2015, 23(5):410-414. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.001
摘要:采用溶胶凝胶法制备Fe2O3凝胶模板, 加入黑索今(RDX)和硼(B)粉, 制得RDX/B/Fe2O3复合湿凝胶, 利用超临界CO2流体干燥工艺对其进行干燥, 得到RDX/B/Fe2O3纳米复合含能材料。讨论了湿凝胶制备和超临界CO2流体干燥工艺中对凝胶结构和粒子大小的影响因素, 获得了最佳制备工艺条件: Fe3+浓度0.20 mol·L-1, n(Fe3+):n(C3H6O)=1:15, 超临界流体的温度40 ℃和压力10 MPa, 干燥釜升压时CO2流入的速率15 L·h-1, 干燥釜平衡换气时CO2流体的流速2 L·h-1。在此条件下制备得到纳米复合含能材料RDX/B/Fe2O3(质量比为90:2:8), 利用扫描电镜, 差示扫描量热分析了样品的微观形貌和热分解特性, 测试了机械感度。结果表明, 所得纳米含能材料粒度为30~50 nm; RDX/B/Fe2O3分解放热起始温度比原料RDX提前了7 ℃, 放热量提高了885 J·g-1, 机械感度H50=40.8 cm。
2015, 23(5):415-419. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.002
摘要:为研究高能量密度材料2, 4, 6-三氨基-3, 5-二硝基吡啶-1-氧化物(TANPyO)的热分解性能和热稳定性, 利用绝热加速量热仪(ARC)测量其在绝热条件下的热分解过程, 获得了热分解的温升速率、温度和压力等随时间的变化关系以及温升速率、压力随温度的变化曲线。结果表明: TANPyO绝热分解主要有两个放热过程, 其中第二过程温升速率升降幅度较大, 为主要的热分解过程。TANPyO初始分解温度高达252.7 ℃, 具有良好的热稳定性。根据温升速率方程和Arrhenius公式计算出TANPyO表观活化能、指前因子和反应热分别为476.96 kJ·mol-1、6.920×1042 min-1和930.84 J·g-1。
薛林军 , 汤崭 , 毕研刚 , 荣晶晶 , 杨利 , 张同来
2015, 23(5):420-423. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.003
摘要:采用次氯酸钠代替二氯异氰尿酸钠作为氧化剂对4, 4′-偶氮-1, 2, 4-三唑的合成工艺进行了改进。研究了光照时间、有效氯与乙酸的摩尔比和反应温度三种不同条件对于反应工艺的影响。所得产品的结构和性能与文献结果进行了对比。结果表明, 在避光的条件下, 有效氯与乙酸的摩尔比为1:2.5, 反应温度为7 ℃时, 收率为78%;与二氯异氰尿酸钠相比, 以次氯酸钠作为氧化剂合成4, 4′-偶氮-1, 2, 4-三唑的工艺不仅省略了4, 4′-偶氮-1, 2, 4-三唑的分离提纯步骤, 而且有效地解决了处理异腈尿酸的难题。
王小军 , 苏强 , 张晓鹏 , 王俊峰 , 张春源 , 王霞 , 尚凤琴 , 金韶华
2015, 23(5):424-427. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.004
摘要:以40%乙二醛水溶液和盐酸羟胺为原料, 通过取代、氯化、叠氮化、成环、成盐反应制备了5, 5′-联四唑-1, 1′-二氧二羟铵(TKX-50)。采用元素分析, 核磁对其结构进行表征, 并进行了撞击感度和摩擦感度测试。研究了反应温度、保温时间、保温温度对关键中间体5, 5′-联四唑-1, 1′-二羟基二水合物(BTO)收率影响, 以及羟胺水溶液浓度对TKX-50收率影响。结果表明, TKX-50的撞击感度H50为41 cm, 摩擦感度爆炸百分数为0%。羟胺水溶液较佳浓度为50%, 成环的较佳反应条件为:反应温度0~5 ℃, 保温时间12 h, 保温温度20~25 ℃。
2015, 23(5):428-432. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.005
