CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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  • 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
  • HNS溶解度与介稳区的光流控测定方法研究
    含能材料 | 2022年第5期
  • 高活性配合物及其复合点火药剂的制备与性能
    含能材料 | 2022年第4期
  • PBX炸药损伤本构模型及其工程运用
    含能材料 | 2022年第3期
  • 五唑羟胺/盐酸羟胺共晶化合物的合成、晶体结构和性能
    含能材料 | 2022年第2期
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  • 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。
  • 火工药剂是一类具有高敏感性、高可靠性、高反应速率的亚稳态物质,属于特种能源物质,是一类更为特殊的含能材料。它的作用是接受外界的初始冲能或某种刺激(非炸药刺激),促使其本身快速反应,实现能量转换,输出燃烧、爆燃或爆轰能量。根据其发生化学反应进行能量转换形式的不同或功效的不同,一般可分为起爆药、传爆药、点火药、传火药、延期药、做功药剂及烟火药剂等。或以引燃传火对象,实现点火、传火功能;或引爆下级装药,实现起爆、传爆功能;或自身燃烧,实现作功、作动、特种物理化学效应等功效。火工药剂是火工品的核心能源物质基础,直接影响到火工系统、乃至整个武器系统的安全性、可靠性和作用效能。
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    • 马天一, 陶如意, 森思义, 王浩

      优先出版日期:2022-09-29  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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    • 卢鑫浩, 叶宝云, 程王健, 安崇伟, 王晶禹, 赵凤起, 秦钊

      优先出版日期:2022-09-29  DOI: 10.11943/CJEM2021324

      摘要:为了研究支化聚叠氮缩水甘油醚(B-GAP)基推进剂的流变特性和固化反应过程,采用流变学研究方法对药浆进行了测试,研究了在50,55,60 ℃和65 ℃下药浆粘度随剪切速率及其模量随时间的变化规律。研究结果表明:B-GAP基推进剂药浆具有剪切变稀特性,属于假塑性非牛顿流体;推进剂药浆固化反应速率随着固化反应的进行而增加,在固化度为0.3时达到最大值,之后反应速率开始减小直至为零;温度对于推进剂固化反应动力学有较大影响,在一定温度范围内,固化反应速率峰值随着温度的升高而增加,储能模量最大值随着温度的升高而减小;基于幂律方程和Arrhenius方程计算得到了B-GAP药浆的本构方程和固化反应动力学方程。

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    • 徐飞扬, 姚亚东, 吴星亮, 王旭, 李文海, 陈世雄, 刘大斌, 徐森

      优先出版日期:2022-09-29  DOI: 10.11943/CJEM2021327

      摘要:为了完善无水肼的危险等级分类,依据联合国橘黄书爆炸品危险性分级程序,对制式包装无水肼(包括2种尺寸:18 kg和120 kg)分别开展EIDS隔板试验和外部火烧试验。分别采用高速摄像、红外热成像和压力数采测试系统表征样品在火灾刺激下的燃爆过程、火球表面最高温度以及冲击波效应。结果表明:外部火灾条件下,无水肼-18 kg样品的TNT当量为0.724,是无水肼-120 kg样品的1930.67倍。无水肼在特定条件下具有明显的爆炸特性,不同制式包装设计压力下的无水肼分别显示出了1.1 C和1.3 C的危险等级。无水肼的危险等级分类与其包装设计压力联系密切,应在实际使用允许范围内,降低无水肼等液体推进剂的包装强度,以有效降低其危险性。

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    • 王延珺, 邹翔, 潘兵, 郭昱辰, 刘晨, 韩超, 吕珂臻

      优先出版日期:2022-09-28  DOI: 10.11943/CJEM2021267

      摘要:研究利用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。

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    • 张延康, 肖忠良, 刘详, 张华君, 李世影, 林照强

      优先出版日期:2022-09-27  DOI: 10.11943/CJEM2022128

      摘要:为获得发射药能量释放渐增性及其多维度调节控制方法,根据内弹道学原理,提出预制刻槽增面燃烧发射药,建立了其燃烧过程的物理、数学模型,推导了气体生成猛度-已燃质量分数(Г-Ψ)关系,论述了其能量释放渐增性及多维度调节控制原理,提出了预制刻槽发射药的工艺实现方法。设计了一种中心开孔式预制刻槽发射药结构,制备了不同刻槽数、不同长径比的发射药试样。采用密闭爆发器试验对其燃烧性能进行测试与表征,并与七孔发射药、七孔包覆药进行对比分析。试验结果表明:制备的预制刻槽发射药具有理论设计的燃烧渐增性,对比七孔发射药其动态活度增量ΔL值提高了2倍,最大动态活度与起始动态活度的比值Lm/L0提高了24.4%,最大动态活度对应的相对压力值Bm增加了32.4%,燃烧渐增性优于七孔发射药,可以达到七孔包覆药的渐增效果。

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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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    • 焦纬洲

      优先出版日期:2022-09-23  DOI: 10.11943/CJEM2022224

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    • 范俊宇, 苏艳, 赵纪军

      优先出版日期:2022-09-23  DOI: 10.11943/CJEM2022137

      摘要:为了研究温度加载下含能材料的基础物性与分子间相互作用机制,基于准简谐近似,采用色散修正的密度泛函理论研究有限温度下FOX-7的晶体结构和热力学性质。通过引入零点能和温度效应修正可以显著提高实验温度下晶格参数的准确性,计算的晶格参数与实验值的误差在1%以内,在0~500 K温度范围内,FOX-7晶胞体积随温度的变化与现有实验值相比较为合理,其误差主要源自声子间相互作用的缺失。进一步,计算了不同条件下的热容、熵以及体积模量等基础热力学参数。结果表明:FOX-7的晶格参数和热膨胀系数均表现出强烈的各向异性,尤其是分子层间方向的膨胀率远高于分子层内方向。当温度达到200 K后,由硝基旋转引起的分子间相互作用变化使得晶体的热膨胀系数开始收缩,进而可能诱发FOX-7潜在的结构相变。绝热条件下的体模量与实验测量值符合较为合理,且体模量随温度的演化反映了FOX-7在有限温度下的软化行为。随着温度的升高,计算的热容和熵均逐渐增大,且等容和等压条件下的热容和熵受非谐作用影响表现出明显的数值差异。

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    • 金戊静, 耶金, 曾见有, 安静, 马海霞

      优先出版日期:2022-09-22  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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    • 李慧莹, 王玄玉, 孙淑宝, 刘志龙, 董文杰

      优先出版日期:2022-09-21  DOI: 10.11943/CJEM2022164

      摘要:为了研究镀镍石墨烯的红外消光性能,探索消光较佳的工艺条件,采用氧化还原和化学镀的方法制备了镀镍石墨烯,通过正交试验设计,以红外衰减率为评价指标,分析了各因素对镀镍石墨烯消光性能的影响,确定了红外消光较佳的工艺条件。利用烟幕箱试验,测试了镀镍石墨烯的红外透过率。基于“Lambert-Beer”定律,通过线性拟合计算了镀镍石墨烯的平均质量消光系数,并与镀前进行了对比分析。结果表明:红外消光较佳的镀镍石墨烯的制备工艺参数为:六水合硫酸镍的浓度为20 g·L-1,次磷酸钠的浓度为24 g·L-1,柠檬酸钠的浓度为10 g·L-1,施镀温度为65 ℃。该条件下制备的镀镍石墨烯在中远红外波段均表现出非常好的红外消光能力。对于3~5 μm和8~14 μm红外波段,镀镍石墨烯的平均质量消光系数分别为2.38 m2·g-1和2.19 m2·g-1。与改性前的石墨烯相比,镀镍石墨烯在中远红外波段的平均质量消光系数分别提高了30%和35%,具有更广阔的应用前景。

