CHINESE JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS
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    • α-CL-20和CL-20/H2O2中溶剂分子的扩散特性及其对共晶分解影响的分子动力学模拟

      2022, 30(1):2-11. DOI: 10.11943/CJEM2021066

      摘要 (522) HTML (276) PDF 2.68 M (6023) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究H2O和H2O2溶剂分子对含能共晶热稳定性的影响机制,采用分子动力学(MD)模拟方法对α-CL-20和CL-20/H2O2(正交、单斜)中溶剂分子的扩散行为及其热解机理进行了研究。结果表明,H2O和H2O2都会随着温度的升高从晶胞中扩散出来,其中H2O分子扩散得更快;温度低于500 K时单斜晶型CL-20/H2O2晶格框架具有阻碍溶剂分子H2O2扩散的作用,而温度高于500 K时,这种阻碍作用将不复存在。热分解过程中,α-CL-20释能最慢,且其中CL-20的分解也是最慢的;温度低于1500 K时,溶剂分子对含能组分热解呈现出一定的稳定化作用,但此作用随着温度的升高而消失。此外,溶剂的存在能明显增加晶格能。

    • TKX-55与二氧六环热解机理的分子动力学

      2022, 30(1):20-33. DOI: 10.11943/CJEM2021067

      摘要 (578) HTML (283) PDF 3.20 M (6997) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究含能共晶TKX-55的热解机制及溶剂组分二氧六环(1,4-Dioxane,DIO)对含能组分5,5´-双(2,4,6-三硝基苯基)-2,2´-双(1,3,4-噁二唑)(BTNPBO)热解的影响,基于反应力场(ReaxFF-lg, Reactive Force Field-Low Gradients)开展了TKX-55和纯溶剂组分DIO的分子动力学模拟研究。结果表明,TKX-55的初始分解反应包括了含能分子的二聚反应、含能组分和溶剂组分之间的氢转移、含能组分中1,3,4-噁二唑的开环反应以及硝基解离。二聚反应为后续团簇的快速生长提供了条件,团簇的大量生成限制了热量的释放和稳定小分子产物的释放,这是TKX-55高耐热性的本质原因。纯溶剂组分体系低温下放热量较小,且不易形成团簇,在较高温度下放热量以及团簇的体积和数量明显增加。DIO分子在TKX-55中的主要作用是吸附活性小分子产物(如OH、NO、NO2等),间接抑制BTNPBO的分解进程。

    • 五唑羟胺/盐酸羟胺共晶化合物的合成、晶体结构和性能

      2022, 30(2):96-102. DOI: 10.11943/CJEM2021282

      摘要 (969) HTML (482) PDF 1.29 M (7659) 评论 (0) 收藏

      摘要:以五唑银盐(或五唑羟胺盐)和盐酸羟胺为原料,设计并合成了一种新型的基于五唑阴离子的含能共晶化合物(NH3OH+N5-2·NH3OH+Cl-·H2O。采用单晶X-射线衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱(IR)和元素分析对该化合物的结构进行了表征,晶体属于单斜晶系,P21/n空间群,晶胞参数为a=3.8390(6) Å,b=14.665(2) Å,c=21.975(3) Å,V=1236.4(3) Å3α=γ=90°,β=92.034(3)°,Z=1,Dc=1.589 g·cm-3。利用差示扫描量热仪(DSC)和热失重分析仪(TG)对(NH3OH+N5-2·NH3OH+Cl-·H2O的热稳定性进行了研究,结果显示其初始分解温度约为95.6 ℃,热稳定性良好。通过EXPLO5计算其爆速为8260 m·s-1,爆压为23.79 GPa。该共晶化合物具有较低的撞击和摩擦感度(IS>40 J;FS>360 N),盐酸羟胺的共结晶大大降低了NH3OH+N5-的机械感度。

