张云华 , 王飞俊 , 聂中原 , 吕少一 , 李洋 , 邵自强
2015, 23(7):613-618. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.001
摘要:以羧甲基纤维素甘油醚硝酸酯(CMNGEC)为含能胶凝剂,通过配方设计,得到多组分凝胶推进剂体系。采用平板燃烧测试、热重-微商热重和差示扫描量热法,高速离心稳定性实验分析了新型凝胶推进剂体系的燃烧火焰特征、燃烧残渣量与体系稳定性。结果表明,CMNGEC凝胶推进剂体系燃烧具有周期性的膨胀、破裂、喷射及胶凝剂燃烧四个过程,燃烧残渣比SiO2凝胶推进剂体系少,其热分解可分成液体组分挥发、CMNGEC热分解和高氯酸铵热分解三个阶段。当CMNGEC胶凝剂含量达到3%,凝胶推进剂体系在670,2000,7000 g高速离心30 min条件下稳定,液体析出率均小于1%。
李爽 , 邓琪明 , 贾方娜 , 程晓红 , 王爱梅 , 贾存茹 , 苏薇
2015, 23(7):619-623. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.002
摘要:采用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱法研究了二聚脂肪酸二异氰酸酯(DDI)/端羟基聚丁二烯(HTPB)体系的固化反应动力学, 并与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)/ HTPB体系进行了比较。初步探索了DDI在HTPB推进剂中的应用。结果表明, DDI/HTPB体系的固化反应为二级反应, 表观活化能为37.02 kJ·mol-1, 相比IPDI/HTPB体系降低了3.5 kJ·mol-1, 说明DDI的反应活性稍高于IPDI, 反应活性适中, 可作为低毒固化剂应用于HTPB推进剂中。DDI/HTPB体系推进剂具有较好的常温力学性能, 抗拉强度为0.85 MPa时, 最大伸长率为44.1%, 可基本满足推进剂的常温力学性能要求。
2015, 23(7):624-628. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.003
摘要:采用聚3, 3-双叠氮甲基氧丁环(PBAMO)为硬段预聚物, 聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为软段预聚物, 甲苯二异氰酸酯(TDI)为固化剂, 1, 4-丁二醇(BDO)为扩链剂, 通过溶液聚合反应合成了无规嵌段型PBAMO/GAP含能热塑性弹性体(ETPE)。采用红外(IR)、凝胶渗透色谱(GPC)及X射线衍射仪(XRD)表征了其结构。结果表明, 共聚物的数均分子量可达34000以上。该弹性体中氨基甲酸酯中的亚氨基与叠氮基团形成氢键, 共聚物中PBAMO的结晶度为16.6%。优化其合成工艺, 得到最佳的实验条件为:扩链阶段T=130 ℃, t=40 h, Mn (PBAMO)=4100, m(PBAMO):m(GAP)=1:1, R=1.0, w(TDI+BDO)=30%。
莫洪昌 , 卢先明 , 栗磊 , 陈曼 , 姬月萍 , 汪伟
2015, 23(7):629-632. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.004
摘要:以聚3-硝酸酯甲基-3-甲基氧杂环丁烷(PNIMMO)为软段, 2, 4-甲苯二异氰酸酯和1, 4-丁二醇为硬段(含量为30%~50%), 1, 2-二氯乙烷为溶剂, 采用溶液聚合两步法合成了含硝酸酯基热塑性弹性体(NTPE), 确定了异氰酸酯指数为1.02, 硬段含量为40%~45%时, 聚合物的力学性能较优。采用红外光谱和核磁共振对NTPE的结构进行了表征, 结果表明NTPE具有典型的硝酸酯聚醚聚氨酯特征。用差示扫描量热法和热重-微商热重法研究了NTPE的热性能, 其玻璃化转变温度为-11.71 ℃, 分解峰温为220.4 ℃, 热失重范围为175~523.63 ℃, 共失重84.44%, 热稳定性较好。
