• 主管:中国科学技术协会

    主编:魏 卫

    ISSN 1007-7812

     
  • 主办:中国兵工学会与中国兵器工业第204研究所共同

    出版:《火炸药学报》 编辑部

    CN 61-1310/TJ

过刊目录

  • 2018年, 第41卷, 第3期      刊出日期:2018-06-29
      
  • 全选
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  • 王彬, 周彦水, 吴敏杰, 李普瑞, 李亚南, 王伯周
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    综述了3-氨基-4-偕氨肟基呋咱(AAOF)的几种典型合成方法;基于AAOF分子结构中氨基、偕氨肟基的反应活性,可合成3,4-双(4’-氨基呋咱-3’-基)氧化呋咱(DATF)、3,4-双(4’-硝基呋咱-3’-基)氧化呋咱(DNTF)、3,4-双(4’-叠氮基呋咱-3’-基)氧化呋咱(DAZTF)、呋咱胺含能化合物、呋咱醚(FOF-2、FOF-13、BFFO、TFO)等典型含能化合物。系统介绍了上述8大系列30种高含能化合物的合成技术途径及主要的物化性能,有望在高能炸药、高能推进剂等领域得到应用。附参考文献56篇。
  • 李蓉, 甘强, 于谦, 程年寿, 冯长根
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    为了研究在真空和溶剂二甲基亚砜(DMSO)条件下,1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)的晶体生长形貌,采用分子动力学模拟方法构建了LLM-105在DMSO溶剂中“双层结构”模型,采用平衡形态法和晶体生长法预测了真空中LLM-105的晶体形貌,通过修正附着能分析了DMSO环境下LLM-105的主要控制晶面及其生长速率;通过径向分布函数和晶面结构分析不同晶面与DMSO之间的相互作用;分析了LLM-105粒子的成核能垒。结果表明,LLM-105晶体的4个主要生长晶面为(0 1 1)、(0 2 0)、(1 1 0)和(1 0 -1),其中(0 2 0)、(0 1 1)晶面为控制晶面;加入溶剂DMSO后,修正附着能分析得出溶剂中4个晶面附着能远小于真空条件下,说明选择合适的极性溶剂有助于抑制爆发式成核,控制LLM-105的晶体形貌,其中(0 1 1)晶面线性生长速率最小;径向分布函数和晶面结构分析表明,DMSO中H原子与LLM-105(0 1 1)晶面中N原子之间具有较强的氢键和范德华力相互作用;扩散系数分析表明,修正附着能随溶剂扩散系数的增大而减小,溶剂DMSO在(0 1 1)晶面上扩散系数最大,导致该晶面成核能垒高,不容易聚集成核。
  • A. A. Boriaev
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    The effect of liquid-phase oxidation impurities on the solubility of water in hydrocarbon fuels was studied. The results show that the concentration of polar surfactant molecules in the first region increases (true solution) during fuel oxidation, and since the oxidation groups (-COOH, -O=O, -OH, etc.) have similar dipole moment μ, the dielectric loss tangent tan δ increases linearly in this region with surfactant concentration. Upon further oxidation, micelle structures begin to form at a certain point. Micelle formation leads to a sharp decrease in the dipole moment attributable to the monomer unit μ/n, where n is the number of molecules in a micelle. A several-fold decrease in the dipole moment leads to a sharp drop in tan δ. Upon further increase in the number and size of micelles, the dipole moment remains practically unchanged, and the dielectric loss tangent begins to increase linearly again with surfactant concentration. If the critical concentration for