李艳玲 , 冀克俭 , 赵晓刚 , 高岩立 , 邓卫华 , 周彤 , 刘元俊 , 邵鸿飞
2017, 25(8):622-626. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.001
摘要:四环庚烷是一种具有高张力笼状结构的液态燃料。采用气相色谱质谱联用仪、傅里叶变换红外光谱仪和核磁共振波谱仪表征光敏异构化合成的四环庚烷分子结构, 采用热裂解-气相色谱质谱联用仪研究了四环庚烷300~800 ℃的裂解产物, 结果表明合成的四环庚烷的分子结构和理论结构一致, 气相色谱归一化法测得纯度为94%。四环庚烷在400 ℃以下不发生裂解, 只有部分气化产物和其同分异构体; 500~650 ℃的裂解产物以环状烯烃为主; 随着温度的升高, 裂解产物由环状烯烃向苯类化合物转变, 高于750 ℃时裂解产物转变成联苯及多环芳烃化合物。
2017, 25(8):627-632. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.002
摘要:为了提高高氯酸铵(AP)粉末推进剂的长期贮存性和高效燃烧性, 利用预处理技术对AP粉末进行包覆团聚, 改善其表面特性。采用吉布斯最小自由能法计算Al/AP粉末火箭发动机的能量特性, 利用预处理实验分析端羟基聚丁二烯(HTPB)对AP粉末的装填密度、吸湿性能和热分解特性的影响, 并进行密闭燃烧器点火实验, 研究氧燃比和装填量对Al/AP粉末推进剂能量特性参数的影响规律。结果表明: AP的最佳预处理材料配比为添加10%HTPB, 且在氧燃比为3:1时, Al/AP粉末火箭发动机的理论比冲最高达262.1 s; 一定范围内,随着氧燃比的增加, 粉末推进剂的能量特性参数均有所增加; 在氧燃比相同条件下, 单位质量粉末推进剂成气量基本相同, 随着粉末装填量的增加, 燃温和特征速度均有所提高。
唐乐 , 陈苏杭 , 许志伟 , 张伟 , 沈瑞琪 , 叶迎华
2017, 25(8):633-638. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.003
摘要:为了研究石蜡的燃烧性能与其化学组成之间的关系, 针对54#、58#、62#和66# 4种粗晶石蜡开展了气相色谱分析, 并测试了4种石蜡的燃烧热和在氧气流中的瞬时退移速率, 同时利用NASA-CEA软件计算了4种石蜡燃料不同氧燃比下的能量特性。结果表明: 54#、58#、62#和66# 4种粗晶石蜡的平均分子式分别为C26.40H54.80、C27.59H57.18、C28.02H58.04和C32.11H66.22, 正构烷烃含量分别为92.79%、89.44%、88.36%和84.55%;平均碳数n越大、正构烷烃含量越小的石蜡其燃烧热越低; 随着平均碳数n值的增大以及正构烷烃含量的降低, 石蜡的退移速率降低。NASA-CEA程序计算得到4种石蜡的能量特性受其化学组成的影响很小, 其最佳氧燃比均为2.7, 对应的理论比冲约为354 s, 绝热火焰温度约为3600 K。
2017, 25(8):639-645. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.004
摘要:为研究组分在缩水甘油叠氮聚醚(GAP)推进剂/端羟基聚丁二烯(HTPB)衬层/三元乙丙(EPDM)绝热层粘接体系中的迁移, 采用高效液相色谱(HPLC)测定了经过50, 60 ℃和70 ℃加速老化后体系中的主要迁移组分, 计算了迁移组分的表观扩散活化能和扩散系数。结果表明, 老化过程中硝酸酯增塑剂硝化甘油(NG)、1, 2, 4-丁三醇三硝酸酯(BTTN)发生迁移, 两者的表观扩散活化能均在43~121 kJ·mol-1, 扩散系数在10-19~10-16 m2·s-1内。体系中胺类安定剂1(AD1)、胺类安定剂2(AD2) 的迁移发生在固化过程, 老化过程中主要以消耗为主; GAP推进剂的力学性能与推进剂中AD1的含量有关, AD1含量低于40%时, 试件力学性能急剧下降。
2017, 25(8):645-650. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.005
摘要:以乙酰乙酸乙酯为原料合成了一种新型含能化合物——5-甲基-4-硝基-1H-吡唑-3-(2H)-酮(MNPO), 总收率68%, 通过复分解反应和中和反应, 由MNPO与一系列高氮阳离子反应, 制备出了相应的含能离子化合物。采用X-射线单晶衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振(1H NMR、13C NMR)谱、元素分析等手段对其结构进行了表征。利用热重法(TG)-差示扫描量热法(DSC)测定了其热分解温度; 运用Explo5 v6.02软件对其爆轰性能进行计算。结果表明, MNPO晶体属于正交晶系, Pbca空间群, 晶胞参数为a=0.71495(18) nm, b=1.1639(3) nm, c=1.3834(3) nm, V=1.1512(5) nm3, Z=8。对密度范围为1.62~1.74 g·cm-3的MNPO的含能离子化合物, 它们的热分解onset温度范围为181~272 ℃, 理论爆速大于7000 m·s-1, 爆压大于15 GPa; 实测撞击及摩擦感度低, 其中MNPO的铵盐的撞击感度为28 J, 摩擦感度为240 N。
