固相真空转晶法制备α-AlH3及其稳定化

AlH_3由于其极高氢含量和潜在的应用价值而得到了国内外广泛的关注,然而,现有的α-AlH_3制备工艺复杂、成本高及长期稳定性能差等问题,而限制了其广泛研究与应用。采用固态真空转晶法制备晶型单一、高品质的α-AlH_3。而后采用小分子化合物对α-AlH_3进行包覆实验,并通过X射线衍射、电子顺磁共振仪、热失重差热分析、扫描电子显微镜和透射电子显微镜证实包覆成功。对包覆前后的α-AlH_3在室温和90%湿度条件下进行稳定性对比实验,结果表明,未包覆的α-AlH_3在10 d后即分解,而包覆后的α-AlH_3在16 d后仍保持很好的稳定性。该技术摒弃高毒甲苯溶液转晶行为,兼具成本低和连续化工业生产的优点,为α-AlH_3的规模化生产和长期贮存提供了新的思路。     

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。     

含DAATO_(3.5)的CMDB推进剂的制备及性能研究

为考察N-氧化3’3-偶氮双(6-氨基-1,2,4,5-四嗪)(DAATO_(3.5))在CMDB推进剂制备工艺中的适用性,采用无溶剂压伸工艺和於浆浇铸工艺对DAATO_(3.5)的工艺适用性进行了考察,制备了相应的CMDB推进剂样品。采用燃速试验、爆热试验、撞击感度试验、静电火花感度试验、爆发点试验、甲基紫试验、真空安定性试验等方法对含DAATO_(3.5)的CMDB推进剂的燃烧性能、能量性能、安全性能进行了系统研究。制备工艺试验表明,DAATO_(3.5)可安全的适用于无溶剂压伸工艺和於浆浇注工艺进行制备。性能测试结果表明,用DAATO_(3.5)取代原配方中的RDX(HMX),可明显提高推进剂的燃速,并保持燃速压强指数基本不变;随着配方中DAATO_(3.5)含量的增加,推进剂的爆热出现一定程度的降低;推进剂的撞击感度、静电火花感度及爆发点、甲基紫试验、真空安定性等热感度均出现一定程度的升高。     

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。     

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。     

Al/HMX复合含能材料的制备及其燃烧特征参数研究

奥克托今(HMX)包覆铝粉(Al)能够有效降低Al的团聚烧结现象并改善其能量释放效率。采用物理混合法、溶剂-反溶剂法和溶剂蒸发诱导自组装法分别制备了三种不同结构的Al/HMX-1、Al/HMX-2和Al/HMX-3复合含能材料。相较于Al/HMX-1和Al/HMX-2,Al/HMX-3复合材料为球形包覆结构，D₅₀为6.651μm,各组分均匀分布。Al/HMX-3复合材料具备最优的热分解性能，其HMX的分解峰温降低到264.3℃,比Al/HMX-1和Al/HMX-2分别降低了～20.0℃和～19.2℃。燃烧性能分析表明，Al/HMX-3复合样品的燃烧更剧烈，团聚烧结现象降低，具有最高的燃烧热和燃烧温度。通过HMX均匀的包覆，HMX分解及时为Al燃烧提供氧化性气体“牢笼”促进Al氧化，并减少Al颗粒之间的相互碰撞导致的团聚。因此，燃烧性能和能量释放效率得到大幅度提升。     

纳米AP/Fe_2O_3复合氧化剂的制备及其机械感度和热分解特性

利用溶胶-凝胶法,通过引入1,2-环氧丙烷作为Fe(Ⅲ)离子的水解促进剂,在温和、无毒的条件下制备了纳米AP/Fe2O3的湿凝胶,经超临界干燥后得到AP/Fe2O3纳米复合氧化剂的气凝胶.利用TEM、SEM、EDS和DSC时样品微观形貌、表面元素组成和热分解特性进行了研究,并测试了它们的撞击和摩擦感度.结果表明,该复合氧化剂具有纳米尺寸,其中AP粒度在50～90 nm之间,Fe2O3粒度约加nm.AP/Fe2O3撞击感度普遍高于纯AP撞击感度.但AP/Fe2O3摩擦感度低于纯AP摩擦感度.另外,AP/Fe2O3分解放热峰温度较纯AP有很大程度提前,放热量也显著增加,其中含90%AP的纳米复合氧化剂高、低温分解峰较纯AP分别提前了124.96 ℃和113.02℃,放热量增加了438.85%.     

