超细CL‑20的可控批量制备及降感技术

为了批量制备低感度超细六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20),用作固体推进剂的高能添加剂,以氧化锆球(0.8 mm或0.3 mm)为研磨介质,采用HLG-05型粉碎设备制备了两种超细类球形CL-20。用激光粒度仪、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)对CL-20样品进行了相应的表征;用差示扫描量热(DSC)研究了样品的热分解性能;测试了样品的撞击、摩擦和静电火花感度。结果表明:制备的微米级和亚微米级CL-20平均粒径分别为3.43μm和320 nm,表面光滑,类球形;其晶型不变,无质杂峰;超细CL-20的分解峰温稍有下降,活化能降低,其静电火花感度略有提高,但撞击感度分别降低了24.6%和108.4%,摩擦感度下降了8%和20%;机械感度降低效果明显,在高能固体推进剂中有较大的应用前景。     

硝酸酯增塑GAP粘合剂中CL-20/HMX共晶研究

采用悬浮液法以硝酸酯增塑端羟基叠氮聚醚(GAP)粘合剂为溶剂制备出了六硝基六氮杂异伍兹烷/奥克托今(CL-20/HMX)共晶,并对其进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高效液相色谱(HPLC)测试。采用分子动力学方法构建了共晶晶面-硝酸酯模型,计算了硝酸酯在共晶主要晶面上的结合能、扩散系数。结果表明,产物与CL-20、HMX形貌不同,呈平面板状;HPLC测试结果表明,产物组分摩尔比为n_((CL-20))∶n_((HMX))=1.97∶1≈2∶1;XRD测试结果表明,产物是CL-20/HMX共晶且共晶晶面生长速率由小到大为(100)、(102)、(111)、(011);分子动力学模拟结果表明,硝酸酯溶剂-共晶晶面相互作用、溶剂扩散能力、界面状态的综合影响导致共晶晶面生长速率由小到大为(100)、(102)、(111)、(011)。     

GAP-NG-BTTN粘合剂中CL-20和HMX“溶解-共晶”机理研究

针对CL-20、HMX在GAP-NG-BTTN粘合剂中生成CL-20/HMX共晶的现象,采用HPLC法测定不同温度下ε-CL-20和β-HMX晶体在GAP-NG-BTTN粘合剂中的溶解度,并对溶解度测试试验后的CL-20和XRD进行了晶型和形貌表征;采用原位XRD表征了ε-CL-20和β-HMX及其混合物在高能粘合剂中的晶型变化,提出了CL-20和HMX在硝酸酯粘合剂中的"溶解-共晶"机理。结果表明,ε-CL-20和β-HMX在GAP-NG-BTTN粘合剂中具有一定的溶解度,单一的ε-CL-20或β-HMX纯品在GAP-NG-BTTN粘合剂中达到溶解平衡时CL-20和HMX的晶型和形貌均未发生任何变化;在ε-CL-20/β-HMX/GAP-NG-BTTN体系中,由于CL-20和HMX分子之间存在强烈相互作用,使得CL-20和HMX分子相结合而生成CL-20/HMX共晶,其从溶剂体系中析出,破坏了溶解平衡从而形成"溶解-共晶-析出-溶解"的循环过程。     

两种喷雾结晶法制备超细CL-20

采用压缩空气式喷雾蒸发法和压缩空气式喷雾结晶法,制备了不同粒径的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)超细颗粒。通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)测试,对样品的形貌、颗粒和晶型进行了表征。采用差示扫描量热法(DSC),对其热安定性进行了测试和分析;采用Kissinger公式和Zhang-Hu-Xie-Li热爆炸临界温度计算式,对样品的表观活化能和热爆炸临界温度进行了计算。超细CL-20的机械感度根据GJB 772A—97方法测试得到。结果表明,两种喷雾法制备出的CL-20颗粒粒径在300 nm和800 nm左右,晶型分别为β型和ε型。两种超细CL-20热爆炸临界温度分别为228.24℃和233.18℃。此外,两种超细CL-20的撞击感度相比原料明显降低。     