摘要:以硝化棉(NC)为粘结剂、黑索今(RDX)为主体炸药, 采用喷雾干燥法制备了RDX/NC超细复合含能微球, 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热法(DSC)对其进行了表征及热分析, 并与RDX原料进行了对比; 对喷雾干燥法细化的RDX/NC和RDX、水悬浮法包覆的RDX/NC、溶剂非溶剂法细化的RDX、RDX原料的撞击感度分别进行了测试。结果表明, RDX/NC复合含能粒子与RDX原料相比, 形貌从块状变为球形, 粒径从50~200 μm减小至0.5~7 μm, 晶型无变化, 但X射线衍射峰明显弱化, 活化能从200.11 kJ·mol-1降至186.87 kJ·mol-1, 热爆炸临界温度从504.98 K升至507.70 K。喷雾干燥细化、球形化和复合的RDX/NC球形粒子的撞击感度降低显著。
2015, 23(5):433-437. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.006
摘要:以间溴苯甲醚等为原料, 经硝化、取代、环化得到4, 6-二硝基-7-羟基苯并氧化呋咱钠(NaDNP), 总收率45.6%。采用高效液相色谱、Na元素分析、视频显微镜、核磁共振(1H NMR、13C NMR)、傅里叶红外(FT-IR)光谱对其纯度、形貌、结构进行了表征。用差示扫描量热法(DSC)、5s延滞期爆发点研究了其热行为。用撞击、火焰、热丝、静电火花火感度研究了其感度性能。结果表明:升温速率为20 ℃·min-1时NaDNP的放热峰温度为283.11 ℃, 5 s延滞期爆发点300.3 ℃, 显示NaDNP耐热性较好。撞击感度H50为37.4 cm, 火焰感度H50为18.5 cm, 热丝感度E50为1.278 mJ, 静电火花感度E50为4.3 mJ, 比斯蒂芬酸铅(LTNR)钝感。NaDNP可用作起爆药中间体。
2015, 23(5):438-442. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.007
摘要:以尿素和乙二醛为原料, 在盐酸催化下经微波加热制得甘脲(GU), 用发烟硝酸醋酐对GU硝化合成了四硝基甘脲(TNGU)。考察了反应温度、反应时间和发烟硝酸用量等对硝化反应过程的影响。采用红外光谱、核磁共振光谱及元素分析对TNGU结构进行了表征, 用DSC对其进行了热分析, 用Kissger和Ozawa法确定了TNGU的反应动力学参数, 估算了热爆炸临界温度(Tb)及热分解反应的活化熵变(ΔS≠)、活化函变(ΔH≠)和活化吉布斯自由能变化值(ΔG≠)。结果表明, TNGU的较佳合成工艺条件为: GU 5 g时, 发烟硝酸70 mL, 醋酸酐35 mL, 反应温度25~30 ℃, 反应时间4 h, TNGU收率为84%(以GU计)。此工艺较文献废酸液量减少30 mL, 硝化时缩短4 h。TNGU的Tb为465.34 K, ΔS≠、ΔH≠和ΔG≠分别为171.46 J·mol-1、195.00 kJ·mol-1和194.99 kJ·mol-1, TNGU的热分解为放热熵增的过程。
冯璐璐 , 曹端林 , 王建龙 , 陈丽珍 , 陈芳 , 张楠 , 柳沛宏
2015, 23(5):443-449. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.008
摘要:为了解1-甲基-2, 4, 5-三硝基咪唑(MTNI)晶体结构及晶体生长过程, 利用分子模拟软件Materials Studio (MS)中的BFDH、Growth Morphology和Equilibrium Morphology方法预测了MTNI在真空中的晶体形貌, 得到了形态学上重要的生长晶面。分析表明: (012)晶面是强极性面, (110)和(111)面为极性面, (010)面为弱极性面。在强极性溶剂中, (012)、(110)和(111)晶面生长受阻, 成为显露面, 而(010)面会逐渐变小, 甚至消失。在弱极性溶剂中, 晶面生长情况刚好相反。MTNI在乙醇、丙酮、乙醚、乙酸乙酯、二氯甲烷、二甲基甲酰胺(DMF)、甲醇7种溶剂中的预测晶体形貌, 与实验所得晶体晶形相吻合。当与乙醇、二氯甲烷、DMF作用后, MTNI的晶习为类球状, 球形度分别为1.12、1.11、1.12。
董学敏 , 薛敏 , 徐志斌 , 孟子晖 , 王云峰 , 罗军
2015, 23(5):450-453. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.009