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    • 楼英杰, 陈建波, 丁欢, 刘渝, 王涛

      优先出版日期:2022-09-21  DOI: 10.11943/CJEM2022166

      摘要:为了掌握2,4,8,10-四硝基苯并-1,3a,6,6a-四氮杂戊搭烯并吡啶(BPTAP)独特的荧光性能,研究了BPTAP在不同溶剂(乙腈、甲醇、四氢呋喃、丙酮、三氯甲烷、乙酸乙酯、N′,N′-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜)、含水量(0~100%)和pH(2.0~12.0)中的光谱性质,考察了光照、温度、pH等对BPTAP溶液荧光稳定性的影响,并结合超高效液相色谱-高分辨质谱联用技术解析了BPTAP的荧光衰退机制。结果表明,尽管BPTAP具有4个硝基取代基,但其在部分有机溶剂中展现出较强的绿色荧光。BPTAP在乙腈中荧光强度最大,其最大吸收/发射波长为460 nm/508 nm。低含水量(≤10%)会增加BPTAP荧光强度,而高含水量(>10%)会使BPTAP荧光强度急剧下降。BPTAP在酸性、中性及弱碱性中具有较强荧光,当pH大于≥9.0时,BPTAP荧光强度随pH增大急剧下降。BPTAP在室温和自然光下稳定性较好,光照波长越接近其最大吸收波长,荧光稳定性越差。升高温度会使BPTAP荧光稳定性变差。pH增大不仅会降低BPTAP的荧光强度,同时也会加速BPTAP荧光的衰退。BPTAP在碱性条件下的荧光衰退机制涉及基于亲核取代反应的化学变化过程,BPTAP吡啶环对位的硝基在碱性溶液中被羟基所取代,形成新的化合物1([M-H]-的元素组成为C11H3N8O7)。

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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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    • 李文哲, 王高, 魏志芳, 赵聪聪, 张骏虎, 聂鹏

      优先出版日期:2022-09-20  DOI: 10.11943/CJEM2022120

      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。

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    • 优先出版日期:2022-09-19  DOI: 10.11943/CJEM2022071

      摘要:高能量密度碳氢燃料是重要的航天航空动力源,其主要发展方向是高能化和绿色化,尤其是在低碳和可持续发展的要求下,发展高能碳氢燃料的绿色合成工艺已成为必然。本文总结了高能碳氢燃料合成技术绿色化的研究进展,包括:通过改进合成路线或者使用固体酸、离子液体等绿色催化剂,对经典高能燃料JP-10(挂式四氢双环戊二烯)、金刚烷传统合成工艺进行绿色化改进;从合成原料绿色化的角度,以萜烯和木质纤维素及其衍生物为原料合成生物基高能绿色燃料,研发生物基RJ-4(桥式和挂式四氢二甲基双环戊二烯混合物)和JP-10等替代燃料;从合成工艺绿色化的角度,采用光催化技术实现张力结构燃料和多环结构燃料的绿色合成。最后对国内外该领域阶段性的成果进行了总结,并展望了高能碳氢燃料绿色合成工艺的发展方向和面临挑战。

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    • 马龙飞, 徐滨, 廖昕

      优先出版日期:2022-09-19  DOI: 10.11943/CJEM2022165

      摘要:为改善1,1′-二羟基-5,5′-联四唑二羟胺盐(TKX-50)与硝化棉(NC)的相容性,采用1%、2%和3%浓度的硅烷偶联剂(KH550)乙醇溶液对TKX-50进行包覆,得到3种TKX-50/KH550复合材料TK1、TK2和TK3。采用扫描电镜、红外光谱仪和差示扫描量热仪研究了复合材料的形貌结构及热安定性能;采用绝热加速量热仪和差示扫描量热仪研究了TKX-50/KH550复合材料与硝化棉(NC)之间的相容性。结果表明,与原料TKX-50(138.86 kJ·mol-1)相比,TKX-50/KH550复合材料的热分解表观活化能分别增加了190.03、195.82、194.42 kJ·mol-1,TKX-50的热稳定性得到了提高;在绝热环境下,较TKX-50与NC混合体系,3种TKX-50/KH550复合材料与NC混合体系的初始热分解温度分别提高了14.93、18.18和17.90 ℃;相比TKX-50,TKX-50/KH550复合材料与NC的相容性等级从3级提升到2级,改善了TKX-50与NC的相容性。

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    • 张豫鲁, 刘奔奔, 陈国辉, 曹贝贝, 何吉宇, 李向梅, 杨荣杰

      优先出版日期:2022-09-19  DOI: 10.11943/CJEM2022045

      摘要:固体火箭发动机技术的发展对现有的包覆层生产技术提出了新的挑战,采用热固性树脂作为基体,结合连续自动化包覆技术,可快速得到成型完整、性能优异的包覆层,是近年来较为热门的包覆层生产方法。本研究分析了不饱和聚酯(UPR)包覆层的流动性和浇注条件,通过在Fontana-Kiuna模型基础上引入指数函数,得到匹配的化学流变模型,建立了UPR固化时粘度与时间、温度的函数关系,得到了适合包覆层浇注操作的温度;以Bird-Carreau幂律方程建立UPR流体的本构方程,使用Polyflow软件在前述温度下对恒速模式和恒压模式下UPR包覆层的浇注过程进行模拟,分析了浇注速率、浇注压力对充填完整性的影响,预测了包覆层的填充体积分数分布、流动速率分布和熔接线位置。结果表明,为了保证UPR包覆层浇注完整,浇注温度应该在35 ℃以下,浇注压力应大于1 MPa,入口流速应大于150 mm3·s-1且小于175 mm3·s-1

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    • 刘洋, 焦纬洲, 刘有智

      优先出版日期:2022-09-09  DOI: 10.11943/CJEM2022197

      摘要:硝基苯类化合物广泛存在于火炸药、石化、染料等行业,在其生产过程中产生大量硝基苯类废水,因其结构稳定、毒性大、可生化性差等特点备受广大科技工作者关注。传统废水处理方法存在传质受限、处理效率低等问题,利用超重力技术强化处理硝基苯类废水成为一种新的颇具潜力的方法。本文综述了超重力强化物理法、还原法、臭氧高级氧化法等处理硝基苯类废水方法研究进展,包括强化传质过程、材料制备、催化降解等方面,并对超重力强化处理硝基苯类废水放大过程中应关注的关键问题以及今后对优化结构、延长液体停留时间的研究方向进行了阐述和展望。

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    • 先明春, 李辉, 袁震, 侯成, 江心白, 沈锦优

      优先出版日期:2022-09-08  DOI: 10.11943/CJEM2022135

      摘要:典型第三代含能材料六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)特殊的多环笼状结构,使其生产过程会伴随着高浓度的有机溶剂,具有较大的生物毒性,为解决CL-20投产所造成严重的污染排放问题,研究通过内电解-碱解-生物处理组合工艺,采用零价铁还原硝基化合物、碱解分解乙酸乙酯和氯仿成为小分子有机酸的预处理工艺,利用厌氧-好氧生物组合工艺去除废水中的有机污染物。结果表明内电解工段可完全去除废水中的CL-20,反应最佳pH值为2。在pH值和停留时间分别为11和4 h的最优碱解工艺参数条件下,废水中的乙酸乙酯和氯仿的去除率分别达到(99.4±0.1)%和(95.4±0.9)%。经内电解-碱解预处理废水的可生化性得到显著提高,上流式厌氧污泥反应器(UASB)-曝气生物滤池(BAF)组合生物工艺最终出水化学需氧量(COD)可降至300 mg·L-1以下表明“内电解-碱解-UASB-BAF”组合工艺具有良好的运行稳定性。

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    • 唐婷婷, 赵平, 金波

      优先出版日期:2022-09-07  DOI: 10.11943/CJEM2022138

      摘要:芳香族硝基化合物中的硝基苯、硝基甲苯、二硝基苯酚等都是炸药的主要成分,除了它们本身的爆炸性和危险性,还具有高稳定性及高毒性,对人类健康、土壤、水源及生态环境都会造成极大的危害。本研究归纳了目前芳香族硝基化合物废水处理技术的现状,依据物理处理、化学处理和生物降解3 种处理方法,进行了各种技术优缺点的总结,并展望了发展趋势。 3种处理方法中物理处理法存在潜在的二次污染风险,生物降解法时间成本较高,故认为化学处理法是最具发展前景的方法,其中的光催化法仅借助太阳光就可高效降解芳香族硝基化合物废水,具有绿色环保、节能等优点,虽该方法还未运用到实际应用中,但可将其他处理技术与光催化法联合应用,达到取长补短、相得益彰的效果。