    • 含不同形貌MoO3的Al/MoO3铝热剂的热性能和燃烧性能

      2022, 30(2):121-129. DOI: 10.11943/CJEM2021105

      摘要 (583) HTML (334) PDF 1.98 M (5768) 评论 (0) 收藏

      摘要:不同形貌铝热剂在性能上有着很大的差异。为了探讨不同MoO3形貌对Al/MoO3铝热剂热性能和燃烧行为的影响,制备了Al/棒状MoO3和Al/带状MoO3铝热剂,采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)对其形貌和热性能进行了表征测试。DSC结果表明,Al/带状MoO3铝热剂和Al/棒状MoO3铝热剂释放的热量分别为1702 J·g-1释放432 J·g-1。Al/带状MoO3铝热剂的初始反应温度为401.95 ℃,比Al/棒状MoO3铝热剂的504.87 ℃提前102.92 ℃。通过非等温热力学分析,两种铝热剂的活化能(Ea)没有显著差异,但Al/棒状MoO3铝热剂具有较高的热爆炸临界温度(Tb),说明其具有较高的安全性。在开放燃烧实验中,两种铝热剂的燃烧行为差异小,但当燃烧结束时,Al/带状MoO3铝热剂周围会溅射出火花。封闭管燃烧实验显示,Al/棒状MoO3铝热剂的燃烧波波速先上升后下降,最大波速达1037 m·s-1,而Al/带状MoO3铝热剂的燃烧波速呈上升趋势,最大速度为2710 m·s-1。Al/带状MoO3铝热剂在热和燃烧性能上要优于Al/棒状MoO3铝热剂,而Al/棒状MoO3铝热剂更为安全。

    • 3,5-二氨基-4-硝基吡唑五唑新型含能离子盐合成和性能

      2022, 30(3):222-227. DOI: 10.11943/CJEM2021325

      摘要 (564) HTML (312) PDF 1.26 M (5728) 评论 (0) 收藏

      摘要:以五唑钠盐为原料,与3,5-二氨基-4-硝基吡唑盐酸盐进行复分解反应合成了一种新型五唑非金属盐——3,5-二氨基-4-硝基吡唑五唑盐(3),并采用核磁共振(NMR)、X-射线单晶衍射分析(XRD)、傅里叶红外光谱(IR)和元素分析(EA)等分析手段对化合物3进行结构表征;利用差示扫描量热(DSC)和热重(TG)方法研究了化合物3的热分解过程,其初始分解温度为119.5 ℃,优于DABTT2+(N5-2、GU+N5-和AG+N5-等大部分的五唑非金属盐,并采用Kissinger和Ozawa方法计算其表观活化能;基于实测密度(1.71 g·cm-3)和计算生成焓(503.3 kJ·mol-1),采用Explo5 V6.05.02软件计算化合物3的爆速和爆压分别为8483 m·s-1和26.4 GPa;采用BAM法测得化合物3的撞击感度和摩擦感度分别为10 J和216 N。

    • PBX炸药损伤本构模型及其工程运用

      2022, 30(3):188-196. DOI: 10.11943/CJEM2021161

      摘要 (623) HTML (396) PDF 2.67 M (5915) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了对高聚物黏结炸药(PBX)在动态冲击载荷下可能产生的损伤进行研究,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验装置获得了PBX炸药材料在不同应变率条件下出现力学损伤的本构曲线,并基于含损伤变量的Z-W-T本构模型对本构曲线进行了分段拟合。然后基于拟合结果、有限元理论、弹塑性力学与ABAQUS/VUMAT语法编写了PBX炸药含损伤材料子程序,并对该子程序进行了有限元验证及有限元工程算例计算。结果表明:有限元验证得到的结果与试验结果吻合良好,相关度在0.95以上;破片侵彻算例计算得到的应力云图与损伤变量云图反映PBX炸药材料在冲击载荷下发生的变化及可能产生损伤的部位;并且损伤云图的演化过程反映了PBX炸药材料损伤演化与应变率效应的相关性。