摘要:多硝基金刚烷类化合物是合成药物和含能材料重要的前体。建立了2, 2-二硝基金刚烷及2, 2, 4, 4, 8, 8-六硝基金刚烷的高效液相色谱分析方法, 并讨论了不同检测器、流动相、色谱柱等条件对二者分离的影响, 得到二者的最佳分离色谱条件:色谱柱, DIONEX C18 (5 μm, 120 A, 4.6 mm×250 mm), 流动相为乙腈/水(80 /20, V/V), 流速为1.0 mL·min-1, 柱温25 ℃, 检测器为紫外检测器, 检测波长为220 nm。采用上述方法, 得到2, 2-二硝基金刚烷检测限为0.003 mg·mL-1, 线性范围为0.005~1.000 mg·mL-1, 线性相关系数0.9987, 精密度是1.382%; 2, 2, 4, 4, 8, 8-六硝基金刚烷检测限为0.001 mg·mL-1, 线性范围为0.005~1.000 mg·mL-1, 线性相关系数0.9984, 精密度是1.300%。
2015, 23(5):454-458. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.010
摘要:为完善多晶型HMX光谱学表征,利用太赫兹时域光谱技术开展了α-HMX的太赫兹光谱实验与分析研究。得到了α-HMX的太赫兹吸收光谱与吸收特征峰。以密度泛函理论多种函数模型为基础,开展了α-HMX的分子振动频率计算工作, 并对比了各函数模型下的计算值与实验值。结果表明,计算所得α-HMX分子振动频率与太赫兹实验光谱有较好的一致性,太赫兹吸收光谱中的特征峰的形成与分子振动密切相关。α-HMX晶体0.82 THz吸收频率是由一对硝基对称摆动形成,1.51 THz吸收频率是由另一对硝基对称摆动形成,而1.93 THz吸收频率的形成来源于硝基的摆动、扭动以及C—H键的扭动等行为。
2015, 23(5):459-463. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.011
摘要:为研究水和硝酸铁(Fe(NO3)3)对硝酸铵(NH4NO3)的危险性, 利用C80微量热仪模拟密闭环境, 对浓度为100%、95%、90%的NH4NO3溶液, 以及含有1%、2%、3%、4%四种不同Fe(NO3)3杂质含量的95% NH4NO3溶液进行热分析。结果表明:随着NH4NO3浓度的增加, NH4NO3溶液的活化能下降, 热分解的难度降低。水抑制了NH4NO3的热分解, 提高了其自反应起始温度(Tonset)。95% NH4NO3Tonset为238.89 ℃, 加入Fe(NO3)3之后Tonset下降, Fe(NO3)3含量2%时Tonset为201.13 ℃, 下降了37.76 ℃, Fe(NO3)3对95% NH4NO3溶液中NH4NO3热分解有“催化作用”。
2015, 23(5):464-471. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.012
摘要:根据高聚物粘结炸药(PBX)的力学特性, 将线性Drucker-Prager模型引入到PBX材料的弹塑性变形研究中。基于线性Drucker-Prager模型, 结合经典塑性理论, 分析了PBX准静态弹塑性变形过程。明晰了其后继屈服面的特征, 推导了其刚度算法, 构造了其弹塑性本构模型。从理论上分析了单轴压缩状态、双轴压缩状态条件下的应力应变关系。利用线性Drucker-Prager模型模拟了PBX材料的单元特性。结果表明, 其单轴压缩模拟结果和双轴压缩模拟结果均与理论分析结果、实验数据一致。经对比, 双轴压缩的极限强度是单轴的1.16倍, 相应塑性应变是其0.5倍。
2015, 23(5):472-476. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.013
摘要:为评估某电爆管不同静电环境的安全性, 采用静电放电模拟器分别模拟人体, 机器以及人体-金属复合放电情形, 在25 kV条件下对其脚-脚和脚-壳两种静电放电方式的安全性进行了研究。实验发现:脚-脚放电引起的电爆管桥丝电阻值减小率小于2.1%, 40发试样均未发火; 脚-壳放电时, 机器模型放电功率理论计算值高达104.17 MW, 导致10发试样中的6发发火。分析表明:该电爆管的静电安全性主要取决于静电放电的电流和功率大小, 压敏电阻发生开路失效是导致其发火的主要原因。
2015, 23(5):477-483. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.014