CL-20基复合含能材料的制备及性能

为了提高2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷(CL-20)的安全性能,以硝化棉(NC)和聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为复合包覆剂,采用水悬浮法对CL-20进行表面包覆。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对样品的形貌、晶型和热分解性能进行表征,对包覆前后样品的撞击感度和力学性能进行了测试和分析。结果表明,NC和GAP成功包覆在CL-20的表面,所得CL-20/NC/GAP样品颗粒为类球形,中值粒径约为300μm。XRD结果表明,经过细化和包覆后,CL-20晶型没有变化,依然为ε型CL-20。特性落高由包覆前的17.3 cm和29.46 cm升高到了36.74 cm,力学性能也显著提高。DSC结果表明,与未包覆CL-20相比,CL-20/NC/GAP复合粒子的分解峰温、活化能、爆炸临界温度和自加速分解温度都得到了一定程度的提高。     

含CL-20/HMX的GAP高能推进剂老化特性

GAP高能推进剂是固体推进剂的重要发展方向。为掌握该推进剂的老化特性,开展了含CL-20/HMX的GAP高能推进剂高温加速老化试验研究。结果表明,老化过程中推进剂模量显著升高、伸长率快速降低,且密度下降、燃速上升。采用SEM、XRD、凝胶分数、交联密度、HPLC等理化分析方法对推进剂老化特性进行了分析,揭示了CL-20与HMX在硝酸酯中的溶解、重结晶生成CL-20/HMX共晶,是造成GAP高能推进剂该老化特性的主要原因。     

固体推进剂氧化剂的共晶改性研究进展

高能量密度的六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、氧平衡优异的高氯酸铵(AP)和二硝酰胺铵(ADN)等,用作氧化剂可提高固体推进剂能量、氧平衡等性能,具有良好的应用潜力。由于CL-20存在机械感度高和低氧平衡等问题,AP和ADN存在易吸湿和低能量等缺点,针对CL-20、AP、ADN等氧化剂进行共晶改性成为提升固体推进剂能量、安全等性能的重要途径。根据固体推进剂对氧化剂的性能要求,分析了各种氧化剂应用在推进剂配方中存在的性能优势和不足。综述了近年来CL-20、ADN等氧化剂在机械感度、吸湿性、氧平衡等方面的共晶改性情况,总结了当前已报道的共晶氧化剂相比原材料出现的性能优缺点和在制备与应用过程中存在的问题,展望了未来固体推进剂用氧化剂共晶改性的发展方向与应用前景。     

HTPE与CL-20和HMX混合体系的热分解

利用差示扫描量热(DSC)法,得到端羟基聚醚(HTPE)/六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和HTPE/奥克托今(HMX)混合体系在不同升温速率(2.5、5.0、10.0、20.0℃/min)下的热分解曲线;用Kissinger公式和Ozawa公式,计算了HTPE/CL-20和HTPE/HMX体系热分解的表观活化能。结果表明,HTPE/CL-20混合体系表观活化能分别为132.11、130.60 k J/mol;HTPE/HMX混合体系表观活化能分别为193.80、198.57 k J/mol。对于同一体系,2种公式计算的结果基本一致。与单组分(CL-20或HMX)相比,HTPE/CL-20和HTPE/HMX体系的表观活化能分别降低了28.3~29.8 k J/mol和80.2~85.0 k J/mol。HTPE均降低了2种高能组分(CL-20和HMX)的分解放热峰温度,CL-20和HMX的分解放热峰峰温降低了36.0℃和17.3℃。HTPE/CL-20体系分解放热量减少了354.5 J/g,而HTPE/HMX体系分解放热量不变。     

三氢化铝的氧化石墨稀包覆降感技术

采用原位自组装法和溶剂-反溶剂法两种不同的工艺,选用不同C/O质量比的氧化石墨烯(GO),对α-AlH_3进行了包覆。包覆样品的X射线衍射和傅里叶红外光谱结构表征表明,包覆前后α-AlH_3的晶型保持不变。采用机械撞击感度测试和扫描电镜,研究了包覆工艺对样品降感效果的影响关系。通过比较发现,溶剂-反溶剂法工艺制备的样品机械撞击感度要比原位自组装法的低。在所选GO中,以GO-3为包覆剂,采用溶剂-反溶剂法工艺制备得到的含AlH_3推进剂药浆的机械撞击感度最低,药浆50%爆炸的临界撞击能由7.3 J提高到11.7 J。     

粒度和形貌及粒度分布对RDX安全和热分解性能的影响

采用溶剂/非溶剂法和筛分法,通过控制搅拌速度及溶剂与非溶剂温度差,制备了不同粒度、形貌和粒度分布的RDX粉末。利用激光粒度仪、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对其进行了相应表征;利用撞击和摩擦感度试验、慢烤试验及DSC测试分别研究了不同粒度、形貌及粒度分布的RDX样品的安全性能和热分解特性。研究结果表明,粒度、形貌及粒度分布是影响RDX安全和热分解性能的重要因素。随着粒度的减小,RDX的机械和热感度显著降低。另外,窄粒度分布的RDX样品普遍具有更低的机械感度,而宽粒度分布的RDX样品通常具有更好的热稳定性。     