2015, 23(7):633-637. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.005
摘要:为实现聚叠氮缩水甘油醚(GAP)的非异氰酸酯固化, 用多炔基化合物(TPTM)作GAP的固化剂, 通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、力学性能和光学显微试验, 研究了TPTM体系和多异氰酸酯(N100)体系的反应活性和胶片性能。用差示扫描量热法(DSC)研究了TPTM体系的固化动力学。结果表明:在60 ℃下, TPTM与GAP可发生1, 3-偶极环加成反应形成三唑交联体系, 固化反应活性明显好于N100体系。TPTM含量变化对活化能影响较小, 对反应机理没有影响。得到的动力学方程能很好地预测实际应用时的固化历程。TPTM质量分数由3%增加到9.7%时, TPTM胶片拉伸强度由0.16 MPa增加到0.82 MPa, 断裂伸长率由149%降到17%。TPTM的质量分数为4%时, 达到N100固化体系在实际应用时(N100质量分数约10%)的力学性能, 且没有气孔。
2015, 23(7):638-643. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.006
摘要:用溶液共混法, 制备了不同比例的硝化棉(NC)/端羟基聚醚(HTPE)物理共混物以及NC/HTPE/甲苯-2, 4-二异氰酸酯(TDI)交联聚合物。用混合焓法研究了物理共混体系的相容性。用动态热机械分析研究了共混物的动态力学性能。用傅里叶变换红外(FT-IR)光谱法研究了NC和HTPE间的交联反应状态及分子间相互作用。结果表明, NC/HTPE是部分相容体系, 且相容性与组成有关。随着HTPE比例的增加, 共混体系的玻璃化温度逐渐降低, 当NC含量为30%时, NC/HTPE物理共混体系的低温Tg为-9.8 ℃, 交联体系的Tg为-1.4 ℃, 相比NC的Tg有大幅度的降低。与NC/HTPE物理共混体系相比, 化学交联可使NC和HTPE的相容性增加。交联后的异氰酸酯基在2270 cm-1处的特征吸收峰消失, 说明交联反应比较完全。共混后NC的羟基和硝基的伸缩振动吸收峰均向低波数移动, 说明NC和HTPE间存在氢键相互作用。交联之后, 羟基和硝基的吸收峰移动减小, 说明交联使NC和HTPE间的氢键作用被化学键作用部分取代。
刘所恩 , 周伟良 , 赵效民 , 赵美玲 , 张景林 , 吕春玲 , 张国辉
2015, 23(7):644-647. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.007
摘要:为深入研究硝胺改性双基推进剂的安全性能,根据GB14372-1993以及GJB772A-1997对黑索今(RDX)含量不同(18.0%~55.1%)的硝胺改性双基推进剂进行了雷管感度试验、冲击波感度试验、爆轰临界直径测定以及爆速测试,并与普通双基推进剂进行了对比。结果表明:随着推进剂中RDX的增加,推进剂的雷管感度、冲击波感度呈上升趋势,爆轰安全性呈下降趋势,爆速呈升高趋势。当RDX含量达到34%以上时,在-5 ℃下就可以被雷管直接引爆; 当RDX含量达到55.1%时,推进剂的临界隔板厚度增加至33.5 mm,爆轰传播临界直径为8 mm,爆速超过8000 m·s-1。
2015, 23(7):648-652. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.008