2017, 25(8):651-655. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.006
摘要:为提高聚3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环(PAMMO)基粘合剂的综合性能, 利用阳离子开环聚合合成聚3, 3-二(三氟乙醇甲醚基)氧丁环(PBFMO), 与PAMMO共同作为原料, 甲苯-2, 4-二异氰酸酯(TDI)作为偶联剂, 进一步合成无规嵌段型PAMMO基热塑性弹性体。分别采用FT-IR, NMR, GPC, DSC, TG/DTG, 万能材料试验机对其化学结构、相对分子质量、热稳定性和力学性能进行表征。结果表明无规嵌段型PAMMO基热塑性弹性体的数均相对分子质量为38200, 热分解温度大于220 ℃, 断裂强度为15 MPa, 断裂伸长率为700%, 具有良好的热稳定性和优异的力学性能。
张冬冬 , 黄寅生 , 李瑞 , 李猛 , 王俊杰 , 葛梦珠 , 张辉建 , 何亚丽
2017, 25(8):656-660. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.007
摘要:为了在降低黑索今(RDX)机械感度的同时提高其热分解性能, 以四甲氧基硅烷为前驱物, 氟硼酸为催化剂, 用溶胶-凝胶法制备了RDX-Al质量分数分别为30%、50%、70%(RDX与Al质量比均为6:1) 的三种RDX/Al/SiO2纳米复合含能材料。用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)及X-射线衍射(XRD)对其形貌及结构进行了表征; 用热重分析(TG)、差示扫描量热(DSC)研究了样品的热性能; 按GJB772A-1997的方法测试了样品的机械感度。结果表明: RDX/Al/SiO2是以SiO2为凝胶骨架, Al与RDX进入到凝胶骨架中形成的纳米复合含能材料; 该复合材料中RDX的最小平均粒径为65.09 nm, 且其粒径随RDX-Al含量的增加而增大; 当RDX-Al的质量分数为30%时, 与纯RDX相比, 该复合材料中RDX的分解温度较纯RDX提前22.4 ℃, 与原料RDX相比, 样品的特性落高提高108.6 cm, 爆炸百分数降低60%。
温茂萍 , 唐维 , 董平 , 唐明峰 , 付涛 , 詹春红
2017, 25(8):661-666. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.008
摘要:为了掌握粘结剂含量对高聚物粘结炸药(PBX)残余应力和宏观力学性能的影响规律, 采用基于VKα靶的X射线衍射方法测试了F2314粘结剂含量为0~11%热压成型的TATB基PBX残余应力, 采用巴西试验方法测试其宏观力学性能, 并采用了TATB晶体-粘结剂包裹结构简化模型进行温度单一因素条件的残余应力数值模拟验证。实验结果表明:不含粘结剂的PBX, 其残余应力为拉应力; 随着PBX中粘结剂含量增加, 残余应力逐渐减小, 当粘结剂含量超过5%, 其拉伸残余应力递减趋势增强; 当粘结剂含量由7%增加到9%时, 残余应力由拉应力转变为压应力; PBX力学强度随粘结剂含量增加而增强。残余应力模拟结果与实验结果具有相同变化趋势。
王架皓 , 刘建忠 , 周禹男 , 王健儒 , 许团委 , 杨卫娟 , 周俊虎
2017, 25(8):667-674. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.009
摘要:利用同步热分析技术, 以10 K·min-1的加热速率将3种微米铝粉从室温加热至1110 ℃, 分析获得的热重-微商热重-差热分祈曲线, 并通过Satava-Sestak积分法计算得到氧化反应的动力学参数及最可几机理函数; 利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对不同阶段的氧化产物进行观察分析。结果表明, 粒径越小的铝粉, 越容易被氧化, 其氧化程度也越深。微米铝粉的氧化过程可分为三个阶段:阶段Ⅰ, 温度低于550 ℃, 反应非常缓慢, Al颗粒表面的无定形氧化铝层缓慢生长; 阶段Ⅱ, 550~670 ℃, 氧化层由无定形氧化铝向γ-Al2O3转变, 新形成的γ-Al2O3层不能在Al颗粒表面形成一个连续完整的外壳, 裸露的Al与氧气接触, 因此在阶段Ⅱ开始时, 氧化速率迅速增大, 当γ-Al2O3层完全覆盖Al核后, 氧化速率迅速降低; 阶段Ⅲ, 670~1110 ℃, 在内部熔融态Al受热体积膨胀及氧化铝由γ-Al2O3向α-Al2O3转变引起表面积收缩的共同作用下, 颗粒表面氧化壳层产生裂缝或破碎, 活性Al释放, 氧化反应非常剧烈, 最终生成稳定的α-Al2O3。粒径越小的Al粉, 其氧化反应的表观活化能越低, 反应越容易进行; 3种样品的热氧化反应均符合边界控制模型函数R3:G(α)=G(α)=1-(1-α)1/3, 温度适用范围550~1110 ℃。