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    • 胡锦俊, 白红娟, 宋雨, 赵啟超

      优先出版日期:2022-09-06  DOI: 10.11943/CJEM2022168

      摘要:火炸药在生产和加工中会产生苯胺废水,对环境造成较大的污染。为苯胺降解提供高效的菌种资源,从化工废水处理厂好氧曝气池活性污泥中分离出一株以苯胺为唯一碳源和能源生长的高效降解菌Q6,通过形态观察、生理生化特征和16S rDNA基因序列系统发育分析,初步鉴定菌株属于食酸菌属(Acidovorax sp.)。研究了接种量、温度、pH值、外加碳氮源对菌株Q6降解苯胺的影响,同时拟合了不同初始浓度苯胺的降解动力学过程和菌株Q6生长动力学过程。实验结果表明,在温度23~37 ℃和pH 5~8的条件下,菌株Q6均能高效降解苯胺,且氯化铵可作为最优共代谢氮源促进菌株对苯胺的降解。最适条件33 ℃、pH 7和接种量10%,该菌株对不同初始浓度(200~3000 mg·L-1)苯胺的降解率均可达95.0%以上,降解苯胺过程呈现一级和零级动力学关系。Q6生长过程符合Haldane方程,其最大比生长速率μmax为0.130 h-1,半饱和常数Ks为190 mg·L-1,抑制常数Ki为8497 mg·L-1。研究表明,菌株Q6在处理含高浓度苯胺工业废水方面具有独特潜力。

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    • 肖云东, 王玉峰, 李高春, 孔令泽, 伍鹏, 赖帅光

      优先出版日期:2022-08-31  DOI: 10.11943/CJEM2022174

      摘要:针对传统实验法无法精准获取粘接界面内聚力模型参数问题,采用数字图像相关技术结合Hooke-Jeeves优化算法的反演识别方法,基于固体火箭发动机矩形粘接试件拉伸实验结果,对粘接界面所采用的双线性内聚力模型的相关参数开展反演研究。反演结果表明:拉伸速率为5 mm·min-1时,最大粘接强度、模量、失效断裂能分别为0.55 MPa、0.57 MPa、2.26 kJ·m-2。仿真与实测应力-应变曲线的相对误差由初始44.7%修正为4.3%,拉伸应变为0.05、0.08时,仿真与实测的感兴趣区域最大位移误差分别为0.64 mm、1.76 mm,平均位移误差分别为0.38 mm、0.45 mm,以上误差结果均表明该反演识别方法的精度较高,建立的内聚力模型可以用于表征粘接界面的真实本构关系。

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    • 张杰, 康超, 龚建良, 郭旺军, 伍致生, 王户生

      优先出版日期:2022-08-31  DOI: 10.11943/CJEM2022195

      摘要:从化学转化及微生物降解2个方面综述了2,4,6-三硝基甲苯(TNT)资源化再利用的研究进展及应用。化学转化途径以TNT甲基氧化、硝基还原、取代反应等进行分类,系统地梳理了多样性的化学转化途径,结合资源化再利用从绿色环保、反应机理、反应效率、产物特性等多个维度进行了评价;微生物转化途径以需氧细菌、厌氧细菌和真菌代谢进行分类,较为全面的梳理了TNT微生物需氧代谢和厌氧代谢途径,汇总了相关微生物及代谢过程。最后对基于化学转化和生物转化的废旧TNT资源化再利用发展方向进行了展望:TNT化学转化将超越实验室研究阶段,绿色工艺研究及安全性将是本阶段研究的重点; TNT微生物转化依旧是研究重点,结合基因工程及现代分子生物学技术,有望为废旧TNT深度再利用提供新的解决方案。

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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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    • 王子寒, 刘伟, 施玲艳, 何璇, 崔升

      优先出版日期:2022-08-25  DOI: 10.11943/CJEM2021277

      摘要:2,4,6-三硝基甲苯(TNT)是军事活动中最重要的武器能源体,其不仅具有强大的毁伤作用,同时还具有化学毒性,即使是痕量的TNT,也会对自然环境、人类健康造成严重威胁。因此,发展具有高灵敏、高准确性、快响应的痕量炸药检测技术,对保护生态环境、维护人类健康具有深远研究意义。在众多痕量检测技术中,生物传感技术具有选择性好,合成简单,响应快,灵敏度高等优势,具有良好的应用前景。本文综述了近年来生物传感技术在痕量炸药检测中的研究进展,重点讨论了抗体免疫、肽、适配体、酶以及多参量加载5大类生物传感器的优势以及局限性。其中基于适配体制备的传感器对炸药分子具有良好的亲和力以及特异性,检出限相较于其他几类传感器低1000倍,且稳定性良好,易于改造修饰,结构拓展能力强。今后研究的重点为基于适配体等生物受体元件构筑的高通量痕量炸药传感系统,结合神经网络算法,机器学习技术,构筑具有多重检测以及仿生遥感性能的痕量炸药生物传感技术。

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    • 吴波, 崔耀中, 蒙国往, 徐世祥

      优先出版日期:2022-08-25  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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    • 苗富铭, 任高妙, 武文莉, 尚芮泽, 景佳鑫, 刘有智, 焦纬洲

      优先出版日期:2022-08-24  DOI: 10.11943/CJEM2022150

      摘要:二硝基甲苯(DNT)生产工艺中产生的废水具有成分复杂、难生物降解等特点,为此本研究提出采用超重力强化O3/Fe(Ⅱ)氧化降解DNT实际废水的思路,研究了操作参数对DNT废水去除效果的影响规律,揭示了超重力强化O3/Fe(Ⅱ)氧化降解DNT的催化机理,分析了DNT降解过程中间产物,推测了其降解途径。结果表明:超重力因子的提高有利于硝基化合物的深度降解,体系 pH 值会影响臭氧的直接氧化和间接氧化反应以及催化剂 Fe(Ⅱ)的浓度,在超重力因子β为40,Fe(Ⅱ)浓度为 0.8 mmol·L-1,O3浓度为60 mg·L-1,液体流量QL为80 L·h-1,pH值为1.1的条件下,反应60 min硝基化合物的去除率达60%,相近操作条件下,硝基化合物去除率比鼓泡反应器(BR)O3/Fe(Ⅱ)体系提高18.30%;电子顺磁共振图谱显示出1∶2∶2∶1的相对峰强度,表明了羟基自由基(·OH)的存在,证实该降解过程遵循·OH的催化机理;旋转填料床(RPB)O3/Fe(Ⅱ)体系中降解DNT过程的中间产物主要有二硝基苯甲醛、二硝基苯甲酸、二硝基苯、间苯二酚和丙二酸,并推测了Fe(Ⅱ)催化臭氧氧化二硝基甲苯的降解途径。

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    • 乔琛, 梁义, 吴金婷, 谌思嘉, 赵廷兴, 张勇, 黄明, 李鸿波

      优先出版日期:2022-08-19  DOI: 10.11943/CJEM2022154

      摘要:高纯度2,4,6-三硝基-5-乙氧基-1,3-苯二胺(DATNEB)可作为内标物,通过高效液相色谱法对含氯法合成的1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)的纯度进行精确分析。为研究DATNEB的合成及其含能特性,以苦味酸为原料,经4-氨基-1,2,4-三唑(ATA)氨化,原甲酸三乙酯乙基化两步制得高纯DATNEB,总收率为32.5%,纯度≥99.8%。产物经红外(IR)、核磁(1H NMR、13C NMR)、质谱(MS)以及单晶X-射线衍射确证结构。对苦味酸双氨基化机理和中间体二氨基苦味酸羟基乙基化机理进行了探讨,且对DATNEB热性能和爆轰性能进行了研究。结果表明,DATNEB为单斜晶系,空间群为P21/c,晶体学参数为:a=1.21261(7) nm,b=0.89654(4) nm,c=1.12310(6) nm,V=1.17675(11) nm3Z=4,D=1.62 g·cm-3。吸热峰温为193.9 ℃,放热峰温为236.0 ℃,具有较好的热稳定性。理论爆速为7.05 km·s-1,爆压为21.14 GPa,总体爆轰性能与三硝基甲苯(TNT)相当,但感度远低于TNT和环三亚甲基三硝胺(RDX)。因此合成的高纯DATNEB不仅可作为内标物,用于分析含氯法合成的TATB纯度,还有望作为熔铸炸药的辅助组分。

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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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    • 楼建锋, 张树道

      优先出版日期:2022-07-14  DOI: 10.11943/CJEM2021219

      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。

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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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    • 孙宝亮, 黄文尧, 汪泉, 潮捷, 檀鑫, 牛草原, 胡洁

      优先出版日期:2022-06-30  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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    • 李慧莹, 王玄玉, 刘志龙, 孙淑宝, 魏庆连

      优先出版日期:2022-06-23  DOI: 10.11943/CJEM2022119

      摘要:为了探究三维石墨烯的红外消光性能,采用热化学沉积法制备了三维石墨烯粉体,通过电镜、拉曼光谱仪和X射线衍射仪表征了三维石墨烯粉体的形貌和结构特征,利用粉体综合特性仪测试了其流散性;利用烟幕箱试验测试了三维石墨烯的红外消光性能,并与复合石墨、碳纤维的消光性能进行了比较。结果表明:三维石墨烯的红外消光性能优异,在红外波段为3~5 μm和8~14 μm时,其平均质量消光系数分别约为1.32 m2·g-1和1.09 m2·g-1。与复合石墨和碳纤维相比,其在3~5 μm的平均质量消光系数分别提高了57%和132%,其在8~14 μm的平均质量消光系数分别提高了35%和102%,具有更优异的红外消光性能。