CL-20/HMX混合体系的热分解

用高压差示扫描量热法(PDSC)研究了六硝基六氮杂异伍兹烷/奥克托今(CL-20/HMX)混合体系在常压及高压下的热分解行为,比较了混合体系在不同压强下的热分解特征,用Ozawa法获得了0.1、1、3 MPa下混合体系中CL-20的热分解动力学参数,讨论了混合体系组分的混合比和压强对其热分解动力学参数的影响。结果表明,随着压强的增大及HMX含量的增高,CL-20分解表观活化能提高。     

RDX/硬脂酸铅复合粒子的制备及其性能表征

为改善RDX-CMDB推进剂的燃烧性能和安全性能,以硬脂酸铅为包覆剂,采用化学沉淀法对RDX填料进行了表面包覆,制备了RDX/硬脂酸铅复合粒子。用SEM、XPS对包覆效果进行了表征;对包覆前后样品的机械感度进行了测试和对比;采用DSC对分别由包覆前后RDX制成的推进剂进行了热分解催化性能测试。结果表明,经过硬脂酸铅包覆,RDX的机械感度得到明显降低,撞击感度特性落高(H50)升高了17.6 cm,摩擦爆炸概率(P)降低了60%。与加有纯RDX的推进剂样品相比,添加RDX/硬脂酸铅复合粒子推进剂样品的硝化棉/硝化甘油放热峰峰温降低了约3.7℃,总放热量也得到了提高。     

分子动力学及热分析方法研究CL-20与推进剂主要组分的相互作用

采用分子动力学模拟(MD)计算与差示扫描量热法(DSC)相结合,研究六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)与推进剂主要组分间的相互作用,用理论键长变化趋势分析实验结果。分子动力学模拟计算键长变化趋势结果表明,CL-20与黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)混合体系的引发键N—NO2键最大键长Lmax随温度升高显著的单调递增,且当CL-20与RDX、HMX共混后,键长普遍增大,更容易断裂分解;而CL-20与硝化棉(NC)、硝化甘油(NG)共混后各个键长均与单质状态下存在时的键长相比变化不大,一些键长均小于其单质状态下存在时的键长,推测CL-20与NG、NC键混合后稳定性较好,不易发生键的断裂分解。DSC结果表明,CL-20与RDX和HMX之间在大于156℃的较高温度条件下存在强烈的相互作用,CL-20与NG、NC之间没有明显的化学作用。     

CMDB推进剂RDX填料表面包覆对其机械感度和力学性能的影响

为了改善RDX-CMDB推进剂的安全性能和力学性能,用一种含能高分子材料(记为HP-1)和一种胺类物质(记为AM)对RDX填料进行了表面包覆。用SEM和XPS对包覆样品的包覆效果进行了表征,对包覆前后RDX样品的撞击感度、摩擦感度及CMDB推进剂的机械感度和力学性能进行了测试和对比。结果表明,单独用HP-1包覆的样品机械感度没有明显变化;而随着AM用量的增加,样品的摩擦感度和撞击感度都有下降的趋势,当HP-1和AM的含量分别为1%和0.5%时,样品的特性落高升高了约17 cm,摩擦爆炸概率由92%降到58%。通过对RDX填料进行包覆,CMDB推进剂的撞击感度没有明显变化,而摩擦感度由58%降到4%,各个温度下的力学性能也得到了很大改善。     

HMX对固体推进剂在强烈冲击条件下反应特性的影响

为探索HMX对固体推进剂配方的低易损特性的影响,选取两种固体推进剂典型配方A和B(两配方的差异在于A中添加了20%的HMX,B不含有HMX),分别开展了不同冲击方向下的子弹撞击、高速破片撞击和聚能射流撞击试验。结果表明,子弹撞击试验和破片撞击试验中,固体推进剂A和B的响应类型均为燃烧;与子弹撞击试验的相比,样品中加入少量HMX对破片撞击试验中的燃烧速率提升较为明显,轴向和径向试验中燃烧速率分别提升了4.44倍和1.15倍;推进剂轴向撞击刺激响应程度平均为径向的1.61倍;在射流撞击试验中,样品A发生了爆轰,样品B发生了爆燃。由此可见,HMX对复合固体推进剂在射流试验中的响应特性具有显著影响。     