摘要:针对大口径长药室平衡炮内药量大, 轴向点传火距离长, 点传火条件复杂等问题, 对设计的多点点传火结构建立了两相流计算模型。控制点火位置发火的数目, 得到了几种传火管内的火药流动过程和燃气释放规律。对同一规格的传火管在相同装药量下, 分别采用单点点火、两点点火及多点点火三种方式点火, 对所得到的点传火时间、点传火压力及空隙率等反应点传火特性的特征量进行了对比。结合大口径平衡炮多点点火试验结果, 验证了多点点火技术的计算结果。结果表明, 单点点火和两点点火在3.3 ms左右仍有火药仍未点燃并出现明显堆积现象, 而多点点火在2.43 ms时火药已经接近全部燃完, 且各特征量分布较为均匀。为此, 在大口径长药室平衡炮以及其它一些装药量大的大口径火炮中采用多点点火技术可以有效改善传火时间, 增加点传火安全性, 抑制火药堆积。
2015, 23(5):484-489. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.015
摘要:为研究非圆截面云雾爆炸超压场的分布特性, 用LS-DYNA程序对云雾爆炸超压过程进行了数值模拟, 将数值模拟超压值与试验超压结果进行了对比, 得到了0°、90°、135°和180°共4个方向的峰值超压随距离的变化规律, 以及不同起爆高度对超压场分布的影响。结果表明, 试验中起爆云雾呈椭球形爆轰火球。4个方向在距离爆炸中心5 m处的峰值超压为2.9~5.2 MPa。在距离爆炸中心5~50 m范围内, 地面冲击波轨迹呈椭圆形。冲击波在90°方向的传播速率最小。当起爆高度由0.5 m增加至2.5 m时, 5~15 m范围内的地面峰值超压平均提高了8%。
2015, 23(5):490-495. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.016
摘要:为研究烤燃对不填充和填充球形抑爆材料燃油箱的破坏效应, 正确评估抑爆球的阻燃抑爆效果, 模拟车辆、飞机的燃油箱受到炙烤的场景, 对盛装-10号柴油(-10PD)、喷气燃料(RP-5)的油箱进行烤燃实验, 并采用摄像机、高速照相机、红外热成像仪和热通量计等分别记录和测量了油箱的烤燃过程及其产生的喷射火球尺寸、表面温度和热辐射参数。结果表明:油箱在烤燃过程中将产生喷射火, 甚至发生蒸气云爆炸, 其破坏效应主要表现为喷射火球的热效应。对于填充抑爆球的-10PD、RP-5油箱, 其油料受热初始燃烧的时间分别延迟了48 s和121 s, 喷射火球的最大截面积分别减小了65.72%、42.44%, 表面最高温度分别减小了26.13%、12.66%, 其热通量伤害后果也明显减小。
2015, 23(5):496-503. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.017
摘要:无氢富氮化合物由于分子中不含氢原子, 燃烧产物无水蒸气、产气量稳定而且容易达到氧平衡, 因而在高能量密度材料领域受到特别关注。本文综述了近年来国内外无氢富氮化合物(呋咱类无氢富氮化合物、硝基类无氢富氮化合物、无氢无氧富氮化合物和全氮化合物)的合成、表征、性能及其应用的研究情况, 并分析了此类化合物的未来研究重点和发展趋势, 研究表明, 分子结构中带硝基的无氢富氮化合物和全氮化合物, 有望发现部分具有实际应用价值, 是研究工作者关注的重点。
2015, 23(5):504-506. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.018
摘要:以2-氨基-6-氯-3, 5-二硝基吡啶为原料,经C—N偶联反应和叠氮化取代反应,设计/合成了一种新化合物N-(6-叠氮基-3, 5-二硝基吡啶-2-基)-2, 6-二氨基-3, 5-二硝基吡啶,总产率为69%。用1H NMR、13C NMR、质谱和元素分析鉴定了其结构,在DFT-B3LYP/6-31G**水平下预估该化合物的的爆速为7.89 km·s-1,爆压为28.37 GPa。表明,该化合物比2, 4, 6-三硝基甲苯(TNT)有更好的爆轰性能。
2015, 23(5):507-510. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.05.019
摘要:为准确确定2, 6-二氨基-3, 5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)的红外吸收峰的归属, 用变温红外光谱法研究了升温条件下LLM-105的红外吸收峰的变化过程。确定了不同温度下各红外吸收峰的峰位。结果表明:随温度升高, LLM-105的分子间氢键强度减弱。参与氢键形成的—NH2和—NO2的红外吸收峰偏移至少4 cm-1。与氢键形成无关的吡嗪环和C—N的红外吸收峰偏移1 cm-1左右。
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