-10发生反应的主要因素。BHN-10在炸药爆炸冲击下,8 ms后发生燃烧反应,燃烧反应从中心位置出现,持续时间达到200 ms以上。HMX与BHN-10的混合物,在爆炸冲击作用下火球的扩散速度加快,燃烧时间与BHN-10燃料相当。

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    • 霍星宇, 苟瑞君, 张朝阳

      优先出版日期:2021-11-09  DOI: 10.11943/CJEM2021067

      摘要:为探究含能共晶TKX-55的热解机制及溶剂组分二氧六环(1,4-Dioxane,DIO)对含能组分5,5′-双(2,4,6-三硝基苯基)-2,2′-双(1,3,4-噁二唑)(BTNPBO)热解的影响,基于反应力场(ReaxFF-lg, Reactive Force Field-Low Gradients)开展了TKX-55和纯溶剂组分DIO的分子动力学模拟研究。结果表明,TKX-55的初始分解反应包括了含能分子的二聚反应、含能组分和溶剂组分之间的氢转移、含能组分中1,3,4-噁二唑的开环反应以及硝基解离。二聚反应为后续团簇的快速生长提供了条件,团簇的大量生成限制了热量的释放和稳定小分子产物的释放,这是TKX-55高耐热性的本质原因。纯溶剂组分体系低温下放热量较小,且不易形成团簇,在较高温度下放热量以及团簇的体积和数量明显增加。DIO分子在TKX-55中的主要作用是吸附活性小分子产物(如OH、NO、NO2等),间接抑制BTNPBO的分解进程。

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    • 丁伍, 许进升, 周长省, 王庭钰, 侯宇菲

      优先出版日期:2021-11-12  DOI: 10.11943/CJEM2021134

      摘要:为了准确地描述固体火箭发动机端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂/衬层黏接界面在不同温度下的力学特性,从试验和数值仿真两方面研究了该黏接界面的I型断裂特性。首先,通过单轴拉伸实验获取了不同温度下的载荷-位移曲线,并采用高速摄像机获取了黏接界面的破坏过程,分析了黏接界面的破坏形式,发现HTPB推进剂/衬层黏接界面的破坏形式为HTPB推进剂的内聚破坏,表明黏接界面的强度高于推进剂的强度;由-40 ℃升高到60 ℃的过程中特征位移先增大后减小,说明特征位移受温度因素影响明显。在双线性内聚力模型的基础上构建了一种损伤变量为多项式的内聚力模型,通过开展数值仿真计算,比较了不同界面模型参数在预测各温度下黏接界面力学特性的准确性,并以特征位移作为已知参数预测了不同温度下的黏接界面载荷-位移曲线,数值预测结果与实验结果保持一致,说明所建界面模型能够比双线性内聚力模型更加真实准确地反映固体火箭发动机黏接界面I型破坏的温度相关特性。

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    • 赵霞, 王金鑫, 宋思维, 亓秀娟, 王康才, 张庆华

      优先出版日期:2021-11-19  DOI: 10.11943/CJEM2021223

      摘要:以含能化合物3,4-二氨基-5-(3,4-二氨基-1,2,4-三唑-5-基)-1,2,4-三唑(化合物1)为有机碱,分别与高氯酸和硝酸经中和反应合成了两种具有高热稳定性的含能离子盐:3,4-二氨基-5-(3,4-二氨基-1,2,4-三唑-5-基)-1,2,4-三唑高氯酸盐(化合物2),3,4-二氨基-5-(3,4-二氨基-1,2,4-三唑-5-基)-1,2,4-三唑硝酸盐(化合物3)。首次培养了化合物23的单晶,并采用单晶X射线衍射进行晶体结构解析;化合物2的晶体结构中,每个阳离子和12个相邻的高氯酸根通过氢键作用相互连接,阳离子形成层状堆积,高氯酸根阴离子镶嵌在层与层之间;化合物3的晶体结构中,每个阳离子和10个相邻的硝酸根通过氢键作用相互连接,从而构筑化合物3的层状堆积结构。采用差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪(TG)研究了化合物23的热稳定性,化合物23具有超高的热稳定性,其热分解温度分别为338.3 ℃和289.8 ℃。此外,化合物2的理论爆速和比冲分别为8308 m·s-1和250.3 s,表现出优异的能量特征;化合物3具有优异的感度特性,其撞击感度和摩擦感度分别高于20 J和360 N。

