一步造粒法制备RDX/PMMA微球及其性能表征

以环三亚甲基三硝胺(RDX)为主体炸药,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为粘接剂,采用超声辅助一步造粒技术,制备了RDX/PMMA微球。利用分子动力学(MD)模拟,对PMMA可作为RDX包覆材料的可行性进行了分析,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换近红外(FT-IR)和差示扫描量热仪(DSC)对粒子进行性能表征,通过撞击感度对微球的安全性能进行测试。通过模拟,结合能ERDXPMMA(610.69 k J/mol)ERDXF2602(499.93 k J/mol),即PMMA与RDX分子间作用力较强,相容性更好,可作为包覆RDX的粘接剂,与实验结果一致;XRD和FT-IR分析显示RDX/PMMA晶型结构没有发生转变;由DSC分析,与原料RDX相比,RDX/PMMA微球的热爆炸临界温度由220.95℃增加到227.53℃,热稳定性有所改善;RDX/PMMA微球特性落高从22.4 cm上升到了38.6 cm,安全性能明显提高;该方法将普通包覆的工作时间缩短了2.5倍,工作效率明显改善。     

高温水蒸气对RDX/PMMA形貌及热分解性能影响

以RDX为主体炸药,PMMA为粘结剂,分别在50、60、70、80、90℃的高温水蒸气下用一步造粒技术高效制备了RDX/PMMA复合粒子,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)分析了复合粒子的形貌及热分解性能。结果表明,一步造粒法制备的RDX/PMMA复合粒子的最佳水蒸气温度为80℃,此条件下制备的RDX/PMMA复合粒子粒度分布范围较窄,包覆层致密,包覆效果较好;通过DSC分析可知,该温度下制备的复合粒子表观活化能由155.07 kJ/mol提高到172.53 kJ/mol,热爆炸临界温度由223.48℃升高到228.23℃,热分解性能有明显改善。一步造粒技术在制备RDX复合粒子的过程中省去了RDX细化及干燥的过程,与水悬浮包覆工艺相比,工作效率有明显提高。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

包覆层对SZQu推进剂安定性及相容性的影响

采用75℃热加速老化试验和气相色谱试验,分别对裸药和带包覆层的SZQu推进剂进行测试,确定了安定性、中定剂质量分数随老化时间的变化规律;在升温速率β=5℃/min的条件下,采用差示扫描量热法(DSC)对老化7、54 d的裸药、包覆层和带包覆层的推进剂进行测试,比较其分解峰温,以分解峰温差值ΔTp2℃为判据判断两者相容性状况。结果表明,包覆材料对该型双基推进剂贮存安定性影响不显著,推进剂和推进剂与包覆层混合试样的分解峰温介于195~198℃之间,分解峰温的差值小于2℃,包覆层与推进剂相容性良好。     

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。     

溶胶-凝胶法制备RDX/AP/SiO_2复合含能材料

以正硅酸乙酯为前驱物,硝酸为催化剂,应用溶胶凝胶法,制备出了RDX/AP/SiO2复合含能材料。采用SEM、EDS能谱和BET比表面积对其结构进行了表征。结果表明,RDX/AP/SiO2复合材料是以SiO2为凝胶骨架,AP与RDX进入凝胶孔洞而形成的。运用热分析仪(TGA/DSC)对复合材料热性能进行测试。结果表明,RDX/AP/SiO2复合材料中的AP的分解温度大大提前,几乎与RDX同时分解,且分解热远高于物理共混的,提高了603.7 J/g,主要原因是RDX分解时释放的NO2等气体能促进AP的分解,同时AP分解提供的氧能使RDX分解产物进一步分解。     

Fe2O3/CNTs复合粒子的制备及其对AP热分解催化性能的影响

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用溶胶-凝胶法制备了Fe2O3/CNTs复合粒子,应用红外光谱仪(FT-IR)、X-ray衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、比表面积分析仪(BET)等手段对产物的结构、形貌、粒度和比表面积进行表征,并用差示扫描量热仪(DSC)研究了纯CNTs、CNTs和Fe2O3简单混合、Fe2O3/CNTs复合粒子及不同比例Fe2O3/CNTs复合粒子对AP热分解的催化作用。结果表明,Fe2O3/CNTs复合粒子结晶好、包覆均匀、比表面积大。Fe2O3/CNTs复合粒子可显著降低AP热分解峰温,使总表观分解热明显增加,高温分解的表观活化能降低,热分解反应速率常数增加,表现出显著的催化效果。     