micelle formation is achieved upon further oxidation of hydrocarbon liquids, micelle formation processes occur spontaneously in the solution, and the true solution becomes a colloidal system (sol). The resulting micelles are structured with hydrocarbon radicals of molecules toward the outside and hydrophilic (polar) groups toward the inside. Water molecules are located inside micelles and held so securely that water molecules do not aggregate as temperature decreases. The reason for significant differences in the equilibrium solubility of water in hydrocarbon fuels is the different oxidation factors of product samples, resulting from the accumulation of various concentrations of oxidation products, which are natural surfactants, in hydrocarbon fuels.
  • 王可, 刘宁, 武宗凯, 付小龙, 李焕, 舒远杰, 李军强, 庞维强
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    基于密度泛函理论,在B3LYP/6-311g(d,p)水平下,设计了3组新型呋咱并哒嗪基稠环化合物,对其结构和性能进行研究,并使用Kamlet-Jacobs计算其爆轰性能。结果表明,A组和B组化合物具有较好的共面性并且二面角变化范围为±5°,但C组化合物由于更多官能团间的排电子效应使得其共面性被严重损害;另外,与RDX和HMX相比,所有设计化合物均具有较高的密度(1.896~2.153 g/cm3)、爆速(8.55~9.98 km/s)和爆压(33.70~48.90 GPa);随所含硝基官能团数目的增加,对应化合物的密度、爆轰性能(N3取代化合物爆轰性能变化趋势相反),比冲和撞击感度逐渐增加,但其生成焓、键离解能、带宽和电火花感度逐渐减小(N3.取代化合物的生成焓和电火花感度变化趋势相反);另外,这些官能团降低分子稳定性的顺序为:-ONO2 > -C(NO23 > -CF(NO22 > -NO2 > -N3;NO2取代(A1,B1和C1)和CF(NO22取代(A3)4种稠环化合物有潜力成为高能密度材料。
  • 陈腾, 李强, 郭双峰, 郝嘎子, 肖磊, 柯香, 高寒, 赵刘明, 李铎, 姜炜
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    以聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为含能骨架,六亚甲基二异氰酸酯(HDI)为交联剂,采用溶胶-凝胶法结合真空冷冻干燥技术,制备了CL-20质量分数分别为25%、45%、60%的GAP-HDI/CL-20纳米复合含能材料。利用SEM、Raman、FT-IR对其结构和形貌进行了表征;利用DTA对其热分解特性进行了研究;根据不同升温速率下的DTA曲线测试结果对所制备样品的热分解动力学参数、热力学参数和热爆炸临界温度进行了计算。结果表明,CL-20粒子成功负载到了GAP-HDI凝胶骨架中,形貌由棱柱状转变为类球形,且粒径为纳米级;GAP-HDI/CL-20纳米复合含能材料的初始热分解峰温较原料CL-20均有所提前;CL-20质量分数分别为25%、45%、60%的GAP-HDI/CL-20纳米复合含能材料在高温热分解阶段表观活化能分别为224.9、228.9、231.7 kJ/mol,与原料CL-20相比,分别降低了28.4、24.4和21.6 kJ/mol,说明纳米复合粒子的热分解活性得以提高;GAP-HDI/L-20纳米复合含能材料的热力学参数和热爆炸临界温度均随着CL-20含量的增加而增大。
  • 崔子祥, 冯雅楠, 范杰, 赵凤起, 薛永强, 肖立柏
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    以二氯乙二肟、叠氮化钠、盐酸羟胺和三氯化钛等为原料,合成了1,1’-二羟基-5,5’-联四唑钛盐(Ti-BHT)燃烧催化剂。利用差示扫描量热法和热重法研究了不同升温速率下Ti-BHT金属盐的热分解过程,获得了热分解动力学参数和热分解机理函数;用Ozawa法和Kissinger法计算了热分解动力学参数,进而计算出自加速分解温度、热爆炸临界温度和热力学参数;用微量热法测定了Ti-BHT的比热容。结果表明,Ti-BHT 的活化能Ek为143.49 kJ/mol,指前因子Ak为1.23×1013 s-1,热分解属于n=3的随机成核和随后生长机理;自加速分解温度TSADT为466.21 K,临界爆炸温度Tbpo为505.42 K,热分解活化自由能ΔG为142.74 kJ/mol,活化焓ΔH为139.41 kJ/mol,活化熵ΔS为-6.78 J/(mol·K);Ti-BHT在298.15 K的标准摩尔比热容为800.51 J/(mol·K);摩擦爆炸概率为20%,特性落高大于125.9 cm,说明其机械感度较低,具有较好的安全性能。