    • 高活性配合物及其复合点火药剂的制备与性能

      2022, 30(4):294-300. DOI: 10.11943/CJEM2021332

      摘要 (579) HTML (305) PDF 1.56 M (7846) 评论 (0) 收藏

      摘要:以氰基硼氢根(CBH)为阴离子、1-乙烯基咪唑(VIM)为配体,过渡金属Co、Mn、Ni为中心离子制备出3种具有高还原活性的含能配合物,通过X-射线单晶衍射仪准确测定其晶体结构,3种含能配合物的分子式分别为Co(VIM)4(CBH)2、Mn(VIM)4(CBH)2、Ni(VIM)4(CBH)2。对3种配合物的热分解性、燃烧热值和机械感度进行了测试。结果表明,3种配合物均具有较高的燃烧热值(26.5~29.1 kJ·g-1),较低的摩擦感度(>360 N)和撞击感度(>40 J)。与白烟硝酸的点火试验表明,3种配合物均能发生自燃反应,且点火延迟时间较短(4~13 ms),证实了配合物的高还原活性。为探究高活性配合物在火工药剂方面的应用,分别将3种配合物与溴酸钠以1∶7的质量比混合,获得3种新型复合点火药,并用电热丝对其进行了点火测试,3种复合药剂被电热丝点燃后均能持续燃烧,产生较大的火焰。结果表明,高活性配合物燃料与氧化剂混合所制得的复合药剂具有作为新型点火药的潜力。

    • 两种乙二胺碘酸盐的制备与性能

      2022, 30(4):309-315. DOI: 10.11943/CJEM2021322

      摘要 (387) HTML (311) PDF 1.25 M (6140) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探索具有合成简单且能量水平较高的有机胺含氧酸盐,选取碘酸和乙二胺合成了两种含能化合物,分别为乙二胺二碘酸盐和乙二胺六碘酸盐,测定了化合物的单晶结构。利用X-射线衍射仪、傅里叶红外光谱、差示扫描量热仪和热重分析仪对样品进行了结构表征和热分解性能分析,并在8#工业雷管中作为主装药进行了轴向输出实验以及松装条件下的燃烧实验。结果表明,乙二胺二碘酸盐属于正交晶系,Pbca空间群,晶胞参数为a=7.4427 Å,b=6.7418 Å,c=18.2884 Å,Z=8,F(000)=760,Dc=2.982 g·cm-3,分解温度为185.18 ℃,做主装药时能够使5 mm铅板贯穿。乙二胺六碘酸盐为乙二胺二碘酸盐和碘酸的共晶化合物,属于单斜晶系,P21/c间群,晶胞参数为a=7.2350 Å,b=18.498 Å,c=7.5494 Å,β=107.947°,Z=4,F(000)=996,Dc=3.840 g·cm-3,两个放热分解峰为179.48 ℃和356.87 ℃,做主装药时不能使5 mm铅板贯穿,但其与质量分数为10%的纳米铝粉混合后,则能将5 mm的铅板贯穿。乙二胺二碘酸盐和加入质量分数为10%铝粉的乙二胺六碘酸盐燃烧时均能产生紫色的烟雾,乙二胺二碘酸盐可以作为一种单质紫色发烟剂。

    • 微流控技术制备叠氮化铅起爆药及其改性

      2022, 30(5):451-458. DOI: 10.11943/CJEM2022011

      摘要 (720) HTML (859) PDF 1.67 M (7811) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对常规叠氮化铅(Pb(N32,LA,Lead Azide)制备工艺存在自爆风险等问题,采用旋T型微流控芯片提供的微通道作为微反应器,借助其分子间扩散距离短、比表面积大、连续流动等特点,在微通道反应器内制备了微纳米尺度的LA起爆药,并使用聚焦型液滴微流控芯片对制备的LA起爆药进行了球形化改性处理。研究了反应物流速、有机溶剂、晶型控制剂等因素对产物的影响,并采用SEM、XRD、DSC等手段对产物进行了表征,对比了微流LA、微球LA与常规粉末LA的感度及爆炸性能。结果表明,通过控制微流控反应参数,可有效控制LA起爆药产物粒径,且制备的LA起爆药均为α型晶体;LA起爆药经球形化改性后,显著提高了其撞击感度H50(25.5 cm到12.1 cm)、降低了静电火花感度E50(1.98 kV到2.97 kV)和火焰感度L50(26.3 cm到16.1 cm),同时提高了爆压(升高63.6%)。基于微流控技术的LA起爆药制备和改性是一种安全高效方法,为敏感起爆药的可控制备和调控提供了新思路。