杨小玉 , 李燕华 , 张郑伟 , 王亚东 , 温玉全 , 谢佳良
2017, 25(8):675-682. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.010
摘要:为了获得不同间隙厚度下爆炸零门可靠作用的时间窗口, 通过LS-DYNA软件和试验, 进行了装药尺寸为0.6 mm×0.6 mm, 间隙厚度为0.6~1.1 mm的含圆形空气隙的改进爆炸零门的数值模拟和实验研究。仿真结果表明, 间隙厚度小于1.0 mm, 爆炸零门关闭时间不超过0.9 μs, 但随着间隙厚度的增加, 爆炸零门成功关闭的概率会大幅度下降, 甚至在1.1 mm时, 爆炸零门失效。试验结果与仿真结果具有一致的规律性, 间隙厚度达到1.0 mm时, 零门可靠作用的时间窗口为[4.0 μs, +∞); 间隙厚度为1.1 mm时, 零门的成功率较低。
代晓淦 , 于劭钧 , 黄风雷 , 文玉史 , 郑雪 , 姚奎光
2017, 25(8):683-688. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.011
摘要:为了研究常温和75 ℃条件下PBX-2炸药射弹撞击响应特性, 采用高温撞击试验装置对PBX-2炸药进行了射弹撞击试验。采用冲击波超压传感器测量了炸药的反应超压, 结合回收样品综合分析了常温和75 ℃下炸药的响应特性。采用有限元程序LS-DYNA计算分析了不同撞击速度对应的常温和75 ℃ PBX-2炸药的受力变化。结果表明, 常温下PBX-2炸药撞击点火反应速度阈值为263.5~269.9 m·s-1; 加热至75 ℃时, PBX-2炸药撞击点火反应速度阈值为316~367 m·s-1。相比常温状态, 当射弹撞击速度低于800 m·s-1时, 75 ℃条件下PBX-2炸药反应程度明显下降, 但射弹撞击速度高于800 m·s-1时, 约1.54 GPa的输入压力就能使75 ℃ PBX-2炸药产生剧烈反应。
唐维 , 颜熹琳 , 温茂萍 , 赵龙 , 李明 , 刘彤 , 章定国
2017, 25(8):689-693. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.012
摘要:准静态载荷下的拉伸压缩试验中,几乎所有高聚物粘结炸药(PBX)都体现出了明显的非线性本构行为,现常用的本构模型在描述这种非线性时适应性不甚理想。针对五种典型PBX炸药(PBX-X, PBX-9502, LX-17, PBX-9501, EDC-37) 应力应变曲线的非线性及非对称性,基于Boltzmann函数推导了一种拉伸和压缩一起考虑的准静态单轴非线性四参数本构模型。在讨论模型待定参数物理意义的基础上,基于文中提出的待定参数初值确定方法,采用该本构模型对五种典型PBX的应力应变曲线进行了拟合。结果表明,该本构模型可较好地描述五种典型PBX炸药不同温度和应变率下的本构行为。基于Boltzmann函数的拉压非线性本构模型,有望作为一种适用于不同PBX的通用准静态本构模型广泛运用。
黄西成 , 李尚昆 , 魏强 , 田荣 , 陈成军 , 王理想 , 柳明
2017, 25(8):694-700. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.013
摘要:利用扩展有限元法(XFEM)分析PBX-9502带孔板状试件在整体压缩下由局部裂纹萌生到裂纹扩展全过程的开裂破坏机理。采用应力状态相关的强度面、非关联流动法则及Cohesive模型, 描述了材料在复杂应力状态下的非线性本构行为以及材料的破坏行为。进行了数值模拟结果与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)试验结果的对比。结果表明, 含孔洞的平板在整体压应力环境下孔洞周围产生局部拉伸应力, 这种拉伸条件导致局部裂纹萌生。数值模拟的裂纹发展趋势与试验结果相吻合, 包括裂纹时程的整体走势和拐点、启裂时刻、裂纹初期扩展速度等。基于扩展有限元方法和内聚模型法, 可模拟高聚物粘结炸药(PBX)含能材料的裂纹萌生、扩展。
张家荣 , 毕福强 , 王伯周 , 廉鹏 , 翟连杰 , 贾思媛
2017, 25(8):701-704. DOI: 10.11943/j.issn.1006-9941.2017.08.014
摘要:以3, 3′-双[单硝甲基-ONN-氧化偶氮基]氧化偶氮呋咱为原料, 经过硝化, 二次硝化两步反应合成了3, 3′-双[三硝甲基-ONN-氧化偶氮基]氧化偶氮呋咱(BTNAF), 总收率为68.7%;首次利用示差扫描量热法(DSC)研究了BTNAF的热行为, 其熔点为59~61 ℃, 分解温度为183.6 ℃, 放热量为1989 J·g-1; 通过高斯计算, 对比了BNMAF, BDNAF和BTNAF的物化性能和爆轰性能, 结果表明, BDNAF (爆速9560 m·s-1, 爆压42.40 GPa)和BTNAF(爆速8944 m·s-3, 爆压38.48 GPa)是潜在的性能突出的含能化合物。
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