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。     

α'-AlH_3的制备及形成研究

以LiAlH_4和AICI_3为原料,通过乙醚法制备了AlH_3,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线粉末颜射(XRD),研究了制备条件对产物形貌、晶型的影响规律。结果表明,氢化铝醚合物高温脱醚时,混合溶剂中乙醚比例是影响AlH_3晶型及形貌的主要因素,当结晶时,体系中乙醚不能及时除去,会导致α'-AlH_3的形成,且AlH_3形貌逐渐由立方体变成绒球状。伴生的α'型对AlH_3室温存储稳定性及安全性有较大影响,α'型存在加快AlH_3在室温下分解,且使得样品摩擦感度升高。     

GAP基含能聚氨酯弹性体包覆RDX的研究

为了以较小的能量损失获得低感度的包覆RDX,采用液相沉淀法,以GAP基含能聚氨酯弹性体对RDX进行了包覆研究。通过傅立叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、差示扫描量热法(DSC)、有机元素分析、感度测试、流散性测试等方法对包覆样品进行了表征。结果表明,包覆样品颗粒表面有明显包覆层存在,颗粒流散性较包覆前有所提高,包覆度R为72.5%,包覆层质量分数为0.98%,与投料值1%基本相当;热分解峰温较包覆前有所降低;包覆样品的FTIR谱图中在2 100 cm-1附近含有明显的—N3吸收峰,且峰形尖锐;以1%GAP基聚氨酯弹性体包覆的RDX的特性落高从包覆前的25.6 cm提高到47.9 cm,增加近1倍;摩擦感度爆炸百分数从72%下降到40%。     

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。     

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。     

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。     

机械球磨法制备纳米CL-20/HMX共晶炸药及其表征

在磨球直径为0.3 mm条件下,采用机械球磨法制备出平均粒径为81.6 nm的CL-20/HMX共晶炸药。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、拉曼(Raman)、红外(IR)以及撞击感度试验对CL-20/HMX样品进行了表征及测试。结果表明,球磨后样品的微观形貌呈类球形,粒度呈正态分布;机械球磨作用并没有改变原料的元素组成和分子结构,但XRD测试表明,球磨后的CL-20/HMX有新的晶相生成,拉曼和IR测试表明CL-20/HMX部分衍射峰发生偏移的原因是产生了C—H…O氢键。CL-20/HMX共晶的撞击感度较原料和CL-20/HMX共混物均降低了,在5 kg落锤下的特性落高H50为32.62 cm。     

中性键合剂在叠氮高能推进剂中应用工艺研究

为提高叠氮高能推进剂(BAMO-THF/A3/AP/HMX/Al)力学性能,避免脱湿现象,对中性聚合物类键合剂(NPBA)在推进剂中添加应用工艺进行了研究。基于NPBA对在硝胺表面包覆效果和键合剂反应速度的影响机理,通过实验研究了键合剂加入方式、溶剂用量、捏合温度和捏合时间对键合剂键合效果的影响。结果发现:为使键合剂均匀分散至捏合体系中,增大与硝胺的接触,需将键合剂溶于溶剂再添加至药浆中,捏合过程中通过抽真空抽除溶剂;较高的捏合温度利于提高药浆流平性,加快键合剂与固化剂的反应速度,改善不同组分间的相容性,但温度选择时应考虑生产设备的限制;延长捏合时间可使键合剂充分包覆硝胺,提高推进剂力学性能。研究确定的NPBA用于叠氮高能推进剂的最佳工艺条件为:采用溶剂RJ溶解NPBA,RJ与NPBA质量比为5∶1;在温度60℃下捏合60~90min,捏合后抽真空20min。采用该工艺时,出料的工艺性能良好,经固化制得的推进剂方坯力学性满足使用要求。     

