2015, 23(8):716-719. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.001
摘要:以乙二醛,甲酰胺和盐酸胍等为原料,通过两阶段硝化反应,合成了4,8-二硝基八氢化二咪唑[4,5-b:4′,5′-e]哌嗪-2,6-(1H,3H)-N,N′-二亚硝胺(TNIP),采用IR、NMR、MS等表征了中间体和产物的结构。同时探究了时间、温度、醋酐与硝酸体积比等因素对两阶段硝化过程的影响,确定了硝化过程较佳的工艺条件为第一阶段醋酸酐与硝酸体积比为1.2,反应时间为2 h,反应温度为45 ℃,第二阶段醋酸酐与硝酸体积比为3,反应时间4 h,反应温度50 ℃,硝化总产率由23.3%提高至35.1%。采用差示扫描量热法和热重分析研究了TNIP的热性能,其分解温度为290 ℃,说明TNIP具有良好的热稳定性。实测TNIP的撞击感度(H50)为108.1 cm,优于RDX(38 cm)和HMX(30~32 cm)。
2015, 23(8):720-726. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.002
摘要:以[Bmim]BF4及[Bmim]CF3SO3两种离子液体为溶剂,在不同溶液温度、水的体积和静置条件下,重结晶得到了三种不同形貌的2, 6-二氨基-3, 5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)晶体,采用扫描电镜,X射线粉末衍射,差示扫描量热-热失重,红外检测及纯度分析对重结晶后晶体的形貌、结构、热性能及纯度进行了表征。结果表明:重结晶得到的矩形实心棒状、有孔、片状三种LLM-105晶体的主要衍射峰位置与原料完全一致,只在2θ为11°、21°和45°附近位置的衍射峰出现明显增强,其他位置的衍射峰强度减弱,晶体具有不同的显露晶面,其晶习发生了改变,且纯度均在94%以上,结构相对完整的矩形实心棒状晶体的最大放热峰及起始分解温度分别为353 ℃和323.6 ℃,相对于原料分别提高了约10 ℃和40 ℃,热稳定性最好。
胥立文 , 郑春梅 , 王天易 , 夏成波 , 魏文杰 , 王风云 , 雷武 , 夏明珠
2015, 23(8):727-731. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.003
摘要:以乙二醛为原料, 经过中间体二(4-氨基呋咱基-3-氧化偶氮基)偶氮呋咱(ADAAF), 合成了高能材料二(4-硝氨基呋咱基-3-氧化偶氮基)偶氮呋咱(ADNAAF)。用红外、核磁、质谱等表征了其结构。分析了在溴酸钾和冰乙酸的氧化体系下合成中间体ADAAF的影响因素, 确定最佳工艺条件为:反应温度50 ℃, 反应时间16 h, 冰乙酸与3, 3′-二氨基-4, 4′-氧化偶氮呋咱(DAOAF)摩尔比为68:1, 收率为58.5%。采用差示扫描量热法和热重分析研究了ADNAAF和ADAAF的热性能。结果表明, ADAAF的分解温度为267.18 ℃, 热重变化范围50~500 ℃, 共失重90.91%; ADNAAF的分解温度为114.81 ℃, 热重变化范围70~500 ℃, 共失重100%。对ADNAAF的爆轰性能进行了理论预测, 爆速,爆压分别为9140 m·s-1和38 GPa, 是一种具有潜在应用价值的高能量密度化合物。
2015, 23(8):732-736. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.004
摘要:以六硝基联卞(HNBB)为原料, 4-羟基-2, 2, 6, 6-四甲基哌啶-N-氧自由基(4-OH-TEMPO)和氯化亚铁(FeCl2)为催化剂, 在二甲亚砜(DMSO)中通过氧气氧化HNBB脱氢制备了六硝基茋(HNS), 收率为81%。确定了最佳反应条件:溶剂为DMSO, 催化剂组合及其比例为n(4-OH-TEMPO):n(FeCl2)=4:6时, 在55 ℃下以25 mL·h-1的速率通入氧气反应8 h。推测了可能的反应机理:亚铁离子结合氧气直接氧化底物HNBB脱氢得到HNS, 4-OH-TEMPO在这个过程中起到一个促进FeCl2循环加速氧化脱氢的助催化作用。