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    • 袁媛, 侯天阳, 李冬雪, 许元刚, 陆明

      优先出版日期:2021-11-17  DOI: 10.11943/CJEM2021282

      摘要:以五唑银盐(或五唑羟胺盐)和盐酸羟胺为原料,设计并合成了一种新型的基于五唑阴离子的含能共晶化合物(NH3OH+N5-2·NH3OH+Cl-·H2O。采用单晶X-射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱(IR)和元素分析对该化合物的结构进行了表征,晶体属于单斜晶系,P21/n空间群,晶胞参数为a=3.8390(6) ?,b=14.665(2) ?,c=21.975(3) ?,V=1236.4(3) ?3α=γ=90°,β=92.034(3)°,Z=1,Dc=1.589 g·cm-3。此外,利用差示扫描量热仪(DSC)和热失重分析仪(TG)对(NH3OH+N5-2·NH3OH+Cl-·H2O的热稳定性进行了研究,结果显示其初始分解温度约为95.6 ℃,热稳定性良好。通过EXPLO5计算其爆速为8260 m·s-1,爆压为23.79 GPa。该共晶化合物具有较低的冲击和摩擦敏感度(IS>40 J;FS>360 N),盐酸羟胺的共结晶大大降低了NH3OH+N5-的机械感度。

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    • 何佳峻, 甘强, 朱双飞, 李昌霖, 梁琳, 张涵, 冯长根

      优先出版日期:2021-10-29  DOI: 10.11943/CJEM2021122

      摘要:笼形含能化合物因能量高、密度大而成为当前含能材料领域的研究热点,阐明其热分解机理对于深入研究其爆轰机理及提高热稳定性均有重要意义。以笼形骨架为线索,介绍了金刚烷衍生物、立方烷衍生物和异伍兹烷衍生物三类笼形含能化合物的热分解研究进展,总结了上述三类笼形化合物热分解规律:金刚烷衍生物热分解始于取代基且具有“桥头C”效应,立方烷衍生物热分解通常始于笼形结构的C-C键,多硝基异伍兹烷热分解一般始于脱硝基。后续研究应进一步丰富笼形含能化合物的种类,开展笼形化合物热分解的系统性研究,特别是笼状骨架的热分解机理研究。

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    • 朱俊伍, 王林剑, 刘玉存, 王建华, 谭明, 段英杰, 祁志斌

      优先出版日期:2021-11-05  DOI: 10.11943/CJEM2021166

      摘要:为了改善熔铸炸药载体3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)感度高、熔点高的问题,使用高能钝感炸药1-甲基-2,4-二硝基咪唑(2,4-MDNI)制备了2,4-MDNI/DNTF低共熔物体系。通过差示扫描量热法(DSC)研究了不同比例2,4-MDNI/DNTF的熔融及液化过程,建立了T-x相图;研究了不同升温速率下2,4-MDNI、DNTF及2,4-MDNI/DNTF低共熔物的熔融和分解过程,分别使用Flynn-wall-ozawa方法、Doyle方法和Kissinger方法计算了2,4-MDNI、DNTF及其低共熔物的热反应动力学参数;对三种物质进行了XRD和SEM分析;通过感度测试研究了2,4-MDNI对DNTF的降感作用;使用EXPLO-5软件,计算了2,4-MDNI/DNTF低共熔物的爆轰性能。结果表明:2,4-MDNI/DNTF最低共熔物的物质的量组成为51:49,平均熔点为92.7 ℃;随着升温速率的升高,熔融及分解反应都将延迟,低共熔物热分解反应的活化能Ea、指前因子A分别为 146.0 kJ·mol-1和4.09×1013;XRD测试中,2,4-MDNI/PETN低共熔物在2θ=18.60°处产生新的衍射峰;且其凝固表面微观形貌比DNTF明显改善。2,4-MDNI的撞击和摩擦感度均为0%,低共熔物的撞击和摩擦感度分别为64%和52%;2,4-MDNI/DNTF低共熔物的理论密度1.844 g·cm-3,计算爆速为8705 m·s-1。2,4-MDNI与DNTF制备成低共熔物后熔点理想,热稳定性良好,同时可以显著降低DNTF的感度而又保持其较高能量水平。

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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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    • 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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    • 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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    • 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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    • 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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    • 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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    • 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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    • 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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    • 罗普光, 毛亮, 魏晨杨, 姜春兰, 卢士伟, 李杰