    • 微通道反应器中合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的连续流工艺及其动力学

      2022, 30(5):424-430. DOI: 10.11943/CJEM2022019

      摘要 (397) HTML (307) PDF 1.11 M (5617) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇(TMPD)的生产效益,改变传统的釜式间歇生产工艺,采用更加高效的微通道连续流工艺,以异丁醛为原料,氢氧化钠溶液为催化剂,一步合成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇。考察了催化剂氢氧化钠浓度、用量、温度、停留时间等工艺参数对反应的影响,并对其进行了优化。结果表明,氢氧化钠浓度为50%,v(异丁醛)∶v(NaOH)=1∶1,停留时间10 min,反应温度40 ℃为最佳工艺条件。在该条件下,异丁醛转化率达到99.02%,2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇选择性达到93.57%,收率达到92.65%。该工艺充分利用微通道反应器优良的传质传热特点,缩短了反应时间,提高了反应速率,扩大了工艺条件选择区间,实现了对羟醛缩合反应过程的有效控制。同时,反应动力学研究显示,异丁醛生成2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇的反应为二级反应,在氢氧化钠浓度为50%时,反应表观活化能最小为26.34 kJ·mol-1,指前因子为2888.26 L·K-1·mol-1·min-1

    • HMX含量对丁羟四组元推进剂团聚及凝聚相燃烧产物的影响

      2022, 30(6):571-578. DOI: 10.11943/CJEM2021183

      摘要 (567) HTML (236) PDF 1.81 M (6705) 评论 (0) 收藏

      摘要:奥克托今(HMX)作为含能材料在能够提高推进剂能量性能的同时可改变推进剂的燃烧过程,广泛用于固体推进剂中。为了研究HMX含量对推进剂点火、燃烧、团聚和凝聚相燃烧产物特性的影响,采用推进剂燃面拍摄、激光点火以及凝聚相燃烧产物收集方法对HMX含量在0%~10%范围内的典型四组元推进剂进行试验研究。结果表明:随着HMX含量由0%增加到10%,推进剂的点火延迟时间由191 ms增加到286 ms,推进剂的燃速和压强指数均减小,凝聚相燃烧产物的体积平均粒径D43由48.1 μm增加到138.3 μm。含10%HMX的推进剂燃面上铝的团聚程度最大,而含8%HMX的推进剂凝聚相燃烧产物中活性铝的含量最高。

    • 零氧平衡RDX/NC/AP/Al复合炸药的制备及其性能表征

      2022, 30(6):528-534. DOI: 10.11943/CJEM2021315

      摘要 (673) HTML (271) PDF 1.26 M (5872) 评论 (0) 收藏

      摘要:以零氧平衡为配比依据,硝化棉(NC)为粘结剂、高氯酸铵(AP)为氧化剂、环三亚甲基三硝胺(RDX)和纳米铝粉(Al)为燃烧剂,分别采用机械混合法和静电喷雾法制备RDX/NC/AP/Al复合炸药。采用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)对样品的形貌、结构和热性能进行表征;并利用高速摄影仪、撞击感度仪和摩擦感度仪和对样品的燃烧过程和机械感度进行了分析。结果表明:机械混合法制得的RDX/NC/AP/Al复合炸药颗粒为球形;采用静电喷雾法制得的RDX/NC/AP/Al复合炸药颗粒为团聚微球;机械混合法和静电喷雾法制得的RDX/NC/AP/Al复合炸药中的组分NC、RDX、AP、Al之间为物理复合;采用机械混合法和静电喷雾法制得的RDX/NC/AP/Al复合炸药的失重过程分为两个阶段(200~210 ℃和250~350 ℃),第一阶段是部分RDX和AP的分解,第二阶段是剩余RDX和NC的分解;与机械混合法制得的RDX/NC/AP/Al复合炸药相比,静电喷雾法制得的RDX/NC/AP/Al复合炸药的表观活化能提高了41.25 kJ·mol-1,热爆炸临界温度提高了4.09 K,燃烧速度提高,机械感度得到了降低。