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    • 周治宇, 廖思丞, 刘天林, 张庆华

      优先出版日期:2022-06-13  DOI: 10.11943/CJEM2022013

      摘要:桥联富氮杂环化合物具有丰富的多样性,良好的热稳定性和优异的能量密度,是潜在的高能量密度材料,受到了国内外学者的广泛研究和报道。其中,亚氨基(—NH—)作为桥联单元,不仅能提高化合物的生成焓和能量密度,还能通过桥联的亚氨基形成氢键而降低感度,构建高能低感含能材料。本文介绍了亚氨基桥联富氮杂环化合物及其盐的研究进展,综述了这些含能化合物的制备方法、理化性质和爆轰性能,对亚氨基桥联富氮杂环化合物未来的发展潜力和重点研究方向进行了展望,从而为亚氨基桥联富氮杂环化合物的设计与合成提供借鉴和参考。

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    • 龚赛花, 鲁志艳, 李志华, 蔡春

      优先出版日期:2022-06-08  DOI: 10.11943/CJEM2022050

      摘要:为处理3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)精制过程产生的有害酸性废水,研究采用碱性阴离子交换树脂吸附的方法处理废水并回收NTO。通过静态吸附实验筛选出4种市售树脂(D301、D201、D311、IRA402)中吸附效果较佳的树脂,并研究了吸附时间及初始浓度对树脂吸附NTO的影响;通过动态吸附实验进行了模拟废水的pH、初始浓度及流速的筛选,得到最佳的吸附条件,筛选效果较佳的脱附剂,并在最佳条件下进行了吸附脱附的5次重复实验,对脱附液进行酸化及萃取处理回收NTO。结果表明D301湿树脂对NTO有较好的吸附能力,吸附曲线符合Langmuir方程,由方程可推得其理论饱和吸附量为232 mg·mL-1。在模拟废水的初始浓度为8 mg·mL-1,流速3 BV·h-1,pH 3时,D301对NTO的吸附效果最佳,饱和吸附容量为205 mg·mL-1。树脂经10%NaOH溶液脱附,脱附效果最好,脱附率可达到98%。重复实验中,NTO的回收率为82%~88%,表明树脂性能稳定,可循环使用。可见碱性离子交换树脂吸附废水中NTO方法可行,具有实际应用前景。

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    • 南俊平, 王瑜凌, 宋建伟, 卫改霞, 陈云, 丁鑫磊, 戴恒玮, 白广梅, 邱文革

      优先出版日期:2022-05-30  DOI: 10.11943/CJEM2022044

      摘要:为提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)合成过程中氢解脱苄催化剂的活性、降低贵金属Pd用量,本研究以葡萄糖酸钠为原料采用球磨/碳化方法制备了炭载体,实验主要探索了葡萄糖酸钠的碳化温度、升温速率及助剂等因素对炭载体结构及相应氢氧化钯碳(Pd(OH)2/C)催化剂在六苄基六氮杂异伍兹烷(HBIW)和四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷(TADB)氢解脱苄反应中催化活性的影响。采用氮气等温吸附(BET)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线粉末衍射(XRD)、元素分析及程序升温脱附(TPD)对炭载体的孔结构、颗粒形貌、晶相结构、化学组成及表面化学性质进行了表征。结果表明:以葡萄糖酸钠为原料制备炭载体的较佳碳化温度为700 ℃,升温速率为10 ℃·min-1,引入助剂NaHCO3可调变葡萄糖酸钠碳化过程中的膨化程度。在此优化条件下制备的炭载体具有丰富多级孔结构和适量的表面含氧官能团,相应Pd(OH)2/C催化剂在HBIW和TADB氢解脱苄反应中显示出优异催化活性。

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    • 宋江伟, 杨文进, 张军旗, 张劲松, 徐森

      优先出版日期:2022-05-27  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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    • 孔红杰, 叶继飞, 毛晨涛, 杜宝盛, 郑永赞, 崔海超

      优先出版日期:2022-05-26  DOI: 10.11943/CJEM2022015

      摘要:为研究吸收系数对激光烧蚀二硝酰胺铵(ADN)-丙酮基液体推进剂的推进性能的影响,将ADN液体工质在0~80%区间内,按照10%为等比例间距,与吸收剂充分混合构成不同比例的ADN-丙酮基液体推进剂。利用近红外光谱仪测量装置对不同比例的ADN-丙酮基液体推进剂的吸收系数进行测量与计算;在激光能量60 mJ,液膜厚度300 μm的工况下,利用高精度扭摆对激光烧蚀不同比例的ADN-丙酮基液体推进剂所产生的冲量进行测量。实验结果表明:随着ADN含量的增加,吸收系数呈现下降趋势。当ADN含量达到30%时,冲量取得峰值并随后不断下降,当ADN含量达到80%时,冲量又产生一个大幅度上升。分析认为,ADN含量为30%~70%时冲量不断下降主要原因是由于吸收系数的下降导致推进剂所沉积的激光能量变少引起的,而ADN含量为80%处的冲量大幅度上升则是由于吸收系数趋于0的推进剂与基底构成“水炮靶”,激光烧蚀基底容器,推进剂起到约束作用而造成的。

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    • 袁野, 李纯志, 董军, 李彬, 杨丽媛, 章冲, 孙呈郭, 胡炳成

      优先出版日期:2022-05-23  DOI: 10.11943/CJEM2022053

      摘要:为了实现五唑前驱体3,5-二甲基-4-羟苯基五唑(HPP)的规模化生产,最终实现五唑阴离子基含能材料的工程化应用,在现有实验室级别合成方法的基础上,利用10 L和100 L中试合成设备,对HPP的中试放大合成工艺进行了研究。分别研究了3,5-二甲基-4-羟基苯胺盐酸盐(DAC)纯度、亚硝酸钠和叠氮化钠水溶液滴加速度以及投料量对HPP产量或产出比的影响。结果表明,在一定范围内,亚硝酸钠水溶液和叠氮化钠水溶液滴加总时间增加,HPP的产量也随之增加,到达一定值后,继续增加滴加时间并不会增加HPP产量;DAC的纯度对HPP的产量有较大影响,纯度越高,副反应越少,产量越高;另外,随着合成规模扩大,HPP产量增加,但是产出比却下降。投料量达到6 kg时,批量产出可达11.5 kg,但产出比低至1.91。

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    • 杜歆旖, 厉刚

      优先出版日期:2022-05-11  DOI: 10.11943/CJEM2021341

      摘要:在液体燃料中添加高能固体硼粉是提高燃料能量密度的一种有效途径,但是未经修饰的硼粉添加到液体燃料中时体系的表观黏度急剧增加,限制了添加量。增加硼粉添加量的同时又能防止复合燃料表观黏度的急剧增加,是当前固液复合燃料亟需实现的目标。采用4种有机硅烷(丙基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷)对硼粉进行表面修饰,通过扫描电镜(SEM)、接触角测定、X射线衍射(XRD)、动态激光散射(DLS)粒径分析、热重(TG)等手段对有机硅烷修饰硼进行了表征;研究了有机硅烷修饰硼/JP-10复合燃料的流变性能;考察了温度对有机硅烷修饰硼/JP-10复合燃料流变性能的影响。结果表明:通过有机硅烷修饰可除去硼粉表面的硼酸,硼粉表面特性从亲水性转变为疏水性;修饰硼中有机硅烷的含量低于1.5%,对热值影响不大;有机硅烷修饰硼添加到JP-10燃料中,当硼含量高达50%时,在25 ℃、剪切速率为100 s-1的条件下,表观黏度低于0.3 Pa·s,具有良好的流动性。在其它条件相同的情况下,复合燃料表观黏度大小与有机硅烷侧链烷基长短有关:丙基>辛基≈十二烷基≈十六烷基。有机硅烷修饰硼/JP-10复合燃料具有剪切变稀的特性,表观黏度与剪切速率之间的定量关系符合幂律型方程。温度对有机硅烷修饰硼/JP-10复合燃料的表观黏度有显著影响,两者的定量关系符合阿伦尼乌斯方程,且剪切活化能随有机硅烷侧链烷基长度的增加而增大。