      优先出版日期:2021-10-22  DOI: 10.11943/CJEM2021068

      摘要:为了获得新型锆基非晶活性材料在动态加载条件下的力学性能及本构关系,采用压力渗透铸造法制备得到锆基非晶活性材料样品,借助分离式霍普金森压杆实验测量系统对其进行了不同应变率加载条件下的动态压缩实验,获得了应变率在300~1600 s-1范围内材料的应力-应变曲线,利用高速摄影观察记录了不同应变率条件下试件的破碎以及释能过程。结果表明:锆基非晶活性材料性能表现为脆性材料特征,应力-应变曲线不存在屈服阶段,且当应变率由947 s-1上升至1587 s-1时,材料抗压强度由2.71 GPa上升至2.78 GPa,增幅较小,约为2.6%,而断裂应变由0.032下降至0.028,下降12.5%;材料的破碎程度以及释能反应现象随应变率增加较为明显,当加载应变率较大时,材料破碎过程中存在应变软化现象;根据实验数据,拟合得到了锆基非晶活性材料断裂失效前的一维弹脆性损伤动态本构方程。

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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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    • 郭爱强, 高欣宝, 李天鹏, 戴俊杰, 李笑楠

      优先出版日期:2021-10-21  DOI: 10.11943/CJEM2021075

      摘要:为提取实测红外烟幕的效应特征量(烟幕宽度、烟幕高度、烟幕遮蔽面积、遮蔽时间)和运动特征量(垂直方向、水平方向的扩散速度)参数,设计了野外测量红外烟幕的试验场地布置方案,应用红外热像仪采集了红外烟幕弹在112 s内爆炸和扩散过程的视频数据,采用了五帧差分法对红外热像仪视频序列中的红外烟幕进行分割和提取,得到了红外烟幕的效应特征量区域和运动特征量区域,并根据场地布置的几何关系对试验结果进行了风向修正,以红外烟幕图像像素点为基本单元,对红外热像仪视频序列中每一帧烟幕的效应特征量区域和运动特征量区域中每一个像素点所代表的实际烟幕高度数值和宽度数值进行了求解,进而得到红外烟幕的效应特征量和运动特征量参数。经实测红外烟幕视频分析验证,该方法可以快速提取红外烟幕特征参数,其爆炸瞬间烟幕宽度、烟幕高度、烟幕遮蔽面积迅速增加至4.7 m,5.2 m,24.2 m2,水平沿风速方向的烟幕前沿扩散速度达到了126 m·s-1,垂直方向烟幕前沿扩散的速度达到了146.3 m·s-1。对研究红外烟幕扩散仿真方程的修正、作战效能评估、作战运用具有较高的实际应用价值。

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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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    • 周小清, 单军辉, 陈东, 郝世龙, 李洪珍

      优先出版日期:2021-10-21  DOI: 10.11943/CJEM2021136

      摘要:为了研究晶体形态对炸药物化性能、应用方式和应用效果的影响,采用溶剂-非溶剂结晶法,分别以二甲亚砜(DMSO)为溶剂、乙酸乙酯为非溶剂、1-乙基-3-甲基咪唑乙酸盐(EmimOAc)为结晶助剂,制备得到花球状2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)晶体。EmimOAc的添加显著增强了LLM-105在DMSO中的溶解度,改变了LLM-105晶体生长方式和结构形态,对晶型无影响。热分析测试结果表明:花球状LLM-105晶体有两个明显的分解峰温,分别为347.3~350.5 ℃和356.7~360.4 ℃。采用国军标GJB-772A-1997方法601.2测试了花球状LLM-105晶体的撞击感度,采用冲击片雷管起爆测试方法测试了花球状LLM-105晶体的冲击片起爆感度,结果表明:花球状LLM-105晶体的撞击感度与亚微米晶体相当,显著低于针状晶体;冲击片起爆电压低于亚微米晶体。

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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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    • 王军

      优先出版日期:2021-11-22  DOI: 10.11943/CJEM2021297

      摘要:

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    2021年第29卷第11期       含能材料功能助剂 特邀专栏

      >含能快递
    • 李霄羽

      2021,29(11):1019-1020, DOI:

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    • >制备与性能
    • 徐明辉, 莫洪昌, 陈淼, 刘宁, 卢先明

      2021,29(11):1025-1030, 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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    • 张平安, 袁剑民, 张习龙, 邓剑如