层层组装法制备NC-BA-RDX包覆球

以RDX为核心物质、NC为最外层、高分子键合剂LBA-201为中间层,利用层层组装(LBL)技术制备了NC-BA-RDX包覆球。实验研究了真空度和搅拌速度对包覆效果、包覆球假密度和粒度的影响,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和DSC热分析对包覆球进行观察和分析,并测试了推进剂的力学性能。结果表明,层层组装后得到样品基本呈球形,粒径分布均匀,结构致密,流散性好;采用缓慢升高真空度和温度的方法驱除溶剂得到效果较好的包覆球,实验得到适宜的驱溶时间为20~25 min;搅拌速度从700 r/min增加至2 000 r/min时,包覆球的中位径d50从386.7μm减小至18.4μm,分布宽度(SPAN)值从0.334减小至0.107,实验得到的适宜搅拌速度为1 500~1 800 r/min;包覆球的融化吸热峰强度明显减弱,峰温降低1.7℃,同时分解放热峰温升高4℃,分解热(ΔH)减少142 J/g。推进剂低温(-40℃)延伸率提高111.9%,高温(50℃)延伸率提高51.3%,高低温最大抗拉强度分别提高0.62 MPa和3.24 MPa。     

RDX基超细球形包覆粒子的制备及热性能表征

为改善RDX的安全性能,用一种HP-1高分子材料作为包覆剂,采用喷雾干燥技术制备了RDX/HP-1超细包覆球形粒子,RDX与HP-1质量比为98∶2。利用SEM和XRD对RDX原料及RDX/HP-1进行了表征。同时,对两者的热分解性能与撞击感度进行了对比。结果表明,改性后的RDX/HP-1颗粒为规则的球形,粒度约0.3~3μm,形貌及粒度明显优于RDX原料,晶型与原料相同。RDX/HP-1的活化能与热爆炸临界温度分别为191.9 k J/mol和237.2℃,RDX原料的活化能与热爆炸临界温度分别为174.0 k J/mol和236.0℃,RDX/HP-1与RDX原料的等动力学点温度为235.1℃。RDX/HP-1的真空安定性优于RDX原料。RDX/HP-1与RDX原料的特性落高分别为61.5、20.6 cm。     

高能含硼贫氧推进剂工艺性能改善研究

通过对无定形硼粉进行表面包覆、团聚造粒及添加工艺助剂,改善了含硼贫氧推进剂工艺性能,采用落球粘度计对药浆粘度进行对比测试,从中选择最优方法,以改善含硼贫氧推进剂药浆工艺性能.     

QSPR方法预测硝胺化合物撞击感度

基于定量结构-性质相关性(QSPR)原理,研究了硝胺化合物撞击感度与其分子结构间的内在定量关系.根据分子结构计算用于反映分子结构信息的35个结构参数;应用遗传算法筛选出与撞击感度密切相关的5个参数作为分子描述符;采用多元线性回归方法对分子描述符与撞击感度之间的内在定量关系进行模拟,建立了根据分子结构预测硝胺化合物撞击感度的数学模型.分别采用内部验证及外部验证的方式对模型性能进行了验证.结果表明,模型具有较高的稳定性、预测能力及泛化性能.该方法的提出为工程上预测硝胺化合物撞击感度提供了一种新途径.     

二元包覆的AP吸湿性及热分解性能研究

AP易吸潮结块而影响其使用性能,需对其进行疏水处理,降低其吸湿性。采用氧化石墨烯( GO)对AP进行一元包覆制备出AP/GO复合物,用氟硅烷( FAS：十二氟庚基丙基三甲氧基硅烷)对AP进行二元包覆制备出AP/GO/FAS复合物。吸湿率测试结果表明,在20℃、相对湿度为85%的条件下,AP粒径越大,吸湿率越小。对AP进行二元包覆后的复合物吸湿率均小于纯AP和一元包覆后的AP复合物的吸湿率,且GO质量分数为0.4%,FAS质量分数为1%时,二元包覆AP后的复合物的吸湿率最小。通过热分析测试结果可知,GO质量分数为0.4%、FAS质量分数为1%的AP/GO/FAS复合物的高温放热分解峰比纯AP提前了约32.9℃。