CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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  • 2023年第31卷第4期文章目次
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    • >制备与性能
    • 新型二硝酰胺根多氮含能铜配合物的合成与表征

      2023, 31(4):317-324. DOI: 10.11943/CJEM2022221

      摘要 (301) HTML (104) PDF 1.49 M (3146) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了高效地制备低感度、环保的含能燃速催化剂,以二硝酰胺铵(ADN)为前体,经离子交换反应得到二硝酰胺酸(HDN),该反应液与碱式碳酸铜(Ⅱ)反应制备二硝酰胺铜(Ⅱ),再与富氮配体(氨、咪唑、4-氨基-1,2,4-三唑-5-酮)进一步合成获得了3种含能金属配合物[Cu(NH34(DN)2]、[Cu(IMI)4(DN)2]、[Cu(ATO)4](DN)2。利用X射线单晶衍射、红外光谱、元素分析等方法准确表征了3种配合物的结构,测定了3种配合物的热稳定性、吸湿性、撞击感度、摩擦感度、静电火花感度以及[Cu(IMI)4(DN)2]对推进剂燃速的提升效果。结果表明3种配合物的热稳定性均满足固体推进剂的应用要求,初始分解温度均大于140 ℃。3种配合物的吸湿性有明显改善,仅为原料ADN的2%~5%。配合物[Cu(IMI)4(DN)2]的感度最低,撞击感度28.6 J、摩擦感度0%、静电火花感度185 mJ。在丁羟推进剂中添加质量分数为4%的[Cu(IMI)4(DN)2]时,可将基础配方推进剂燃速提升27.7%。

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    • 6-硝基-2-氧杂-6-氮杂金刚烷-4,8-二醇二硝酸酯的合成及表征

      2023, 31(4):325-331. DOI: 10.11943/CJEM2022264

      摘要 (285) HTML (125) PDF 888.36 K (2876) 评论 (0) 收藏

      摘要:以1,5-环辛二烯为原料,经氧化环合、O-酰化、消除、环氧化、氨解和硝化等步骤,合成了一种新型笼状含能化合物6-硝基-2-氧杂-6-氮杂金刚烷-4,8-二醇二硝酸酯。利用X射线单晶衍射技术获得了6-硝基-2-氧杂-6-氮杂金刚烷-4,8-二醇二硝酸酯的单晶结构;采用核磁、红外以及元素分析对其结构进行了表征;采用热重分析(TG)和差示扫描量热法(DSC)研究了目标化合物的热稳定性;经密度泛函理论研究了目标化合物的爆轰性能。结果表明,其密度为1.75 g·cm-3,热分解放热峰值为184 ℃,爆速7730 m·s-1,爆压为26.07 GPa。

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    • 高能氧化剂ONPP的合成工艺优化

      2023, 31(4):332-337. DOI: 10.11943/CJEM2022275

      摘要 (212) HTML (166) PDF 859.58 K (2922) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决当前高能氧化剂1,4-双(三硝基甲基)-3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑(ONPP)合成工艺的低硝化收率以及使用剧毒物等问题,设计并开发了ONPP的新合成路线。将ONPP溶于乙酸乙酯,采用缓慢溶剂挥发法制备出ONPP的单晶,并对不同配方进行了能量估算。结果表明,在碱和相转移催化剂Bu4NBr(TBAB)的参与下,3,6-二硝基吡唑[4,3-c]并吡唑(DNPP)与溴丙酮反应,在吡唑环上引入2个丙酮基团,接着使用HNO3/H2SO4/P2O5硝化体系对其进行硝化,合成得到了ONPP,两步总收率为31%。相较原工艺(两步总收率为10.4%),新工艺的产品收率提升了近3倍,且避免了剧毒物丁烯酮的使用,更适合放大化生产。单晶衍射结果为:ONPP的晶体为单斜晶系,P21/c空间群,晶体密度为1.983 g·cm-3(293 K)。经过对端羟基聚丁二烯(HTPB)(占比10%)、Al粉(占比20%)和氧化剂(占比70%)配方进行能量估算,当ONPP和高氯酸铵(AP)作为氧化剂复配使用,分别占比40%和30%时,其配方能量水平达到最佳,显著高于他们分别作为单一氧化剂时的配方能量水平。

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    • 共轴聚焦型微流控装置剪切高粘溶液连续制备双基球形发射药