摘要:采用低温加速老化试验的方法, 依据GJB770B-2005火药试验方法, 测试了6%、9%、12%和15%四种不同应变水平的结构试验器在单轴拉伸条件下的最大拉伸强度σm和最大伸长率εm, 考察了四种结构试验器中装药推进剂在低温(-28 ℃)下贮存性能随老化时间的变化趋势。结果表明:在低温应力应变情况下结构试验器中推进剂老化的主要原因是应力损伤。动态力学分析(DMA)试验(频率1 Hz, 振幅20 μm, 测试温度范围-100~80 ℃, 升温速率为3℃·min-1)证实推进剂确已发生损伤。常温拉伸(拉伸速度100 mm·min-1, 测试温度(23±2) ℃)情况下, 推进剂σm逐渐升高, 15%应变的结构试验器经过19周低温老化后, σm(0.96 MPa)与初始值(0.74 MPa)相比增加了近30%, εm基本在初始值附近波动; 低温快速拉伸(拉伸速度500 mm·min-1, 测试温度(-55±2) ℃情况下老化后期推进剂σm升高, εm明显下降, 15%应变的结构试验器经过19周低温老化后, σm(4.18 MPa)与初始值(3.77 MPa)相比增加了约11%, εm(26.8%)与初始值(37.6%)相比降低近29%。根据试验现象初步分析推进剂在低温应力情况下的老化机理可能是应力/应变作用下的物理损伤, 包括网络内聚损伤和固体颗粒与粘合剂界面“脱湿”。
张敏 , 毕福强 , 许诚 , 葛忠学 , 朱勇 , 刘庆 , 王伯周
2015, 23(7):653-656. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.009
摘要:用2-偕二硝甲基-5-硝基四唑(HDNMNT)为原料, 与羟胺中和反应, 合成了2-偕二硝甲基-5-硝基四唑羟胺盐(HADNMNT), 收率为98.4%。用FTIR, 1H NMR, 13C NMR, 15N NMR和元素分析表征了其结构。用DSC研究了HADNMNT的热稳定性。用密度泛函理论及K-J方程计算了HADNMNT的爆速和爆压。在标准状态下(压强为6.86 MPa, 膨胀比为70/1), 采用最小自由能原理计算了HADNMNT单元推进剂的理论比冲。结果表明, 升温速率为10 ℃·min-1的HADNMNT的DSC曲线的峰温为145.3 ℃。它的爆速、爆压和比冲分别为9.240 km·s-1, 39.54 GPa和2639.8 N·s·kg-1。
蒋涛 , 李华荣 , 马卿 , 张晓玉 , 景梅 , 舒远杰 , 王军
2015, 23(7):657-662. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.010
摘要:采用密度泛函理论B3LYP方法,在aug-cc-pVDZ的水平上,对6种N-氨基多硝基二唑化合物的电子结构、能隙及感度进行了理论研究。运用Politzer的方法得到了6种化合物的固相生成热和密度;采用键离解能预估了化合物的热稳定性,其离解能为238.94~283.95 kJ·mol-1; 运用Kamlet-Jacob方程对其爆轰性能进行了预测。结果表明:1-氨基-3, 4, 5-三硝基吡唑(8.99 km·s-1, 36.12 GPa)和1-氨基-2, 4, 5-三硝基咪唑(8.92 km·s-1, 35.56 GPa)的爆轰性能与环三亚甲基三硝胺(RDX, 8.75 km·s-1, 34.7 GPa)及环四亚甲基四硝胺(HMX, 9.1 km·s-1, 39.00 GPa)相当。综合热稳定性和爆轰性能,认为1-氨基-3, 4, 5-三硝基吡唑和1-氨基-2, 4, 5-三硝基咪唑是潜在的高能量密度材料。
2015, 23(7):663-669. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.011
摘要:为研究正癸烷云雾在相同粒径条件下气液两相浓度对燃爆参数的影响,用测量液雾粒径与浓度的光学测量系统和20 L二次脉冲气动喷雾多相爆炸测试系统,测量了基于相同索特平均直径D32,不同气液两相浓度的正癸烷云雾,实验研究了其燃爆参数。结果表明,在D32为38.11 μm,点火能为40.32 J的条件下,正癸烷气液两相云雾燃爆下限总浓度为199.29 g·m-3,对应的液相质量浓度为151.34 g·m-3, 气相体积浓度为0.77%(V/V)。在可燃浓度范围内,最大爆温峰值与最大爆压峰值分别为812 ℃和0.97 MPa。在D32为38.11 μm的条件下,正癸烷云雾液相浓度对燃爆下限影响较小,而影响正癸烷云雾燃爆下限的主导因素是气相浓度。