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    • 符立言, 焦冰晶, 王棒棒, 崔尚平, 蒿银伟

      优先出版日期:2022-04-24  DOI: 10.11943/CJEM2021310

      摘要:硼氢类自燃离子液体具有粘度低、点火延迟时间短、成本低等优势,是最具潜力的传统推进剂燃料代替品之一。系统综述了基于硼氢阴离子构筑的自燃离子液体的相关研究,汇总了硼氢类自燃离子液体的分子设计、合成方法与物化性质,总结了2011年以来有关硼氢类自燃离子液体燃烧机理和自燃性能的研究,展望了硼氢类自燃离子液体的发展趋势与应用范围。

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    • 张蒙蒙, 王红星, 崔学谨, 李秉擘, 方学谦, 罗一鸣

      优先出版日期:2022-04-18  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研究;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。

    • 袁万里, 江毕涛, 章冲, 孙呈郭, 高超, 胡炳成, 杜杨

      优先出版日期:2022-02-17  DOI: 10.11943/CJEM2021336

      摘要:高能五唑离子盐的合成是含能材料领域的研究热点,五唑阴离子的制备是合成高能五唑离子盐的关键步骤。为了拓宽五唑阴离子的来源,寻求稳定性更好,性能更优的五唑阴离子前体,采用密度泛函理论计算研究了3-五唑基吡啶及其衍生物的桥连C—N键和五唑环的稳定性。结果表明:除—OH、—OMe、—N(Me)2对位取代物外,3-五唑基吡啶及其—NO2、—CN、—NF2对位取代,—NO2、—CN、—NF2、—OH、—OMe、—N(Me)2间位取代,—NO2、—CN、—NF2、—OH、—OMe、—N(Me)2对位和间位双取代物的桥连C—N键断裂所需的能量Ea1均小于苯基五唑,说明这些化合物比苯基五唑更易于得到五唑阴离子。—OMe、—N(Me)2对位取代,—OMe、—N(Me)2间位和对位双取代物的五唑环破裂的能垒Ea2与苯基五唑相当,说明这些化合物的五唑环具有较好的稳定性。—N(Me)2间位取代物的Ea1Ea2的差值ΔE最小,说明该化合物在切断桥连C—N键获得N5ˉ离子过程中,最易维持五唑环的稳定。相比于苯基五唑,—N(Me)2间位取代和双取代的3-五唑基吡啶具有较低的ΔEa1、较高的ΔEa2和较低的ΔE,说明其具有替代苯基五唑作为五唑阴离子前体的潜力。

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    • 黄龙呈, 叶继飞, 王殿恺, 郑永赞

      优先出版日期:2022-01-18  DOI: 10.11943/CJEM2021236

      摘要:从低温等离子体(Low Temperature Plasma,LTP)对偏二甲肼(Unsymmetrical Dimethylhydrazine,UDMH)降解的实际应用出发,以微秒脉冲电源和6根同轴反应管为主要构成,设计研制了基于气液两相介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharges,DBD)的UDMH废水处理装置,探究了不同频率、不同脉宽的电源参数对实验装置放电功率和功率因数的影响,以功率因数为主要目标优选了微秒脉冲电源参数;并对两种典型浓度的UDMH废水进行了降解实验,测定了UDMH的去除率和降解能耗。实验装置的功率因数随频率变大而提升,且在脉宽2~10 ms间有极大值,电源参数优选为控制电压200 V、频率1000 Hz、脉宽6 ms。UDMH废水降解实验中,对于初始浓度43.5、264.5 mg?L-1的UDMH废水,UDMH去除率分别为99.9%、93.8%,降解能耗为0.51、0.18 kWh?g-1。结果表明,以石英玻璃加水膜为阻挡介质、空气为工作气体的同轴反应管能够通过DBD产生LTP活性粒子,以较低的能耗为代价有效去除UDMH,实验装置可较好应用于工程。

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    • 徐林楠, 张旭, 赵坦, 贾冬雪, 李俊

      优先出版日期:2022-01-17  DOI: 10.11943/CJEM2021220

      摘要:针对现有方法在分析水样中肼、甲基肼和偏二甲肼含量中存在的选择性差、分析效率低等问题,开发了一种基于亲水色谱-质谱联用的肼类化合物含量分析方法。分别考察了样品配制条件、流动相组成及质谱分析条件对分离效果、分析时间、检测灵敏度的影响,优化得到了适合于肼类化合物分析的液相色谱-质谱分析条件。该方法使用含80%异丙醇-0.1%甲酸作为样品溶剂,并进样10 μL进行分析;以70%乙腈-10 mmol·L-1甲酸铵、pH=3.5的混合溶剂作为流动相,使用亲水色谱柱进行分离;分别选取质子化肼-乙腈非共价加合物,质子化甲基肼、质子化偏二甲肼作为检测离子,并分别采用50、100、100 eV源后碰撞能对肼、甲基肼和偏二甲肼进行质谱分析。在0.01~2 mg·L-1之间一定的浓度范围内,三种肼类化合物的质谱响应与其浓度呈现出良好的线性关系,可应用于水样中三种肼类化合物的定量分析。三种肼类化合物的方法检出限分别为0.04、0.005、0.025 mg·L-1。对加标水样进行了分析,所得方法回收率介于92%~115%。

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    • 周治宇, 廖思丞, 刘天林, 张庆华

      优先出版日期:2022-06-13  DOI: 10.11943/CJEM2022013

      摘要:桥联富氮杂环化合物具有丰富的多样性,良好的热稳定性和优异的能量密度,是潜在的高能量密度材料,受到了国内外学者的广泛研究和报道。其中,亚氨基(—NH—)作为桥联单元,不仅能提高化合物的生成焓和能量密度,还能通过桥联的亚氨基形成氢键而降低感度,构建高能低感含能材料。本文介绍了亚氨基桥联富氮杂环化合物及其盐的研究进展,综述了这些含能化合物的制备方法、理化性质和爆轰性能,对亚氨基桥联富氮杂环化合物未来的发展潜力和重点研究方向进行了展望,从而为亚氨基桥联富氮杂环化合物的设计与合成提供借鉴和参考。

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    • 杜歆旖, 厉刚

      优先出版日期:2022-05-11  DOI: 10.11943/CJEM2021341

      摘要:在液体燃料中添加高能固体硼粉是提高燃料能量密度的一种有效途径,但是未经修饰的硼粉添加到液体燃料中时体系的表观黏度急剧增加,限制了添加量。增加硼粉添加量的同时又能防止复合燃料表观黏度的急剧增加,是当前固液复合燃料亟需实现的目标。采用4种有机硅烷(丙基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷)对硼粉进行表面修饰,通过扫描电镜(SEM)、接触角测定、X射线衍射(XRD)、动态激光散射(DLS)粒径分析、热重(TG)等手段对有机硅烷修饰硼进行了表征;研究了有机硅烷修饰硼/JP-10复合燃料的流变性能;考察了温度对有机硅烷修饰硼/JP-10复合燃料流变性能的影响。结果表明:通过有机硅烷修饰可除去硼粉表面的硼酸,硼粉表面特性从亲水性转变为疏水性;修饰硼中有机硅烷的含量低于1.5%,对热值影响不大;有机硅烷修饰硼添加到JP-10燃料中,当硼含量高达50%时,在25 ℃、剪切速率为100 s-1的条件下,表观黏度低于0.3 Pa·s,具有良好的流动性。在其它条件相同的情况下,复合燃料表观黏度大小与有机硅烷侧链烷基长短有关:丙基>辛基≈十二烷基≈十六烷基。有机硅烷修饰硼/JP-10复合燃料具有剪切变稀的特性,表观黏度与剪切速率之间的定量关系符合幂律型方程。温度对有机硅烷修饰硼/JP-10复合燃料的表观黏度有显著影响,两者的定量关系符合阿伦尼乌斯方程,且剪切活化能随有机硅烷侧链烷基长度的增加而增大。

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    • 袁万里, 江毕涛, 章冲, 孙呈郭, 高超, 胡炳成, 杜杨