任晓婷 , 杜涛 , 何金选 , 卢艳华 , 郭滢媛 , 丁宁 , 雷晴 , 叶丹阳
2015, 23(8):737-740. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.005
摘要:按照文献方法制备了双(2, 2, 2-三硝基乙基)胺(BTNA), 并通过元素分析、红外和差示扫描量热分析对其结构进行了表征。利用Materials Studio软件中Growth Morphology方法模拟了BTNA的晶体形态和结晶习性, 分析了重要晶面的结构与溶剂的关系。结果表明, 在极性溶剂中(111)晶面将成为形态学上最重要的晶面, (002)、(102)及(020)的显露面将有所增加, (200)、(021)晶面的重要性降低。而在非极性或弱极性溶剂中, 弱极性晶面的重要性增加。采用弱极性溶剂二氯甲烷对BTNA进行了重结晶, 扫描电镜结果表明重结晶后的晶体比直接水中制备的晶体的形貌规则化、长径比变小。实验结果与理论预测吻合。
肖建雄 , 杜小利 , 乔丽燕 , 闫东 , 徐抗震 , 黄洁
2015, 23(8):741-745. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.006
摘要:以4-氨基-1, 2, 4-三唑-5-酮(ATO)为原料,通过高锰酸钾氧化制备了一种新型高能有机铵盐4, 4′-偶氮-1H-1, 2, 4-三唑-5-酮铵盐(AZTO·H2O)。用差示扫描量热法研究了其的热行为。用Kissinger法和Ozawa法计算了其非等温热分解反应的动力学参数。结果表明,其分解热、表观活化能和指前因子分别为247.46 kJ·mol-1、177.80 kJ·mol-1和1015.74 s-1。其热爆炸临界温度和298.15 K下的摩尔热容分别为233.1 ℃和271.45 J·mol-1·K-1。它的绝热至爆炸时间为72.8~74.7 s。描述AZTO·H2O放热分解反应的动力学方程为:
2015, 23(8):746-750. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.007
摘要:为探索高压超声破碎法在微纳米三氨基三硝基苯(TATB)制备中的应用, 采用纳米机对TATB炸药进行湿法破碎。阐述了高压超声破碎法制备微纳米炸药的工作原理。研究了破碎压力、料液浓度、表面活性剂及破碎次数对微纳米TATB颗粒粒径和比表面积的影响。对比了破碎前后TATB颗粒形貌、热性能的变化。结果表明, 破碎压力增大, 颗粒粒径变小、比表面积提高。料液浓度增大, 颗粒先减小, 后又变大。十二烷基苯磺酸钠和辛基酚聚氧乙烯醚OP)均对TATB细颗粒有良好的防聚集效果, 但OP的防聚集效果更好。破碎次数增多, 颗粒粒径先减小, 后又变大。在间隔破碎模式、料液浓度10%、压力100 MPa、表面活性剂OP、破碎10次的破碎条件下, 破碎后的TATB颗粒形貌与原料相比没有显著改变, 但平均粒度从18 μm减小到530 nm、热分解温度从396.6 ℃降低到392.1 ℃。
金兴辉 , 胡炳成 , 高思静 , 王长英 , 刘祖亮 , 吕春绪
2015, 23(8):751-754. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.008