    • Al/Ni包覆AP复合燃料的制备及其热反应性能

      2022, 30(7):648-658. DOI: 10.11943/CJEM2022029

      摘要 (375) HTML (379) PDF 1.84 M (5890) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决Al粉点火困难、燃烧团聚的问题,进行了铝粉合金化与氧化剂包覆改性研究。利用声共振混合技术制备了AP@Al/Ni复合燃料,采用氧弹量热仪测试不同高氯酸铵(AP)含量下复合燃料的反应热;采用扫描电镜分析了优选复合燃料的形貌特征;通过同步热分析仪对比研究了AP、Al/AP混合物、Ni/AP混合物及AP@Al/Ni复合燃料热反应特性;并采用非等温动力学法评估了Al、Ni及Al/Ni复合物催化作用下AP分解特性。结果表明,当AP质量含量为38.90%时配方最优,AP@Al/Ni复合燃料的反应热达到最大值。与Al、Ni相比,Al/Ni复合物对AP分解影响最显著,使AP的高温分解峰温降低了76.9 ℃,分解热增加了84.8%;由弗里曼(Friedman)法获得AP@Al/Ni复合燃料中AP的热分解表观活化能为103.9 kJ·mol-1,且该过程服从三维(A3)成核与核生长物理模型。

    • 微小药量燃烧热测定装置及几种典型含能材料燃烧热的测量

      2022, 30(7):641-647. DOI: 10.11943/CJEM2022073

      摘要 (533) HTML (287) PDF 907.52 K (8374) 评论 (0) 收藏

      摘要:为建立适用于含能材料的精密燃烧热测量系统和方法,基于示差热流量热原理,使用由960对热电偶组成的三维热电堆作为核心测量元件,使用苯甲酸标准物质对装置进行标定,研制出一种基于三维热电传感技术的微小药量含能材料燃烧热测定方法和装置,并利用该燃烧热测定装置对环四亚甲基四硝胺、六硝基六氮杂异伍兹烷、环三亚甲基三硝胺、3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱、二氨基二硝基乙烯和硝基胍6种典型含能材料的燃烧热进行了测定。实验结果表明,仪器量热系数为(64.804±0.071) μV·mW-1,标定的相对不确定度为0.109%;6种含能材料在298.15 K时的固相标准摩尔燃烧热(ΔcU)依次为-(2749.1±4.5),-(3593.6±6.0), -(2115.2±3.4),-(3040.8±4.8),-(1211.4±2.3) kJ·mol-1和-(898.4±2.0) kJ·mol-1,测定结果与文献报道值能够较好吻合,表明所研制的微小药量燃烧测定装置能够广泛应用于含C、H、O、N物质,尤其是珍稀样品及易爆炸物质燃烧热的测定。

    • 4H-[1,2,3]氧化三唑并[4,5-c]呋咱羟胺盐/胺盐及共晶的制备与表征

      2022, 30(8):764-770. DOI: 10.11943/CJEM2022121

      摘要 (386) HTML (227) PDF 1.16 M (6206) 评论 (0) 收藏

      摘要:以3,4-二氨基呋咱为起始原料,通过硝化、环化、成盐反应合成了4H-[1,2,3]氧化三唑并[4,5-c]呋咱(TODO)的羟胺盐及铵盐。采用蒸发溶剂法制备出TODO羟胺盐(HATODO)与TODO铵盐(ATODO)共晶化合物,通过单晶X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和核磁分析对该化合物的结构进行了表征。采用热重-差示扫描量热仪研究了其热稳定性,依据GJB772A-97方法测试了感度。采用Explo5V6.0对其爆轰性能进行了预测。结果表明:HATODO/ATODO共晶晶体为单斜晶系,P21/c空间群,晶体学参数为:a=8.5202(3)Å, b=10.3870(4)Å,c=13.4481(4) Å,α=90°,β=102.0510(10)°,γ=90°,V=1163.92(7)Å3Z=4。该共晶主要依靠N+─O-…H型氢键作用和N─H氢键作用形成。TODO羟胺盐的分解温度为147.9 ℃,TODO胺盐的分解温度为167.4 ℃,HATODO/ATODO共晶的起始分解温度为151.2 ℃,撞击感度为3.9 J,摩擦感度为78%,静电感度为129.7 mJ,计算爆速为8462 m·s-1,计算爆压为32.07 GPa。