      优先出版日期:2022-02-17  DOI: 10.11943/CJEM2021336

      摘要:高能五唑离子盐的合成是含能材料领域的研究热点,五唑阴离子的制备是合成高能五唑离子盐的关键步骤。为了拓宽五唑阴离子的来源,寻求稳定性更好,性能更优的五唑阴离子前体,采用密度泛函理论计算研究了3-五唑基吡啶及其衍生物的桥连C—N键和五唑环的稳定性。结果表明:除—OH、—OMe、—N(Me)2对位取代物外,3-五唑基吡啶及其—NO2、—CN、—NF2对位取代,—NO2、—CN、—NF2、—OH、—OMe、—N(Me)2间位取代,—NO2、—CN、—NF2、—OH、—OMe、—N(Me)2对位和间位双取代物的桥连C—N键断裂所需的能量Ea1均小于苯基五唑,说明这些化合物比苯基五唑更易于得到五唑阴离子。—OMe、—N(Me)2对位取代,—OMe、—N(Me)2间位和对位双取代物的五唑环破裂的能垒Ea2与苯基五唑相当,说明这些化合物的五唑环具有较好的稳定性。—N(Me)2间位取代物的Ea1Ea2的差值ΔE最小,说明该化合物在切断桥连C—N键获得N5ˉ离子过程中,最易维持五唑环的稳定。相比于苯基五唑,—N(Me)2间位取代和双取代的3-五唑基吡啶具有较低的ΔEa1、较高的ΔEa2和较低的ΔE,说明其具有替代苯基五唑作为五唑阴离子前体的潜力。

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    • 黄龙呈, 叶继飞, 王殿恺, 郑永赞

      优先出版日期:2022-01-18  DOI: 10.11943/CJEM2021236

      摘要:从低温等离子体(Low Temperature Plasma,LTP)对偏二甲肼(Unsymmetrical Dimethylhydrazine,UDMH)降解的实际应用出发,以微秒脉冲电源和6根同轴反应管为主要构成,设计研制了基于气液两相介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharges,DBD)的UDMH废水处理装置,探究了不同频率、不同脉宽的电源参数对实验装置放电功率和功率因数的影响,以功率因数为主要目标优选了微秒脉冲电源参数;并对两种典型浓度的UDMH废水进行了降解实验,测定了UDMH的去除率和降解能耗。实验装置的功率因数随频率变大而提升,且在脉宽2~10 ms间有极大值,电源参数优选为控制电压200 V、频率1000 Hz、脉宽6 ms。UDMH废水降解实验中,对于初始浓度43.5、264.5 mg?L-1的UDMH废水,UDMH去除率分别为99.9%、93.8%,降解能耗为0.51、0.18 kWh?g-1。结果表明,以石英玻璃加水膜为阻挡介质、空气为工作气体的同轴反应管能够通过DBD产生LTP活性粒子,以较低的能耗为代价有效去除UDMH,实验装置可较好应用于工程。

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    • 龚赛花, 鲁志艳, 李志华, 蔡春

      优先出版日期:2022-06-08  DOI: 10.11943/CJEM2022050

      摘要:为处理3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)精制过程产生的有害酸性废水,研究采用碱性阴离子交换树脂吸附的方法处理废水并回收NTO。通过静态吸附实验筛选出4种市售树脂(D301、D201、D311、IRA402)中吸附效果较佳的树脂,并研究了吸附时间及初始浓度对树脂吸附NTO的影响;通过动态吸附实验进行了模拟废水的pH、初始浓度及流速的筛选,得到最佳的吸附条件,筛选效果较佳的脱附剂,并在最佳条件下进行了吸附脱附的5次重复实验,对脱附液进行酸化及萃取处理回收NTO。结果表明D301湿树脂对NTO有较好的吸附能力,吸附曲线符合Langmuir方程,由方程可推得其理论饱和吸附量为232 mg·mL-1。在模拟废水的初始浓度为8 mg·mL-1,流速3 BV·h-1,pH 3时,D301对NTO的吸附效果最佳,饱和吸附容量为205 mg·mL-1。树脂经10%NaOH溶液脱附,脱附效果最好,脱附率可达到98%。重复实验中,NTO的回收率为82%~88%,表明树脂性能稳定,可循环使用。可见碱性离子交换树脂吸附废水中NTO方法可行,具有实际应用前景。

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    • 南俊平, 王瑜凌, 宋建伟, 卫改霞, 陈云, 丁鑫磊, 戴恒玮, 白广梅, 邱文革

      优先出版日期:2022-05-30  DOI: 10.11943/CJEM2022044

      摘要:为提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)合成过程中氢解脱苄催化剂的活性、降低贵金属Pd用量,本研究以葡萄糖酸钠为原料采用球磨/碳化方法制备了炭载体,实验主要探索了葡萄糖酸钠的碳化温度、升温速率及助剂等因素对炭载体结构及相应氢氧化钯碳(Pd(OH)2/C)催化剂在六苄基六氮杂异伍兹烷(HBIW)和四乙酰基二苄基六氮杂异伍兹烷(TADB)氢解脱苄反应中催化活性的影响。采用氮气等温吸附(BET)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-射线粉末衍射(XRD)、元素分析及程序升温脱附(TPD)对炭载体的孔结构、颗粒形貌、晶相结构、化学组成及表面化学性质进行了表征。结果表明:以葡萄糖酸钠为原料制备炭载体的较佳碳化温度为700 ℃,升温速率为10 ℃·min-1,引入助剂NaHCO3可调变葡萄糖酸钠碳化过程中的膨化程度。在此优化条件下制备的炭载体具有丰富多级孔结构和适量的表面含氧官能团,相应Pd(OH)2/C催化剂在HBIW和TADB氢解脱苄反应中显示出优异催化活性。

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    • 李慧莹, 王玄玉, 刘志龙, 孙淑宝, 魏庆连

      优先出版日期:2022-06-23  DOI: 10.11943/CJEM2022119

      摘要:为了探究三维石墨烯的红外消光性能,采用热化学沉积法制备了三维石墨烯粉体,通过电镜、拉曼光谱仪和X射线衍射仪表征了三维石墨烯粉体的形貌和结构特征,利用粉体综合特性仪测试了其流散性;利用烟幕箱试验测试了三维石墨烯的红外消光性能,并与复合石墨、碳纤维的消光性能进行了比较。结果表明:三维石墨烯的红外消光性能优异,在红外波段为3~5 μm和8~14 μm时,其平均质量消光系数分别约为1.32 m2·g-1和1.09 m2·g-1。与复合石墨和碳纤维相比,其在3~5 μm的平均质量消光系数分别提高了57%和132%,其在8~14 μm的平均质量消光系数分别提高了35%和102%,具有更优异的红外消光性能。

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    • 孙宝亮, 黄文尧, 汪泉, 潮捷, 檀鑫, 牛草原, 胡洁

      优先出版日期:2022-06-30  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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    • 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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    • 楼建锋, 张树道

      优先出版日期:2022-07-14  DOI: 10.11943/CJEM2021219

      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。

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    • 苗富铭, 任高妙, 武文莉, 尚芮泽, 景佳鑫, 刘有智, 焦纬洲

      优先出版日期:2022-08-24  DOI: 10.11943/CJEM2022150

      摘要:二硝基甲苯(DNT)生产工艺中产生的废水具有成分复杂、难生物降解等特点,为此本研究提出采用超重力强化O3/Fe(Ⅱ)氧化降解DNT实际废水的思路,研究了操作参数对DNT废水去除效果的影响规律,揭示了超重力强化O3/Fe(Ⅱ)氧化降解DNT的催化机理,分析了DNT降解过程中间产物,推测了其降解途径。结果表明:超重力因子的提高有利于硝基化合物的深度降解,体系 pH 值会影响臭氧的直接氧化和间接氧化反应以及催化剂 Fe(Ⅱ)的浓度,在超重力因子β为40,Fe(Ⅱ)浓度为 0.8 mmol·L-1,O3浓度为60 mg·L-1,液体流量QL为80 L·h-1,pH值为1.1的条件下,反应60 min硝基化合物的去除率达60%,相近操作条件下,硝基化合物去除率比鼓泡反应器(BR)O3/Fe(Ⅱ)体系提高18.30%;电子顺磁共振图谱显示出1∶2∶2∶1的相对峰强度,表明了羟基自由基(·OH)的存在,证实该降解过程遵循·OH的催化机理;旋转填料床(RPB)O3/Fe(Ⅱ)体系中降解DNT过程的中间产物主要有二硝基苯甲醛、二硝基苯甲酸、二硝基苯、间苯二酚和丙二酸,并推测了Fe(Ⅱ)催化臭氧氧化二硝基甲苯的降解途径。