摘要:用TG-DTG-DSC方法研究富氮含能化合物3, 7-二硝亚氨基-2, 4, 6, 8-四氮杂双环[3.3.0]辛烷的热性能,用量子化学方法研究其电子结构及爆轰性能。结果表明,3, 7-二硝亚氨基-2, 4, 6, 8-四氮杂双环[3.3.0]辛烷热分解是一个二阶段过程,在320 ℃左右有一个剧烈的放热峰。其热分解活化能和指前因子分别为225.80 kJ·mol-1和1017.71 s-1。考虑到其热爆炸临界温度为600.25 K,活化熵为80.18 J·mol-1·k-1,活化焓为220.92 kJ·mol-1,吉布斯自由能为173.87 kJ·mol-1。利用K-J公式得到其爆速为8.70 km·s-1,爆压为34.34 GPa,表明3, 7-二硝亚氨基-2, 4, 6, 8-四氮杂双环[3.3.0]辛烷可用作潜在的高能、稳定的含能材料的候选物。
2015, 23(8):755-759. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.009
摘要:将真空氧化结晶工艺应用于直接硝解法制备RDX,有效解决了直接硝解法产生大量废酸的问题。用单因素法实验研究了最佳工艺条件。结果表明,最佳工艺条件为:以投入1 g乌洛托品计,氧化工序中,加入稀释水量3.51 g,最低激发温度49.4 ℃,加热温度60 ℃,稀释水量的加入速率0.12 g·s-1;真空结晶工序中,真空度为82 kPa,初始蒸发温度85.0 ℃,搅拌速率650 r·min-1,产生废酸10.34 g。与传统氧化结晶工艺相比,该工艺稀释水量和废酸量分别减少24.9%和10.2%。
2015, 23(8):760-765. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.010
摘要:采用黏度法考察卵磷脂对端羟基聚丁二烯(HTPB)-苯乙烯溶液流变特性的影响。以黏度变化因子|C|为指标,表征卵磷脂与HTPB分子间相互作用大小,通过这一方法,探讨了混合溶液体系中卵磷脂与HTPB的共混行为,同时比较了两者相对含量变化对其相互作用的影响。结果表明:随着卵磷脂含量增加,溶液的黏度随之增大,呈现出更加显著的非牛顿流体特性;而混合溶液的流动活化能(E)呈现先减小后增大的趋势,HTPB与卵磷脂分子间相互作用呈现先增大后减小的趋势。当卵磷脂质量分数增加至0.053时,|C|增至最大值0.165,E/R降至最小值,1004.9。
唐维 , 颜熹琳 , 李明 , 温茂萍 , 刘彤 , 章定国
2015, 23(8):766-770. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.011
摘要:高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosive,PBX)的主特征破坏参数识别是强度准则建立和结构强度评估的基础。以TATB基PBX为研究对象,基于单轴拉伸和单轴压缩两种加载方式,考虑20 ℃、35 ℃及50 ℃三个温度点,设计了系列的直接破坏和不同初始应力水平的蠕变后破坏试验。依据获得的破坏参数数据,对比分析了环境温度、初始应力水平对破坏应力/破坏应变这两个典型破坏参数的影响。结果表明,不论是直接破坏还是蠕变后破坏,破坏应力随环境温度的升高而降低,破坏应变体现为拉伸时的增大和压缩时的减小;相同的环境温度下,初始应力水平的增加会导致破坏应力的降低和破坏应变的增大。进一步分析表明,破坏应力受环境温度、初始应力水平的影响较大,且无临界值,不宜作为主特征破坏参数;破坏应变作为主特征破坏参数则较为简便,可认为当一点应变达到临界应变时破坏,而不论该应变是载荷直接引起的还是时温诱发蠕变引起的,直接破坏的破坏应变可作为该温度点的临界破坏应变,20 ℃、35 ℃及50 ℃单轴拉伸临界破坏应变分别为0.1330%、0.1452%和0.1675%,单轴压缩时临界破坏应变分别为-1.4206%、-1.4159%和-1.1731%。
2015, 23(8):771-775. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.012