      2023, 31(4):338-346. DOI: 10.11943/CJEM2022227

      摘要 (308) HTML (136) PDF 1.84 M (3117) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了探索连续化生产粒径可控的百微米范围内双基球形发射药工艺条件,以质量分数为10%的双基发射药溶液为分散相,采用共轴聚焦型微流控装置制备了400~700 μm范围内粒径可控的双基球形发射药,并研究了两相流量比(Qc/Qd)、芯片尺寸对其粒径和形貌的影响。通过扫描电镜、光学显微镜、密闭爆发器等测试方法,表征了样品形貌、粒径分布和定容燃烧性能。结果表明:随两相流量比(Qc/Qd)减小,相同芯片下制备样品的中位粒径(D50)先增大后减小;随芯片的连续相或分散相通道内径增大,相同两相流量比下制备样品的D50依次增大。当分散相通道内径为0.85 mm,连续相通道内径为2.00 mm,两相流量比为200.00时,制备的样品单分散性好、表面光滑、内部密实、球形形状规则(平均球形度φK=0.949)且粒径分布窄(跨度span=0.09),其D50为539.94 μm,平均颗粒密度ρ为1.601 g·cm-3。密闭爆发器实验中,压力-时间曲线表明球形样品在2种装填密度(Δ1=0.12 g·cm-3Δ2=0.20 g·cm-3)下能稳定燃烧,动态活度-相对压力曲线符合密实球形药减面燃烧规律。

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    • 掺杂La2O3的Al/CuO铝热剂的反应特性

      2023, 31(4):347-355. DOI: 10.11943/CJEM2022245

      摘要 (176) HTML (81) PDF 2.37 M (1284) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究La2O3对Al/CuO铝热剂反应特性的影响,采用机械混合法制备了不同氧平衡状态,即当量比(φ)分别为1.0,1.4和1.8下的Al/CuO铝热剂,并分别掺杂2%,5%,10%,20%和30%的La2O3。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)分别对未掺杂和掺杂La2O3的Al/CuO铝热剂的微观形貌、元素种类、物相以及放热过程进行了研究,采用燃烧管实验、T-jump快速升温点火实验和密闭爆发器实验对其燃烧特性和产气性能进行了对比分析。结果表明,零氧平衡状态(φ=1.4)下,掺杂La2O3的Al/CuO铝热剂发生铝热反应的起始温度和峰值温度明显低于未掺杂La2O3的Al/CuO铝热剂;掺杂2% La2O3的Al/CuO铝热剂放热量为1772 J·g-1,较未掺杂La2O3的Al/CuO铝热剂放热量1540 J·g-1增长了15.1%。正氧平衡状态(φ=1.0)下,掺杂2% La2O3的Al/CuO铝热剂燃速为90.8 m·s-1,比未掺杂La2O3的Al/CuO铝热剂燃速61.9 m·s-1增长了46.7%。Al/CuO铝热剂的点火温度随La2O3掺杂量的增加呈现上升的趋势。掺杂La2O3对Al/CuO铝热剂的产气性能有不同程度的改善,其中,正氧平衡状态(φ=1.0)和负氧平衡状态(φ=1.8)下,峰值压力较未掺杂时分别上升了34.5%和13.7%,对φ=1.4的铝热剂,产气性能改善不明显。火焰传播结果显示,La2O3的掺杂会改变Al/CuO铝热剂的火焰传播模式,随着掺杂量的增加,Al/CuO铝热剂燃烧状态由爆燃变为缓燃,能够作为一种燃烧速度和能量释放速率的控制手段。

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    • >计算与模拟
    • 尼龙弹带动态挤进特性试验研究与数值分析

      2023, 31(4):356-364. DOI: 10.11943/CJEM2022208

      摘要 (126) HTML (89) PDF 3.32 M (1267) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究尼龙弹带在滑膛炮中的挤进特性,设计了短管炮发射装置,进行了动态射击条件下的穿甲弹挤进试验研究。采用瞬态压力测量系统和高速摄像仪得到挤进过程中膛内压力和弹丸运动参量,计算得出弹丸动态挤进过程的阻力变化特性曲线,分析了弹底平均压力上升速率对于尼龙弹带挤进过程的影响。基于试验工况,采用弹塑性大变形的C-S模型,数值模拟了尼龙弹带的挤进形变过程,研究了尼龙弹带挤进动力学特性。研究结果表明:尼龙弹带在挤进过程中发生了弹塑性变形,弹带内部为压剪状态,弹带主要失效方式为剪切失效。动态射击条件下的弹丸在挤进过程中挤进阻力随挤进位移的增大先增大后减小;当弹底平均压力上升速率从2.92 MPa·ms-1增大到3.28 MPa·ms-1时,挤进时间缩短了4.36%,最大挤进阻力增大了5.12%;弹丸位移的计算值与测量值的平均误差为5.24%,该三维动态挤进模型可以较好地预测尼龙弹带的动态挤进过程。