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    • 胡锦俊, 白红娟, 宋雨, 赵啟超

      优先出版日期:2022-09-06  DOI: 10.11943/CJEM2022168

      摘要:火炸药在生产和加工中会产生苯胺废水,对环境造成较大的污染。为苯胺降解提供高效的菌种资源,从化工废水处理厂好氧曝气池活性污泥中分离出一株以苯胺为唯一碳源和能源生长的高效降解菌Q6,通过形态观察、生理生化特征和16S rDNA基因序列系统发育分析,初步鉴定菌株属于食酸菌属(Acidovorax sp.)。研究了接种量、温度、pH值、外加碳氮源对菌株Q6降解苯胺的影响,同时拟合了不同初始浓度苯胺的降解动力学过程和菌株Q6生长动力学过程。实验结果表明,在温度23~37 ℃和pH 5~8的条件下,菌株Q6均能高效降解苯胺,且氯化铵可作为最优共代谢氮源促进菌株对苯胺的降解。最适条件33 ℃、pH 7和接种量10%,该菌株对不同初始浓度(200~3000 mg·L-1)苯胺的降解率均可达95.0%以上,降解苯胺过程呈现一级和零级动力学关系。Q6生长过程符合Haldane方程,其最大比生长速率μmax为0.130 h-1,半饱和常数Ks为190 mg·L-1,抑制常数Ki为8497 mg·L-1。研究表明,菌株Q6在处理含高浓度苯胺工业废水方面具有独特潜力。

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    • 徐林楠, 张旭, 赵坦, 贾冬雪, 李俊

      优先出版日期:2022-01-17  DOI: 10.11943/CJEM2021220

      摘要:针对现有方法在分析水样中肼、甲基肼和偏二甲肼含量中存在的选择性差、分析效率低等问题,开发了一种基于亲水色谱-质谱联用的肼类化合物含量分析方法。分别考察了样品配制条件、流动相组成及质谱分析条件对分离效果、分析时间、检测灵敏度的影响,优化得到了适合于肼类化合物分析的液相色谱-质谱分析条件。该方法使用含80%异丙醇-0.1%甲酸作为样品溶剂,并进样10 μL进行分析;以70%乙腈-10 mmol·L-1甲酸铵、pH=3.5的混合溶剂作为流动相,使用亲水色谱柱进行分离;分别选取质子化肼-乙腈非共价加合物,质子化甲基肼、质子化偏二甲肼作为检测离子,并分别采用50、100、100 eV源后碰撞能对肼、甲基肼和偏二甲肼进行质谱分析。在0.01~2 mg·L-1之间一定的浓度范围内,三种肼类化合物的质谱响应与其浓度呈现出良好的线性关系,可应用于水样中三种肼类化合物的定量分析。三种肼类化合物的方法检出限分别为0.04、0.005、0.025 mg·L-1。对加标水样进行了分析,所得方法回收率介于92%~115%。

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    • 张杰, 康超, 龚建良, 郭旺军, 伍致生, 王户生

      优先出版日期:2022-08-31  DOI: 10.11943/CJEM2022195

      摘要:从化学转化及微生物降解2个方面综述了2,4,6-三硝基甲苯(TNT)资源化再利用的研究进展及应用。化学转化途径以TNT甲基氧化、硝基还原、取代反应等进行分类,系统地梳理了多样性的化学转化途径,结合资源化再利用从绿色环保、反应机理、反应效率、产物特性等多个维度进行了评价;微生物转化途径以需氧细菌、厌氧细菌和真菌代谢进行分类,较为全面的梳理了TNT微生物需氧代谢和厌氧代谢途径,汇总了相关微生物及代谢过程。最后对基于化学转化和生物转化的废旧TNT资源化再利用发展方向进行了展望:TNT化学转化将超越实验室研究阶段,绿色工艺研究及安全性将是本阶段研究的重点; TNT微生物转化依旧是研究重点,结合基因工程及现代分子生物学技术,有望为废旧TNT深度再利用提供新的解决方案。

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    • 刘洋, 焦纬洲, 刘有智

      优先出版日期:2022-09-09  DOI: 10.11943/CJEM2022197

      摘要:硝基苯类化合物广泛存在于火炸药、石化、染料等行业,在其生产过程中产生大量硝基苯类废水,因其结构稳定、毒性大、可生化性差等特点备受广大科技工作者关注。传统废水处理方法存在传质受限、处理效率低等问题,利用超重力技术强化处理硝基苯类废水成为一种新的颇具潜力的方法。本文综述了超重力强化物理法、还原法、臭氧高级氧化法等处理硝基苯类废水方法研究进展,包括强化传质过程、材料制备、催化降解等方面,并对超重力强化处理硝基苯类废水放大过程中应关注的关键问题以及今后对优化结构、延长液体停留时间的研究方向进行了阐述和展望。

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    • 焦纬洲

      优先出版日期:2022-09-23  DOI: 10.11943/CJEM2022224

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    2022年第30卷第9期       含能材料3D打印技术 特邀专题

      >含能快递
    • 王军

      2022,30(9):873-873, DOI:

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    • >观点
    • >制备与性能
    • 汪鑫, 郑达伟, 周旭, 黄业明, 王敦举

      2022,30(9):877-885, DOI: 10.11943/CJEM2022074

      摘要:为探究结构对铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)基反应材料燃烧性能的影响,提高氟基铝热剂燃烧性能,利用增材制造技术,制备了实心、空心、核壳结构和限域空心结构的Al/PTFE基反应材料以及限域空心结构的铝/氧化铜(Al/CuO)、铝/氧化铁(Al/Fe2O3)基反应材料。并采用扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、高速摄影仪和恒容燃烧仪对其微观结构、热性能、燃烧速率以及产气性能进行了研究。结果表明:各样品结构完整,组分均匀;核壳结构和限域空心结构的样品放热量比同质量的实心结构和空心结构的样品低;空心、核壳结构和限域空心结构的样品的燃速分别为实心结构样品的1.44、1.32倍和2.62倍;空心结构和限域空心结构的样品的产气性能与增压速率获得明显提高,其中限域空心结构的样品提升最明显;Al/PTFE基、Al/CuO基和Al/Fe2O3基的限域空心结构材料燃速比其实心结构均有着明显的提升,该结构对Al/Fe2O3材料燃速提升最明显。制备空心结构材料来调控线条的燃烧性能有望对新型高性能武器的设计提供新思路。

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    • 贺倩倩, 毛耀峰, 王军, 聂福德

      2022,30(9):886-896, DOI: 10.11943/CJEM2022067

      摘要:含铝炸药因其高能量密度和压力输出而被广泛应用。为了调控和提高含铝炸药的二次燃烧反应和压力输出,以竹子的微观结构为灵感设计了具有分级结构的HMX/Al径向梯度药柱,使用3D打印技术制备了不同铝含量和不同铝颗粒尺寸的HMX/Al径向梯度结构药柱,研究了Al含量和粒径分布对HMX/Al梯度结构燃烧性能和压力输出的影响。结果表明,当HMX/n-Al(160 nm)径向梯度结构按照从中心层向外层Al的质量分数分别为10%、20%和30%分布时,内层的燃烧反应和火焰传播速度比外层更快;其密闭空间内由于气体释放而获得的压力(2337.61 kPa)高于反向分布的梯度结构药柱。当HMX/Al径向梯度结构按照从中心层向外层Al粒径依次为10 μm-Al,5 μm-Al和n-Al分布时,梯度结构药柱的燃烧过程比较缓慢,可以看到单独铝颗粒的燃烧现象。当中间层为n-Al时,HMX/Al径向梯度结构具有最大的压力输出(1512.65 kPa),高于均相的HMX/Al药柱;当中间层为10 μm-Al时,获得了具有双重峰的压力输出。

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    • 王沫茹, 周拥荣, 金国瑞, 袁璟, 蔺向阳, 南风强, 何卫东

      2022,30(9):897-902, DOI: 10.11943/CJEM2021340

      摘要:为了研制复杂几何形状的发射药,采用双基发射药挤出式3D打印工艺,通过螺杆挤出式发射药3D打印机打印出方形、车轮形、星孔形和花边七孔双基发射药,对打印发射药的表面结构、尺寸均匀性、密度和力学性能进行表征。结果表明,打印发射药的表面较光滑、无明显瑕疵;花边七孔发射药的尺寸均匀性达到传统方式制备发射药的标准,车轮形发射药弧厚的尺寸均匀性较好,标准偏差为0.026 mm,相对标准偏差为0.92%;方形发射药的密度较高(1.567 g·cm-3),其他发射药的密度为1.549~1.559 g·cm-3;打印填充路径为同心线(填充线方向与拉伸方向平行)和直线(填充线方向与拉伸方向垂直)的发射药试样的拉伸强度分别为14.467 MPa和10.789 MPa,前者与传统方式制备的发射药拉伸强度相当。实现具有弧度和角度的多种几何形状发射药的良好打印为复杂几何形状发射药的制备提供了基础。