    • 基于新型氟碳黏合剂的固体推进剂燃烧性能

      2022, 30(8):804-810. DOI: 10.11943/CJEM2022113

      摘要 (509) HTML (325) PDF 1.33 M (7917) 评论 (0) 收藏

      摘要:推进剂在燃烧过程中产生的凝聚相团聚是造成能量损失及喷管烧蚀的主要原因之一,推进剂中引入氟被认为是解决团聚的有效途径。为此,研究将氟醇化合物(PFD)引入到端羟基聚醚(HTPE)推进剂,使其通过固化反应接入黏合剂交联网络中,形成基于新型氟碳黏合剂的固体推进剂。采用热重(TG)、激光点火表征加入PFD前后推进剂热分解以及相同点火时间下推进剂燃烧强度的变化,并通过扫描电镜(SEM)、EDS能谱表征推进剂燃面火焰形貌以及燃烧凝聚相产物粒径分布。结果表明,加入PFD后推进剂的失重仍然包含3个主要阶段,但PFD会导致推进剂中RDX分解延后15~20 ℃,且在250 ℃前含氟链段完全分解失重;对比空白推进剂样品,含有PFD的推进剂在相同点火时间下具有更高的燃烧亮度;随着PFD的增加,推进剂样品燃烧火焰的密集程度显著增加,且火焰喷射更为剧烈,推进剂的凝聚相产物平均粒径由添加1%PFD时的5.13 μm逐渐减小至添加5%PFD时的1.04 μm。

    • 高强度CL-20/HTPE基微尺度传爆药的打印成型及性能表征

      2022, 30(9):920-926. DOI: 10.11943/CJEM2021292

      摘要 (322) HTML (230) PDF 2.02 M (5815) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研制出力学性能优异的微机电系统(MEMS)火工品用微尺度传爆药,以六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)为主体炸药,以端羟基聚醚(HTPE)/硝化纤维素(NC)为复合黏结体系,以乙酸乙酯为共溶剂,加入一定量的甲苯二异氰酸酯(TDI)设计出一种全溶式炸药油墨,利用喷墨打印技术实现了高精度装药成型,利用异氰酸根与羟基的交联反应实现了微装药力学性能增强。采用电子密度仪、扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、X射线衍射仪、纳米压痕仪分别对打印样品的密度、微观形貌、热安定性、炸药晶型和力学性能进行了表征。结果表明,打印样品实测密度为1.70 g·cm-3,可达最大理论密度的88.54%,打印样品中CL-20由ε晶型转变为β晶型,其热分解表观活化能为173.00 kJ·mol-1,比原料CL-20提升了13.17 kJ·mol-1。打印样品弹性模量可高达10.47 GPa,硬度为0.22 GPa,展现了良好的力学性能。喷墨打印装药具有良好的传爆能力,临界爆轰尺寸和爆速分别为1 mm×0.18 mm和8054 m·s-1

    • 空心结构的Al/PTFE基反应材料构筑及其燃烧性能

      2022, 30(9):877-885. DOI: 10.11943/CJEM2022074

      摘要 (431) HTML (245) PDF 2.02 M (6035) 评论 (0) 收藏

      摘要:为探究结构对铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)基反应材料燃烧性能的影响,提高氟基铝热剂燃烧性能,利用增材制造技术,制备了实心、空心、核壳结构和限域空心结构的Al/PTFE基反应材料以及限域空心结构的铝/氧化铜(Al/CuO)、铝/氧化铁(Al/Fe2O3)基反应材料。并采用扫描电子显微镜、差示扫描量热仪、高速摄影仪和恒容燃烧仪对其微观结构、热性能、燃烧速率以及产气性能进行了研究。结果表明:各样品结构完整,组分均匀;核壳结构和限域空心结构的样品放热量比同质量的实心结构和空心结构的样品低;空心、核壳结构和限域空心结构的样品的燃速分别为实心结构样品的1.44、1.32倍和2.62倍;空心结构和限域空心结构的样品的产气性能与增压速率获得明显提高,其中限域空心结构的样品提升最明显;Al/PTFE基、Al/CuO基和Al/Fe2O3基的限域空心结构材料燃速比其实心结构均有着明显的提升,该结构对Al/Fe2O3材料燃速提升最明显。制备空心结构材料来调控线条的燃烧性能有望对新型高性能武器的设计提供新思路。