摘要:通过理论分析和模拟计算考察了加速老化过程中炸药热分解效应对试验炸药柱内部温度场的影响。理论分析表明影响炸药柱内部温度场的因素主要有炸药种类、试验环境温度和炸药柱尺寸。采用有限元分析软件ANSYS分析了5种高能炸药(RDX, TATB, Tetryl,HMX, PETN)在不同条件下的内部温度场。结果显示:炸药种类是决定影响效果的关键因素,试验环境温度为110 ℃时,Ф20 mm×20 mm的RDX和PETN炸药柱温度偏差分别达到2.59 ℃和1.19 ℃。而其余3种炸药温度偏差不明显。PETN, RDX应合理控制试验环境温度和炸药柱尺寸以减小试验过程的温度偏差。
2015, 23(8):781-786. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.014
摘要:压敏电阻能有效抑制浪涌电压,可用于火工品电磁防护。为研究压敏电阻对半导体桥(SCB)火工品电爆性能的影响,本研究在电容放电(47 μF、22 V)与恒流(100 ms)激励条件下测试了并联压敏电阻前后典型尺寸SCB火工品100 μm(L)×400 μm(W) ×2 μm(T)和低发火能量SCB火工品20 μm(L)×100 μm(W)×2 μm(T)的爆发时间和爆发消耗能量的变化规律。电容放电实验(47 μF、22 V)结果t检验表明,并联压敏电阻前后的典型SCB火工品的爆发时间和爆发能量均无显著性变化;对于低发火能量SCB火工品,并联击穿电压较低的压敏电阻时,爆发所需能量升高14%,而爆发时间无显著性变化。而恒流(100 ms)激励实验结果表明,压敏电阻对两种SCB火工品电爆性能均无显著性影响。
2015, 23(8):787-790. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.015
摘要:为研究真空沉积制备的爆炸桥箔(铜箔)致密性和晶体尺寸对爆炸箔驱动飞片能力的影响,采用X射线衍射(XRD)对电子束蒸发和磁控溅射两种工艺制备铜箔的晶型结构进行了表征。用光刻成型的方式将铜箔制成爆炸桥箔,采用光子多普勒测速系统(PDV)测试了爆炸桥箔在不同电压条件下驱动飞片的速度,采用升降法实验对比分析了两种爆炸桥箔驱动飞片起爆六硝基茋-Ⅳ的阈值能量。结果表明,磁控溅射工艺制备的铜箔晶体尺寸小于电子束蒸发工艺制备的铜箔晶体尺寸,电阻率高17%,沉积速率是电子束蒸发铜箔的2.4倍。制成的爆炸桥箔驱动飞片能力略强于电子束蒸发工艺制备的爆炸桥箔驱动飞片能力,且起爆六硝基茋-Ⅳ需要的能量也更低。
2015, 23(8):791-795. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.016
摘要:利用差示扫描量热法(DSC)、密闭爆发器试验研究了含黑索今(RDX)、聚醚聚氨酯弹性体材料(TPUE)的改性高能太根发射药热分解与燃烧特性,通过三维视频观察了改性高能太根药中止燃烧表面的形貌变化,分析了该类发射药的燃烧机理。结果表明:改性高能太根发射药的热分解过程主要分为由硝化棉、硝化甘油和硝化三乙二醇组成的基体的热分解和RDX的热分解;RDX颗粒的大小对改性太根药的实际燃烧过程产生较大影响。当RDX粒径为8.5 μm和45 μm时,两种改性太根发射药压力指数相当,其熔融和热分解过程主要发生在凝聚相区。当RDX粒径为90 μm时,部分RDX颗粒从太根药基体脱离进入气相区分解燃烧,导致发射药燃面增加,质量燃烧速度加快,燃烧规律性下降;发射药中少量TPUE的加入对发射药燃烧性能影响较小。
2015, 23(8):796-801. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.017