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。     

低温等离子体技术应用在固体推进剂包覆领域的探索研究

运用RFD-200型射频单电极低温等离子体表面处理机处理橡胶包覆层和推进剂药片(药柱),采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)、热重(TG)和差式扫描量热法(DSC)分别对橡胶包覆层和推进剂药片(药柱)的表面、组成和热分解性能进行表征;采用万能材料测试机对橡胶包覆层和推进剂药片(药柱)之间的粘结性能进行测试。实验表明,用设备处理后不会影响推进剂和橡胶包覆层本来的性质,但其表面形貌变得较粗糙,使处理后片状样品之间的剥离拉伸强度和最大力分别提高了40%和37.6%,柱状样品的剥离最大力提高了74.4%,残留有效长度大幅增加。因此,处理后样品的粘结强度能够达到传统手工打磨工艺的水平。     

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。     

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。     

纳米PbCO_3/CuO复合粒子的制备及其性能

采用机械球磨法对PbCO_3和CuO两种常用燃速催化剂进行纳米化粉碎。用激光粒度仪、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了产物粒子的粒径分布、形貌、晶型和纯度。通过分别计算样品中PbCO_3和CuO含量的标准偏差,定量分析了两种组分在PbCO_3/CuO复合粒子中的分散均匀度。用差示扫描量热仪(DSC)分析了产品对吸收药热分解性能的影响。通过测定双基推进剂的燃速研究了产品对其燃烧性能的影响。结果表明,产物平均粒径为70 nm,粒度分布很窄;PbCO_3和CuO组分的分散均匀度分别达到了95.40%和92.60%。产物使吸收药热分解峰温提前了29.35℃,表观分解热增加了606 J/g,表观活化能降低了16.58 k J/mol。与普通PbCO_3和CuO的混合催化剂相比,纳米PbCO_3/CuO复合粒子使双基推进剂的燃烧压力指数降低了0.203。     

片状Al及Al//Mg合金粉的制备及性能

针对金属/水推进剂对金属粉的要求,采用双向旋转球磨机制备了片状Al及Al/Mg合金粉.应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(TG-DSC)、简易点火温度和水反应特性测试装置等手段分析了产物的形貌、结构及高温氧化过程、点火温度和水反应特性等.与球形Al对比结果表明,片状Al及Al/Mg合金粉总增重率大幅提高,初始放热峰温降低,活性增强,点火温度分别降低150℃和400 ℃以上.Al/Mg合金粉的水反应活性优于片状Al粉.     

Ce掺杂纳米NiFe2O4的制备及其对AP热分解催化性能影响

以硝酸镍、硝酸铁、硝酸铈为氧化剂,水溶性肼类燃料为还原剂,添加金属离子络合剂、分散剂,采用溶胶燃烧合成法制备了Ce掺杂的纳米NiFe2O4粉体,利用X-ray衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)等仪器,对产物的形貌、结构进行表征,同时采用差示扫描量热仪(DSC)研究了产物对高氯酸铵(AP)热分解的催化作用。结果表明,所制备的纳米粉体粒径范围在30～60 nm,有良好分散性,Ce掺杂量在0.09以内,产物为单相尖晶石结构,没有杂相。随着Ce掺杂量的增加,产物使AP的高温分解峰温度逐渐降低,表观分解热增加。在Ce掺杂量为0.09时,使AP高温分解峰温度降低57.8℃,表现出较强的催化性能。     

退火对P(VDF-HFP)共聚物薄膜结构和介电性能的影响

设法提高电介质材料的介电性能和击穿特性,进而改善PVDF基的电介质脉冲电容器储能性能,对于促进其在军事和民用领域的应用具有重要意义。偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP))是一类综合性能优良的电介质材料。为了进一步提高其介电性能,文章首先通过溶液流延法制得P(VDF-HFP)薄膜,在不同温度和时间下对其进行退火处理,以考察后处理对P(VDF-HFP)晶体结构及介电性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和示差扫描量热分析(DSC)对样品的晶体结构、结晶度和电活性β相含量进行表征,并对薄膜的介电性能进行测试。结果表明,退火处理可有效提高P(VDF-HFP)共聚物的β相含量,在120℃下退火12 h,体系的β相含量可高达92.1%,对应的介电常数可达15.3(100 Hz),较原始薄膜提高45%,同时样品介电损耗可降至0.019。