    • 一株高效降解苯胺菌Q6的分离鉴定及其降解特性

      2022, 30(10):1004-1012. DOI: 10.11943/CJEM2022168

      摘要 (347) HTML (215) PDF 1.63 M (7271) 评论 (0) 收藏

      摘要:火炸药在生产和加工中会产生苯胺废水,对环境造成较大的污染。为苯胺降解提供高效的菌种资源,从化工废水处理厂好氧曝气池活性污泥中分离出一株以苯胺为唯一碳源和能源生长的高效降解菌Q6,通过形态观察、生理生化特征和16S rDNA基因序列系统发育分析,初步鉴定菌株属于食酸菌属(Acidovorax sp.)。研究了接种量、温度、pH值、外加碳氮源对菌株Q6降解苯胺的影响,同时拟合了不同初始浓度苯胺的降解动力学过程和菌株Q6生长动力学过程。实验结果表明,在温度23~37 ℃和pH 5~8的条件下,菌株Q6均能高效降解苯胺,且氯化铵可作为最优共代谢氮源促进菌株对苯胺的降解。最适条件33 ℃、pH 7和接种量10%,该菌株对不同初始浓度(200~3000 mg·L-1)苯胺的降解率均可达95.0%以上,降解苯胺过程呈现一级和零级动力学关系。Q6生长过程符合Haldane方程,其最大比生长速率μmax为0.130 h-1,半饱和常数Ks为190 mg·L-1,抑制常数Ki为8497 mg·L-1。研究表明,菌株Q6在处理含高浓度苯胺工业废水方面具有独特潜力。

    • CL-20废水处理组合工艺的开发及应用

      2022, 30(10):980-987. DOI: 10.11943/CJEM2022135

      摘要 (283) HTML (189) PDF 1.24 M (5293) 评论 (0) 收藏

      摘要:典型第三代含能材料六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)特殊的多环笼状结构,使其生产过程会伴随着高浓度的有机溶剂,具有较大的生物毒性,为解决CL-20投产所造成严重的污染排放问题,研究通过内电解-碱解-生物处理组合工艺,采用零价铁还原硝基化合物、碱解分解乙酸乙酯和氯仿成为小分子有机酸的预处理工艺,利用厌氧-好氧生物组合工艺去除废水中的有机污染物。结果表明内电解工段可完全去除废水中的CL-20,反应最佳pH值为2。在pH值和停留时间分别为11和4 h的最优碱解工艺参数条件下,废水中的乙酸乙酯和氯仿的去除率分别达到(99.4±0.1)%和(95.4±0.9)%。经内电解-碱解预处理废水的可生化性得到显著提高,上流式厌氧污泥反应器(UASB)-曝气生物滤池(BAF)组合生物工艺最终出水化学需氧量(COD)可降至300 mg·L-1以下,表明“内电解-碱解-UASB-BAF”组合工艺具有良好的运行稳定性。

    • 不饱和聚酯包覆层流动及浇注的仿真模拟

      2022, 30(11):1106-1127. DOI: 10.11943/CJEM2022045

      摘要 (371) HTML (214) PDF 6.01 M (8364) 评论 (0) 收藏

      摘要:固体火箭发动机技术的发展对现有的包覆层生产技术提出了新的挑战,采用热固性树脂作为基体,结合连续自动化包覆技术,可快速得到成型完整、性能优异的包覆层,是近年来较为热门的包覆层生产方法。本研究分析了不饱和聚酯(UPR)包覆层的流动性和浇注条件,通过在Fontana-Kiuna模型基础上引入指数函数,得到匹配的化学流变模型,建立了UPR固化时粘度与时间、温度的函数关系,得到了适合包覆层浇注操作的温度;以Bird-Carreau幂律方程建立UPR流体的本构方程,使用Polyflow软件在前述温度下对恒速模式和恒压模式下UPR包覆层的浇注过程进行模拟,分析了浇注速率、浇注压力对充填完整性的影响,预测了包覆层的填充体积分数分布、流动速率分布和熔接线位置。结果表明,为了保证UPR包覆层浇注完整,浇注温度应该在35 ℃以下,浇注压力应大于1 MPa,入口流速应大于150 mm3·s-1且小于175 mm3·s-1