      2021,29(11):1031-1038, DOI: 10.11943/CJEM2021187

      摘要:在多羟基、多胺基聚丁二烯(AEHTPB)基础上,通过羟基的氰乙基化反应,制备了一种多氰基、多胺基聚丁二烯(AEHTPB-CN)。通过红外光谱、核磁共振氢谱对产物的结构进行表征,并对产物的黏度、玻璃化温度、羟值、胺值等理化性质进行了分析。考察了AEHTPB-CN对黏合剂基体力学性能的影响,并通过装药实验探究了AEHTPB-CN对丁羟推进剂力学性能及燃烧性能的影响。结果表明,AEHTPB-CN的加入可有效提高HTPB弹性体的拉伸强度,其原因是AEHTPB-CN分子中的氰基与氨基甲酸酯基团形成氢键,提高了弹性体的内聚能密度。装药实验结果表明AEHTPB-CN在丁羟三组元、丁羟四组元推进剂中均表现出良好的键合、降速效果。添加AEHTPB-CN后可使丁羟三组元推进剂常温环境下拉伸强度提升43.3%,伸长率提升91.3%,推进剂燃烧速度降低11.4%;可使丁羟四组元推进剂拉伸强度提升35.4%,伸长率提升62.0%,推进剂燃烧速度降低10.5%。

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    • 张光普, 罗运军

      2021,29(11):1039-1048, 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ETPE推进剂的力学性能和工艺性能。

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    • 杨学林, 曾诚成, 巩飞艳, 杨文彬, 杨志剑

      2021,29(11):1049-1060, 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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    • 张世林, 原浩, 齐乐, 马中亮, 陈春林

      2021,29(11):1061-1067, 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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    • 汪慧思, 陶博文, 张小平, 顾健, 李磊, 杜芳, 黄丹椿, 陈红, 李伟

      2021,29(11):1068-1075, 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,以及不同氟含量的FKM-GW@Al对NEPE高能低燃速固体推进剂的影响。结果表明具有功能性基团的FKM-GW@Al不易脱覆,在乙酸乙酯中的稳定性较强。与纯Al粉相比以氟质量分数为2.58%的FKM-GW@Al,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。最后,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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    • 娄建坤, 袁剑民, 张平安, 邓剑如

      2021,29(11):1076-1079, DOI: 10.11943/CJEM2021186

      摘要:为了提高键合剂对多种含能填料的适应性,改善固体推进剂的界面粘接强度,设计开发了一种多功能遥爪键合剂。通过分子动力学模拟和应用评估,对键合剂性能进行了研究。结果表明,该多功能遥爪键合剂对多种填料具有较好的键合作用,通过调整键合剂分子主链结构,可以适应不同的黏合剂体系。并且相对于“三爪”型键合剂,“两爪”型键合剂的支化度更小,在黏合剂中的扩散更容易,键合剂向界面迁移的能力越强,键合作用越好。

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    • >推进与发射
    • 梁昊, 丁亚军, 李世影, 赵先正, 肖忠良

      2021,29(11):1080-1088, 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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    • 赖帅光, 董可海, 孔令泽, 夏成, 陈思彤, 肖云东

      2021,29(11):1089-1098, 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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    • 张鑫, 胡翔, 徐星星, 周水平, 唐根, 庞爱民

      2021,29(11):1099-1105, 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,表征了黏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,伴随黏合剂基体断裂,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”的颗粒附近有黏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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    • 赵杨, 郑天, 丁玲, 彭汝芳, 金波

      2021,29(11):1106-1114, 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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    • >综述
    • 李师, 郭涛, 刘晓峰, 陈嘉琳, 姚淼, 丁文, 宋佳星

      2021,29(11):1115-1124, DOI: 10.11943/CJEM2021108

      摘要:提高传统二元铝热剂的反应性能是近年来含能材料领域的研究热点,引入添加剂组成复合铝热剂是一种有效的方法。本文根据添加剂的作用效果及应用领域,将复合铝热剂分为燃料增强型,产气型以及改性剂添加型,综述了复合铝热剂的研究现状及其在有关工程上的应用,进而提出了复合铝热剂新的研究的方向和思路,包括新型合金燃料及合金氢化物的使用和制备、非叠氮类气体发生剂与铝热剂的复合使用、惰性添加剂的种类与添加量的影响、黏结剂在铝热剂表面的包覆技术等。

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    • >计算与模拟
    • 赵建铄, 黄智勇, 金国锋, 高敏娜, 祝慧鑫

      2021,29(11):1125-1131, 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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    • 樊思琪, 顾晓飞, 段晓惠, 李洪珍

      2021,29(11):1132-1141, 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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