Page 51 - 《含能材料》2018年优秀论文
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            文章编号：1006⁃9941（2018）10⁃0828⁃07

            RDX 杂质对 HMX 性能影响的分子动力学研究


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            苗 爽 ，张 雷 ，王 涛 ，王玉玲 ，杭贵云 ，梅宗书                 1
           （1. 火箭军工程大学 核工程学院，陕西 西安 710025；2. 空军驻中国工程物理研究院军事代表办公室，四川 绵阳 621999）
            摘   要 ： 为 了 研 究 奥 克 托 今（HMX）制 备 过 程 中 产 生 的 黑 索 今（RDX）杂 质 对 HMX 性 能 的 影 响 ，分 别 建 立 了 掺 杂 率 为 4.17%、
            8.33%、12.50% 和 16.67% 的四种 HMX 模型。采用分子动力学方法，计算得到了不同模型的键连双原子作用能、内聚能密度、溶度
            参数、爆轰参数与力学参数，并与纯 HMX 相关性能参数进行了比较，结果表明，RDX 掺杂缺陷导致炸药的键连双原子作用能和内聚
                                                                   -3
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            能密度减小，减小幅度分别为 9.53~36.36 kJ·mol ，0.028~0.135 kJ·cm ；受 RDX 掺杂缺陷的影响，HMX 与氟橡胶（F 2311 ）的溶度参
            数的差值减小，减小幅度为 0.51~2.32 J ·cm        -3/2 ，其密度、爆速和爆压减小幅度分别为 1.12%~5.59%、0.84%~4.19% 和 2.27%~
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            11.14%，爆热略有轻微上升，可忽略；RDX 掺杂缺陷还导致 HMX 的弹性模量、体积模量和剪切模量降低，而柯西压以及体积模量与
            剪切模量的比值上升，其变化幅度分别为 1.04~3.63 GPa、0.58~1.73 GPa、0.42~1.45 GPa、0.35~2.69 GPa 和 0.11~0.64。这说明，
            随着 RDX 掺杂缺陷浓度增大，HMX 炸药的安全性能降低、爆轰性能下降、力学性能变差、与 F 2311 的相容性变好。
            关键词：奥克托今（HMX）；黑索今（RDX）；掺杂缺陷；感度；相容性；爆轰性能；力学性能；分子动力学
            中图分类号：TJ55；O641                   文献标志码：A                                    DOI：10.11943/CJEM2018135




                                                                 缺陷，改变晶体品质，进而影响 HMX 的热性能和安全
                                                                           2+
                                                                 性，其中 Zn 的影响程度最大。李泽生等                 ［7］ 将六硝基
            1   引 言                                              六氮杂异伍兹烷（CL⁃20）中的 C 原子替换成 N 原子设
                                                                 计了 6 种 CL⁃20 的衍生物，并利用密度泛函理论综合
                奥克托今（HMX）是目前军工领域使用最广泛、综
                                                                 研究了其分子结构、生成热、爆轰性能、热稳定性和感
            合性能最好的二代炸药之一，通常采用醋酐法及其改
                                                                 度。结果表明，不同数量 N 原子的替代掺杂对 CL⁃20
            进工艺进行合成制备          ［1-2］ 。在合成制备的过程中，难免
                                                                 的性能影响有优有劣，可以通过该方法改善 CL⁃20 的
            会有残留的黑索今（RDX）杂质掺杂在 HMX 晶体中。
                                                                 爆轰性能。Bhattacharia S K 等     ［8-9］ 研究了 PETN 晶体
                杂质的存在会影响晶体生长速率，使晶体的结晶
                                                                 被卟啉及其同系物掺杂后的晶体形貌以及升华和热解
            形貌发生变化或导致晶体产生内部缺陷。这不仅会影                              特性。目前，HMX 的同系物 RDX 杂质及其掺杂率对
            响晶体的热性能，还会影响晶体的分子弛豫，同时缺陷                             HMX 性能影响的研究未见报道。
            也会使能量局域化而形成“热点”，进而影响感度和力                                 为此，本研究采用替代掺杂的形式建立了掺杂有
                             ［5］
            学性能   ［3-4］ 。徐姣等 研究了 RDX 和太安（PETN）掺杂                 不同数量 RDX 分子的 β⁃HMX 超晶胞，采用分子动力
            碳黑和碳纳米管后，其激光起爆感度的变化，结果表明                             学方法和理论计算得到了不同模型的键连双原子作用
            掺杂后的 RDX 和 PETN 激光感度明显升高，且在掺杂                        能、内聚能密度、溶度参数、爆轰参数和力学参数，分析
                                               ［6］
            质量分数为 1% 时感度最高。徐金江等 研究了金属                            比较了不同模型的感度、与氟橡胶（F                2311 ）的相容性、爆
            离子杂质对 HMX 结晶特性和热性能的影响。结果表                            轰性能和力学性能。
            明，掺杂金属离子会改变 HMX 的结晶面貌，产生微观
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            收稿日期：2018⁃05⁃18；修回日期：2018⁃06⁃04
            网络出版日期：2018⁃08⁃20                                    2.1  模型搭建
            作 者 简 介 ：苗 爽（1994-），男 ，硕 士 研 究 生 ，主 要 从 事 导 弹 战 斗 部 工  2.1.1  HMX 晶胞模型搭建
            程研究。e⁃mail：2474524959@qq.com
                                                                     β⁃HMX（为叙述方便，以下称 HMX）属于单斜晶系，
            通 信 联 系 人 ：王 涛（1978-），男 ，副 教 授 ，主 要 从 事 导 弹 战 斗 部 工 程
            研究。e⁃mail：wtao009@163.com                            空 间 群 为 P2 /C ，晶 格 参 数 为 a=6.54 Å，b=11.05 Å，
                                                                            1
            引用本文：苗 爽 ，张 雷 ，王 涛 ，等 . RDX 杂 质 对 HMX 性 能 影 响 的 分 子 动 力 学 研 究［J］. 含 能 材 料 ，2018，26（10）：828-834.
            MIAO Shuang，ZHANG Lei，WANG Tao，et al. Molecular Dynamics Study on Effects of RDX Dopants on Properties of HMX［J］. Chinese Journal of Energetic Ma⁃
            terials（Hanneng Cailiao），2018，26（10）：828-834.
            Chinese Journal of Energetic Materials，Vol.26, No.10, 2018（828-834）  含能材料      www.energetic-materials.org.cn
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