    • B-GAP基推进剂药浆流变特性和固化动力学研究

      2022, 30(11):1083-1089. DOI: 10.11943/CJEM2021324

      摘要 (373) HTML (200) PDF 845.04 K (6162) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究支化聚叠氮缩水甘油醚(B-GAP)基推进剂的流变特性和固化反应过程,采用流变学研究方法对药浆进行了测试,研究了在50,55,60 ℃和65 ℃下药浆粘度随剪切速率及其模量随时间的变化规律。研究结果表明:B-GAP基推进剂药浆具有剪切变稀特性,属于假塑性非牛顿流体;推进剂药浆固化反应速率随着固化反应的进行而增加,在固化度为0.3时达到最大值,之后反应速率开始减小直至为零;温度对于推进剂固化反应动力学有较大影响,在一定温度范围内,固化反应速率峰值随着温度的升高而增加,储能模量最大值随着温度的升高而减小;基于幂律方程和Arrhenius方程计算得到了B-GAP药浆的本构方程和固化反应动力学方程。

    • 枪弹底火瞬态火焰温度测试及其图像

      2022, 30(12):1266-1271. DOI: 10.11943/CJEM2022120

      摘要 (242) HTML (199) PDF 1.76 M (5930) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了评估某类枪弹底火的输出特性,针对底火输出火焰温度难以测量的特点,提出了在开放式爆发器内进行枪弹底火击发实验,并利用高速中波红外热像仪捕获底火击发全过程。利用落锤仪赋予枪弹底火相应的初始击发能量,同时触发红外热像仪采集火焰信息。对常温(25 ℃)、高温(50 ℃)、低温(-49 ℃)3种工况的枪弹底火实验数据和红外图像进行处理,结果表明:此类枪弹底火的输出火焰温度最高可达1204 ℃,火焰持续时间为3~4 ms;火焰随时间的变化过程可分为击发、扩散、成型、消散4个阶段,成型火焰的焰头和焰尾为高温区域。结合公式计算和软件校正,实验测量误差不超过6.6%,证明了该方法的可靠性,为评估枪弹底火的输出能量特性提供了新思路。

    • 高通量计算与深度学习相结合的稠环含能化合物设计

      2022, 30(12):1226-1236. DOI: 10.11943/CJEM2022088

      摘要 (580) HTML (275) PDF 1.55 M (5310) 评论 (0) 收藏

      摘要:含能化合物的设计效率决取于多方面因素,如筛选空间中潜在高性能样本的占比和关键性能的准确预测方法。本研究提出预筛选分子骨架提升虚拟筛选空间整体性能的方案,并将高通量计算与深度学习相结合用于含能化合物设计。研究发现,含能分子的晶体密度与其骨架密度之间存在中度的正相关性,通过预筛选高密度分子骨架可以有效提升虚拟筛选空间的整体密度。研究基于晶体学数据库CCDC提供的含能晶体密度数据集,采用深度学习方法获得含能晶体的密度预测模型,具有可靠的精度和泛化性。在此基础上,以稠环类含能化合物为研究对象,通过骨架预筛选获得高密度的稠环分子骨架,从而通过分子片段组装获得由潜在的高密度分子组成的虚拟筛选空间。研究采用量子化学计算和爆轰产物状态方程等方法实现了生成焓、爆轰性能和化学稳定性的预测,从而由性能排序筛选出能量水平优于RDX,稳定性优于TNT的新型含能分子6个。研究表明,分子骨架预筛选可以有效提升虚拟筛选空间的总体性能,在此基础上借助高通量计算与深度学习可实现含能分子的高效设计。

富氮杂环含能化合物的创制

年第卷第

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