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    • 凡文蕊, 熊鹏, 宋育芳, 肖乐勤, 赵其林, 李纯志, 周伟良

      2022,30(9):903-910, DOI: 10.11943/CJEM2022007

      摘要:针对传统工艺无法制备复杂结构发射药的问题,为探索提高发射药燃面渐增性新途径,采用3D直写打印技术,设计并打印了具有较高燃面渐增性的硝化棉基内嵌多方孔发射药。对3D打印的硝化棉基内嵌多方孔发射药进行了定容燃烧和内弹道性能表征。结果表明,以硝化棉、含能增塑剂和溶剂配制的浆料为打印物料,打印的硝化棉基内嵌多方孔发射药符合设计的燃面渐增性燃烧预期;受打印针头直径、溶棉比、醇酮比、溶剂挥发速度等因素的影响,直写打印的发射药设计尺寸和实际尺寸有一定偏差;12.7 mm机枪弹道初步试验表明,内嵌多方孔NC-120发射药和制式D-4/7混合装药16 g,装药比例1∶1时,膛压为314.2 MPa,射击初速为854.1 m·s-1,实现了直写打印内嵌多方孔发射药在膛内正常、稳定燃烧,达到了与制式发射药相似的水平,但充分利用直写打印内嵌多方孔发射药需要进一步优化设计药形、弧厚、内外层弧厚匹配等参数。

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    • 韩凯, 丁任琪, 李连强, 张梦龙, 安崇伟, 刘意, 谢占雄

      2022,30(9):911-919, DOI: 10.11943/CJEM2022171

      摘要:为考察氟碳树脂(FEVE)在炸药油墨中的应用效果,以聚乙烯醇(PVA)水溶液为水相,FEVE乙酸乙酯溶液为油相,设计了一种新型水包油乳液型黏结体系,并加入亚微米ε-CL-20颗粒,配制CL-20基炸药油墨进行直写技术打印。采用扫描电子显微镜、流变测试仪、X射线衍射仪、撞击和摩擦感度测试仪对打印成型样品进行形貌表征和传爆性能测试。结果表明,PVA/FEVE水包油乳液型黏结剂体系稳定存在时间可达174 h。90%固含量的CL-20的炸药油墨流变性能最佳,具有良好的可打印性。所得直写打印成型样品表面光滑,为多微孔内部结构,CL-20炸药晶型仍为ε型。打印样品的撞击能和摩擦力分别为216 N和4.5 J,相比原料ε-CL-20,撞击感度和摩擦感度分别降低了125%和200%。打印样品的爆速、临界传爆拐角、1 mm线宽临界传爆厚度和方形截面临界传爆尺寸分别为6772 m·s-1、160°、0.039 mm和0.4 mm×0.4 mm,具有优异的微尺度传爆能力。

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    • 廖东桀, 徐传豪, 孔胜, 贠妮, 李春燕, 吴筱璇, 王志雄, 董梅, 安崇伟

      2022,30(9):920-926, DOI: 10.11943/CJEM2021292

      摘要:为了研制出力学性能优异的微机电系统(MEMS)火工品用微尺度传爆药,以六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)为主体炸药,以端羟基聚醚(HTPE)/硝化纤维素(NC)为复合黏结体系,以乙酸乙酯为共溶剂,加入一定量的甲苯二异氰酸酯(TDI)设计出一种全溶式炸药油墨,利用喷墨打印技术实现了高精度装药成型,利用异氰酸根与羟基的交联反应实现了微装药力学性能增强。采用电子密度仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、X射线衍射仪、纳米压痕仪分别对打印样品的密度、微观形貌、热安定性、炸药晶型和力学性能进行了表征。结果表明,打印样品实测密度为1.70 g·cm-3,可达最大理论密度的88.54%,打印样品中CL-20由ε晶型转变为β晶型,其热分解表观活化能为173.00 kJ·mol-1,比原料CL-20提升了13.17 kJ·mol-1。打印样品弹性模量可高达10.47 GPa,硬度为0.22 GPa,展现了良好的力学性能。喷墨打印装药具有良好的传爆能力,临界爆轰尺寸和爆速分别为1 mm×0.18 mm和8054 m·s-1

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    • 周明月, 王立民, 梁导伦, 王国祺, 李霁, 陈頔, 张焘

      2022,30(9):927-936, DOI: 10.11943/CJEM2021248

      摘要:与传统浇注方法相比,利用增材制造(又称“3D打印”)技术制造的复合固体推进剂具有药柱构形不受模具限制,配方、性能连续可调等一系列技术优势。为提升打印效果,对基于光固化成型的复合固体推进剂打印配方及技术参数进行了研究,并对打印的推进剂样品进行了性能测试。此外,通过将电阻式温度传感器集成到打印推进剂样品中,实现了复合固体推进剂与电阻式温度传感器的一体化增材制造,并对不同温度下温度传感器的电阻值进行了检测。结果表明,在固含量为83%的固体推进剂浆料中添加不低于3%的紫外光(UV)固化树脂即可实现较好的预固化效果。对于固含量77%和80%的浆料,可以用直径为0.26 mm的针头挤出,而当固含量达到81%及以上时,需选择直径为0.5 mm的针头。当固含量为81%时,得到的推进剂样品维形性较好,外观无明显缺陷,但电子计算机断层扫描(CT)结果显示样品内部存在片状孔隙。20 ℃时,样品拉伸强度和断裂伸长率分别为0.94 MPa和15.63%;60 ℃时则分别为0.70 MPa和14.63%。与传统浇注推进剂相比,拉伸强度无明显变化,但断裂伸长率降低。电阻式温度传感器材料与推进剂间的结合强度为0.21 MPa,结合效果良好,且在测试温度范围(20~60 ℃)内传感器电阻随温度呈线性变化,展现出良好的温度监测能力。

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    • >综述
    • 李春燕, 李晨阳, 李敏杰, 安崇伟, 叶宝云, 王晶禹

      2022,30(9):937-951, DOI: 10.11943/CJEM2021294

      摘要:喷墨打印技术是以墨滴为基础,集喷射工艺、离散堆积数控制造及计算机辅助设计于一体的先进精细微加工制造技术,是微机电系统(MEMS)火工品等微结构含能器件的重要装药途径之一。在喷墨打印过程中,如何实现墨滴的精确控制是提高材料可打印性和打印精度的关键。本文在系统调研喷墨打印成型机理研究的基础上,探讨了墨水的物理特性、打印工艺参数对墨滴形成方面的影响规律,梳理了“咖啡环”效应出现的原因及控制方法,归纳了喷墨打印过程中墨滴成形和沉积的控制策略,与此同时,综述了喷墨打印技术在传爆药、纳米铝热剂等方面的应用情况,展望了喷墨打印技术下一步在含能领域应用的发展方向。喷墨打印技术的按需滴加、皮升级沉积为微纳米结构含能药剂的精确装药提供了前提,在MEMS火工品、异形含能器件方面具有较好的应用前景。

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    • >分析与检测
    • 李海宁, 肖盼, 杨占锋, 徐尧, 张伟斌

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

      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。

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    • 杨存丰, 田勇, 张伟斌, 张催, 肖盼

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

      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。

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    • 龙婷, 张思宇, 刘天林, 黄明, 李金勇, 杨海君

      2022,30(9):966-970, DOI: 10.11943/CJEM2022041

      摘要:为解决五唑金属盐合成中分离纯化困难等问题,以芳基五唑C—N切断反应后处理所得五唑钠水溶液为研究对象,采用沉淀法对五唑金属盐进行了分离纯化研究。结果表明,五唑钠水溶液中含有大量有机酸盐,以及硝酸钠、氯化钠等无机盐杂质。与N5负离子相比,有机酸根更易与金属离子形成沉淀,从而影响五唑金属盐析出。将五唑钠水溶液调节为酸性,萃取除去有机酸盐后加入氯化钴,成功沉淀得到五唑钴金属盐。研究发现,pH值越低,有机酸盐的去除效率越高,五唑钴纯度越好。确定了五唑钴的适宜分离纯化条件:pH值为3,氯化钴与原料4-氨基-2,6-二甲基苯酚(1)的摩尔比为0.26∶1。离子色谱表明,所得五唑钴经简单重结晶后纯度高达97.9%。在此基础之上,研究了沉淀法对其它五唑金属盐的适用性。结果表明,沉淀法亦适用于五唑铁、五唑亚铁和五唑铜等金属盐的分离纯化。

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    • 赵龙, 袁洪魏, 朱晓燕, 温茂萍, 文乾乾

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

      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。

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