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    • 顺序凝固工艺参数对熔铸装药影响的模拟研究

      2023, 31(4):365-373. DOI: 10.11943/CJEM2022136

      摘要 (202) HTML (93) PDF 1.70 M (1280) 评论 (0) 收藏

      摘要:顺序凝固工艺在熔铸装药中具有较大的应用需要。为探讨顺序凝固工艺参数对装药的影响,研究基于移动边界的建模方法,选用梯恩梯/黑索今(TNT/RDX,33.8/65)炸药,建立了模具入水顺序凝固过程模型,模拟研究了入水速度(0.15,0.20,0.25 mm·s-1)、水浴温度(30,40,50 ℃)、模具预热温度(60,70,80 ℃)3个主要参数对凝固过程温度场以及缩孔缺陷的影响,并基于这3个参数设计了三因素正交试验,对模拟所得缩孔体积以及其均值和极差进行了研究,得到了最优的工艺参数:模具入水速度为0.15 mm·s-1,水温50 ℃,模具预热温度60 ℃。模拟结果显示,入水速度对装药质量影响最大,其次是水浴温度和模具预热温度。相较于试验方案(模具入水速度为0.15 mm·s-1,水温50 ℃,模具预热温度70 ℃),正交设计的模拟优选方案可将缩孔体积减少74%,表明了相互匹配的工艺参数是提高装药质量的有效方法。

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    • >综述
    • 基于呋咱结构的多环含能化合物合成研究进展

      2023, 31(4):374-410. DOI: 10.11943/CJEM2022187

      摘要 (314) HTML (197) PDF 1.94 M (3282) 评论 (0) 收藏

      摘要:高氮多环结构在协调含能化合物能量与安全性矛盾方面表现出极大潜力。呋咱环具有稳定性好、含氮量高、高正生成焓、易于达到氧平衡等特点,是设计高氮多环类含能分子的重要结构单元。含有呋咱环的多环类含能化合物的设计合成已经成为含能材料领域关注重点之一,得到广泛和深入研究。本文对基于呋咱环的稠环和联环含能化合物的分子结构、合成方法及理化性能等进行综述,并对该类化合物的应用前景进行了评价,为此类多环含能化合物的设计与合成提供一定的参考。

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    • 热分析联用技术在含能材料热分析研究中的应用进展

      2023, 31(4):411-423. DOI: 10.11943/CJEM2022111

      摘要 (477) HTML (97) PDF 1.15 M (3729) 评论 (0) 收藏

      摘要:热分析联用分析技术包括同步联用技术、串级联用技术和间断联用技术,常见的有热重-差示扫描量热联用(TG-DSC)、热重-红外/质谱联用(TG-FTIR/MS)、固相原位热红外检测技术(Thermolysis/RSFTIR)和热重-红外-质谱联用(TG-FTIR-MS)等,是研究含能材料热行为和分解机理的有效方法,对研究其燃烧和爆炸性能有重要意义。相较于单一的热分析技术,联用技术可以更加充分、高效和全面地评价含能材料热行为和热安定特性、揭示热分解机制。通过热分析联用技术全面深入研究含能材料的物化特性,对改善和提高其应用性能具有重要的现实意义和价值。本文全面综述了TG-DSC、TG-MS、TG-FTIR-MS、TG-FTIR-GC-MS和Thermolysis/RSFTIR热分析联用技术在含能材料研究中的应用进展,分析了其研究的相关内容、重要结果、特点及优势,并进行了相关展望,可开发高性能的计算分析软件,解决如质谱分析中重叠质谱峰的解析等问题,在热分析仪中引入新的扩展系统,拓展其应用范围,为新型含能材料的热分析研究提供技术上的支持。

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固体推进剂的多尺度力学行为

年第卷第

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