亚微米六硝基合钴酸钾K_3Co(NO_2)_6的制备及其性能

在乙二醇体系中,采用PVP(聚乙烯吡咯烷酮,K-30)分散沉淀法,制备了亚微米级的六硝基合钴酸钾K3Co(NO2)6,使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC),对产物的粒径、形貌、组成及对AP热分解的影响等特性进行了表征和研究,并对K3Co(NO2)6机械感度进行了研究。结果表明,在一定范围内,随温度升高,产物粒径增大,粒子表面变得粗糙;随PVP含量增加,粒径也在变大,团聚现象严重;与水和丙三醇相比,用乙二醇作溶剂时得到的产物粒径小,分散性好;K3Co(NO2)6感度测试结果为撞击感度H5060 cm,摩擦感度是0%;3%750 nm的K3Co(NO2)6使AP的高温分解温度降低124.4℃,DSC表观分解热由574.7 J/g提高到1 332.5 J/g。     

纳米可燃剂对HMX的热分解性能及热分解动力学参数的影响

以二甲基亚砜为溶剂,利用超声辅助喷雾重结晶原理制备了含有不同比例的纳米Al、Si可燃剂的HMX混合粒子;用X射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)对制备的复合粒子进行性能表征;重点研究了基于Kissinger法下所得含不同比例纳米可燃剂的混合粒子热分解性能。结果表明,与未加纳米可燃剂的HMX相比,加入质量分数为20%的纳米Al可燃剂细化的HMX的活化能Ea、活化熵ΔS、活化焓ΔH,活化自由能ΔG分别降低了26.07、19.23、26.09、11.75 k J/mol,随着纳米可燃剂含量的增加,催化效果越来越明显而且相同比例的纳米Al可燃剂比纳米Si可燃剂催化效果更好。也就是说,纳米可燃剂能够提高高温下HMX的反应速率,对HMX的热分解有明显的催化作用。     

球磨时间对Fe_2O_3/Al纳米复合材料性能的影响

采用高能球磨法制备了Fe2O3/Al纳米复合粉末,并利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)以及热分析仪(TGA/DSC)等分析测试手段,系统研究了球磨时间对复合粉末相结构、组织形貌以及热性能的影响。结果表明,随着球磨时间的增加,微米Fe2O3团聚体逐渐进入Al颗粒中,呈均匀弥散分布,且Al晶粒尺寸不断细化。当球磨时间为20 h时,Al粉已均匀分布到微米Fe2O3颗粒表面,球磨引起的晶粒长大与晶粒尺寸减小处于动态平衡,此时铝热反应热焓达到最高。球磨时间大于20 h时,所制备得到的复合粉末热焓反而降低,且易团聚。     

热塑性聚氨酯弹性体包覆CL-20及对NEPE推进剂性能影响

采用热塑性聚氨酯弹性体,通过水-溶液悬浮法将其包覆于六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20),并对包覆后的CL-20分别进行了XPS、SEM、撞击感度和表面能测试;研究了弹性体包覆CL-20对含CL-20的NEPE推进剂常温力学性能、燃烧性能的影响.研究表明,热塑性弹性体能有效包覆CL-20,在大幅度提高含CL-20的NEPE推进剂常温力学性能并改善"脱湿"的同时,改善高能低特征信号配方燃烧性能,σm最大提高了47%,εm最大提高了184%;燃速压强指数n降低了12%.     

机械球磨法制备纳米TATB及其表征

采用高能机械球磨法制备出平均粒径为58.1 nm的纳米TATB。利用SEM分析表征了纳米TATB的微观形貌,并统计了纳米TATB的粒度分布。利用XRD、IR和XPS表征了纳米TATB的晶型、分子结构和表面元素等。采用DSC和DSC-IR联用系统对纳米TATB的热分解活化能和热分解产物进行了分析。结果表明,纳米TATB的表观热分解活化能(ES=341.2 k J/mol)相比原料TATB(ES=354.4 k J/mol)降低了13.2 k J/mol,说明纳米TATB的反应活性更高。纳米TATB的主要分解产物为CO_2,同时伴有一定量的N_2O和NO_2生成。热感度实验表明,纳米TATB的5 s爆发点(T5s)高于原料TATB的T5s,说明纳米TATB的热稳定性更高。