摘要:为提高发射药表面防盐湿、耐高温性能的同时调控其燃烧性能,采用TiO2纳米粒子与含氟单体反应合成了TiO2-含氟丙烯酸酯功能助剂。功能助剂和太根双基推进剂药片共混制备了发射药颗粒,对其进行了密闭爆发器实验。研究了含氟功能助剂的含量、含氟量及粒径对发射药定容燃烧性能的影响。结果表明:随着十二氟功能助剂含量的降低,发射药燃速呈增大趋势。十二氟功能助剂使发射药燃速提高0.1~0.3 cm·s-1,三氟功能助剂使发射药燃速降低0.4~1.0 cm·s-1。在本实验条件下,粒径对改善发射药燃速效果不明显。为更好地调控发射药起始燃烧速度,需要综合考虑含氟功能助剂链段中含氟量与TiO2含量二者比例以及发射药聚集体的物理形态。
2015, 23(8):802-806. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.018
摘要:为实验研究推进剂配方对基于端羟基聚丁二烯粘结剂(HTPB)/过氯酸铵氧化剂(AP)/铝粉燃料(Al)的富燃复合推进剂力学性能的影响。综合混合、浇铸和固化影响因素,制备了11种不同推进剂试样10 kg,并在25 ℃下采用Zwick试验机以50 mm·min-1的速率对标准JANNAF试件进行了测试。结果表明,当粘结剂的含量从74.5%减小到34.5%、以AP和Al替代时,推进剂的应变减小,抗拉强度、杨氏模量和硬度增大。AP的颗粒尺寸和含量对推进剂的力学性能有影响,AP细颗粒可充当了活性的填充物并增强复合推进剂的力学性能,当AP颗粒的平均直径从55.9 μm减小到9 μm时,推进剂的抗拉强度、杨氏模量和硬度增大,应变减小,表明该类富燃复合推进剂力学性能主要受到粘结剂和AP平均颗粒尺寸的影响。
杜旭杰 , 李晓东 , 李树奎 , 邹美帅 , 杨荣杰 , 李玉川 , 庞思平
2015, 23(8):807-812. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.019
摘要:利用最小自由能法,在标准条件(燃烧室压力pc:喷管出口处压力pe=70:1)下,计算了含5-氨基-四唑硝酸盐(5-ATEZN)推进剂的能量特性。结果表明,5-ATEZN单元推进剂的比冲为2371.38 N·s·kg-1,与黑索今(RDX)及奥克托今(HMX)单元推进剂接近,且5-ATEZN的氧平衡(-10.8%)远高于RDX及HMX。用5-ATEZN取代粘合剂端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂中的高氯酸铵(AP)和RDX时,推进剂比冲和特征速度均降低; 而用5-ATEZN取代GAP推进剂中的AP时,推进剂比冲和特征速度随5-ATEZN含量增多呈抛物线形变化,最高比冲可达2580.62 N·s·kg-1,与原配方相比提高17.93 N·s·kg-1。同时由于5-ATEZN不含氯元素,对降低推进剂的特征信号十分有利。因此,用5-ATEZN取代适量AP是实现GAP(聚叠氮缩水甘油醚)推进剂高能化和少烟化的一个可行途径。
2015, 23(8):813-816. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2015.08.020
摘要:用二异氰酸酯作桥, 通过—OH和—N=C=O基团间的连串缩合反应, 经过接枝含能端羟基叠氮缩水甘油醚(GAP), 改性了超细(1~2 μm)铝粉表面。研究了接枝GAP铝粉的表面性质, 与含氟粘结剂的相容性及70 ℃水中稳定性。结果表明, 接枝前后的铝粉表面静态水滴接触角分别为0~25.7°和109.9°,表面接枝后, 铝粉表面性质从亲水改变为疏水。接枝GAP的铝粉与含氟粘结剂有更好的相容性。在70 ℃水中15 min后, 未经处理的铝粉有39.8%的活性铝被氧化, 而经过GAP接枝改性的铝粉在70 ℃水中60 min后只有1.4%的活性铝被氧化, 显示接枝GAP的铝粉可有效保护铝粉在苛刻的热水条件下不被氧化。
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