2015, 23(7):670-675. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.012
摘要:采用超声波清洗技术对黑索今(RDX)清洗脱酸, 并对其动力学特征进行了研究。以酸度为评价指标, 通过单因素试验考察了超声作用时间、温度、超声频率、超声功率对RDX清洗脱酸清洗效果的影响, 采用正交试验对超声辅助清洗RDX脱酸试验的工艺条件进行了优化, 建立了超声辅助清洗RDX的脱酸动力学方程, 计算得到相应的活化能。结果表明, 各因素对RDX脱酸效果影响大小依次为:超声作用时间>超声频率>温度>超声功率, 最佳条件为超声时间70 min、温度35 ℃、超声频率40 kHz、超声功率85%, 脱酸过程表现为一级动力学反应, 活化能为7.105 kJ·mol-1, 模型的拟合结果与试验数据吻合较好。超声处理不会改变RDX的分子结构和特征官能团。
2015, 23(7):676-681. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.013
摘要:为了用界面微观参量表征非均质发射药宏观力学性能,对黑索今(RDX)含量为0%(即粘结剂基体),10%,20%,30%,35%的单基发射药在-40,20, 50 ℃下进行抗压性能、抗冲击性能实验研究,并测试了20,30,40,50 ℃粘结剂基体接触角,进而测算出粘结剂基体的表面能,粘结剂基体与RDX的界面能,最终定义表征宏观力学性能的微观参量——单位质量RDX与粘结剂基体界面粘附能(Ed),并将Ed与对应含量RDX发射药的力学性能参数(屈服应力σ,体积变形冲击功D)由方程y=a+be-x/t拟合。发现拟Ed与σ和D呈指数衰减函数关系,拟合结果与宏观性能测试结果一致,两者结果均为:随着RDX含量的增加,Ed减小,且屈服应力和体积变形冲击功均增大。表明可用微观参量表征单基发射药的宏观力学性能。
2015, 23(7):682-687. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.014
摘要:为研究电火工品(EED)发火件材料对静电泄放(ESD)条件的响应规律及其在静电环境下的损伤情况, 引用美国电气和电子工程师协会(IEEE)标准和Sandia实验室标准的静电放电模型, 仿真和分析了不同静电高压条件放电模型的静电泄放过程。确定了放电产生的能量, 与典型电火工品中的发火材料的物理形态转换特性能量进行了对比分析。推算了ESD对典型EED的损伤情况。结果表明, 泄放电流峰值随静电初始电压升高而增大, 但电流波形的其它参数不变。对于40 μm直径的镍铬桥丝和斯蒂芬酸铅组成的发火元件, IEEE标准ESD模型在初始电压为20 kV时桥丝温度可达到焊锡熔点、药剂分解温度和燃爆点, 40 kV可使桥丝熔断, 而Sandia实验室标准ESD模型在20 kV时桥丝温度可达到焊锡熔点, 25 kV可到达到药剂分解温度和燃爆点, 50 kV达到桥丝熔点。
2015, 23(7):688-692. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.015
摘要:为了分析微纳米含能材料的静电危险性, 采用标准筛替代斜槽进行了摩擦起电静电积累实验。利用法拉第筒测试了黑索今(RDX)、奥克托今(HMX)经不同孔径标准筛过筛后的的静电积累, 分析了其静电危险性。研究了在50目标准筛孔径下炸药粉体质量、粒度对静电积累量的影响, 比较了不同标准筛孔径下纳米RDX的静电积累量。结果表明试样量越大, 积累的静电电荷量越大; 筛孔径与纳米RDX和HMX的静电积累量近似满足线性关系, 孔径越小, 静电积累量越大; 纳米RDX(粒径80 nm)和纳米HMX经50目标准筛(孔径为0.355 mm)过筛后的平均质量电荷密度分别为-21.1 μC·kg-1和-8.1 μC·kg-1, 纳米级RDX、HMX质量电荷密度约为工业级的3.6倍, 存在非常大的静电危险性; RDX在工业级、纳米级状态下的质量电荷密度均约为同状态下HMX的2.6倍。
王琼 , 丁黎 , 张冬梅 , 刘文亮 , 常海 , 郑朝民
2015, 23(7):693-696. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.016
摘要:用自行研制确定火炸药热爆炸临界温度(Tcr)的试验装置测定了直径为10,15,20,30 mm和40 mm,长径比为1:1的含高氯酸铵(AP)的PBX-A药柱的热爆炸临界温度。用Tcr测定和5 s爆发点试验装置测定了85 ℃老化70 d前后PBX-A的热爆炸临界温度和5 s爆发点。获得了PBX-A炸药在恒温热刺激下的响应程度,不同直径药柱的热爆炸临界温度,爆炸延滞期(t)与温度(T)的关系以及PBX-A炸药老化前后的热性能变化。结果表明,直径小于40 mm的无约束PBX-A炸药装药在恒温条件下仅发生燃烧。由拟合方程外推直径1 m长径比为1:1的PBX-A炸药药柱的热爆炸临界温度大于120 ℃。lnt与1/T只在有限温度范围内呈线性关系。85 ℃老化70 d前后PBX-A炸药的热爆炸临界温度不变,5 s爆发点降低4.6 ℃。
2015, 23(7):697-708. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.017
摘要:凝胶推进剂是一种兼具传统液体/固体推进剂优点、具有良好发展前景的新型火箭推进剂, 雾化问题是凝胶推进技术的关键问题之一, 射流撞击雾化是凝胶推进剂的主要雾化形式。从实验、理论及数值模拟三个方面对凝胶推进剂射流撞击雾化问题发展现状进行了概述。分析表明:雾化实验可以定性分析流变特性及喷注参数等因素对雾化效果的影响, 雾化理论对液膜形状及破碎特性的预测值与实验还存在一定误差, 雾化数值模拟可以获得射流撞击雾化的典型变化过程。总体上看, 凝胶推进剂雾化机理还未能完全揭示, 未来工作有:建立凝胶推进剂雾化特性的定量表征方法、基于非牛顿本构关系和撞击式雾化发展新的雾化理论、根据雾化问题的特点改进现有数值计算方法等。
2015, 23(7):709-711. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.018
摘要:以含能聚合物(EP)为基底通过共沉淀法制备了奥克托今(HMX)/高氯酸铵(AP)/含能聚合物(EP)纳米复合物。用扫描电镜(SEM), 能量色散X射线能谱(EDS)、比表面积(Brunauer-Emmett-Teller(BET))测定、红外(IR)光谱法和差示扫描量热法(DSC)表征了它的结构及性能。结果表明,HMX/AP/EP纳米复合物具有三维纳米网状结构。HMX和AP均匀沉积在EP上面,其尺寸为50~200 nm。HMX、AP和EP紧密结合在一起,具有良好的相容性。HMX/AP/EP纳米复合物的分解温度远低于HMX的。当HMX/AP/EP纳米复合物的氧平衡为零时,其分解热高达2570 J·g-1。HMX/AP/EP纳米复合物的撞击特性落高H50为50.49 cm,与HMX的撞击感度的特性落高(27 cm)相比,其机械感度较低。
2015, 23(7):712-714. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.07.019
摘要:以2-甲基-2-硝基-1, 3-丙二醇为原料,经酯化、叠氮化两步反应设计合成出1, 3-二(叠氮乙酰氧基)-2-甲基-2-硝基丙烷(DAMNP),总收率84.7%,纯度不低于98.3%(HPLC)。用红外光谱、核磁共振、元素分析对DAMNP结构进行了表征。用差示扫描量热法(DSC)和热重-微商热重法(TG-DTG)研究了DAMNP的热行为,玻璃化转变温度为-50.73 ℃,热分解温度为227.6 ℃,表明DAMNP具有良好的热稳定性。DAMNP的密度为1.38 g·cm-3,撞击感度H50为69.2 cm(落锤2 kg),摩擦感度为4%(摆角66°)。
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