  • 张翔, 黄振亚, 潘胜, 胡向明, 徐军, 白玉奇
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    采用钛酸四乙酯、异丙醇铝、硅酸四甲酯为交联剂制备了新型硝化棉凝胶,通过溶解实验和控制变量实验验证了硝化棉凝胶的生成及其交联反应的活性点,用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)表征了凝胶的化学结构,用数字显微镜观察了凝胶的形貌,通过干燥实验表征了凝胶的载液性能,采用热重分析仪(TG)和差示扫描量热仪(DSC)分析了凝胶的热稳定性能。结果表明,3种交联剂能与硝化棉反应生成凝胶;交联剂与未酯化羟基发生酯交换反应;钛酸四乙酯、异丙醇铝硝化棉凝胶胶囊发育良好,具有较强的载液性能;与纯硝化棉相比,有机钛硝化棉凝胶第一分解放热峰温度提前54.3℃;有机硅硝化棉凝胶的放热峰温度基本无变化;有机铝硝化棉凝胶起始热分解温度提高8.7℃。
  • 王毅, 宋小兰, 赵珊珊, 李凤生
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    采用机械球磨法制备了平均粒径为93.2 nm的奥克托金/六硝基茋(HMX/HNS)纳米共/混晶炸药;用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)对样品进行了表征;采用DSC及 DSC-IR分析了其热分解性能,并进行了机械感度测试。结果表明,球磨后炸药的微观形貌呈类球形,粒度呈正态分布;机械球磨作用并未改变炸药原有的分子结构和表面元素,但XRD测试结果表明球磨后的HMX/HNS有新晶相生成;HMX/HNS的热分解活化能为328.7 kJ/mol,较原料HMX和HNS分别高45.09和125 kJ/mol,说明HMX/HNS具有更好的热稳定性;HMX/HNS热分解的主要产物为CO2和N2O,并有少量的NO和H2O;特性落高(H50)大于90 cm,摩擦感度爆炸百分比(P)为8%,机械感度低于HMX和HNS,显示HMX/HNS具有良好的安全性。
  • 姚二岗, 仪建华, 董平, 赵凤起, 谢五喜, 杨宗伟, 徐司雨, 孙志华
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    采用X射线单晶衍射表征了新型18-冠-6/二硝酰胺铵含能共晶(18-Crown-6/ADN)氧化剂晶体的结构;采用氧弹式量热计测定了其燃烧热并获得其标准摩尔生成焓(ΔfHmθ);采用最小自由能法计算了18-Crown-6/ADN对3,3-二叠氮甲基氧丁环与四氢呋喃共聚醚(BAMO-THF)推进剂能量性能的影响。结果表明,18-Crown-6/ADN晶体属于单斜晶系,C2/c空间群,晶胞参数:a=2.393 5 nm、b=0.863 27 nm、c=2.032 4 nm;α=90°、β=112.874°、γ=90°;18-Crown-6/AND的ΔfHmθ为-(833.57±4.89) kJ/mol,其取代配方中的AP、HMX、ADN或CL-20后推进剂的理论比冲(Isp)最低;含18-Crown-6/ADN的BAMO-THF推进剂中加入部分高能组分(如CL-20、HMX)可提高其能量性能;能量计算表明,BAMO-THF/A3、Al、AP、(18-Crown-6/ADN)/CL-20/HMX的质量分数分别为25%、18%、15%、42%,18-Crown-6/ADN、CL-20和HMX的质量比约3∶4∶3时,配方的Isp约2 550 N·s/kg,燃烧室温度约2 900 K,燃气平均相对分子质量约24.50,特征速度约1 540 m/s。
  • 刘晋湘, 梁蓓, 朱立勋, 张宁, 闫卓
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    分别以两种Ⅰ类高氯酸铵(AP)为氧化剂,采用立式混合及真空喷淋浇注工艺制备了两种丁羟推进剂(HTPB);采用扫描电镜(SEM)研究了AP的微观形貌及HTPB推进剂的拉伸断面;探讨了推进剂在拉伸过程中的破坏机理;考察了不同形貌的AP在常温(20℃)和低温(-40℃)下对HTPB推进剂单向拉伸力学性能的影响。结果表明,有初始微观形貌缺陷的Ⅰ类AP局部有微裂纹或明显的突出点,且该类AP所制备的推进剂“脱湿”现象严重;拉伸断面出现AP的穿晶断裂现象,使得推进剂在常温(20℃)下的抗拉强度由0.99 MPa降至0.88 MPa,延伸率由48.2%降至36.6%;低温(-40℃)下的抗拉强度由2.86 MPa降至2.32 MPa,延伸率由62.5%降至23.5%。
  • 屈蓓, 潘清, 唐秋凡, 齐晓飞, 蔚红建, 李吉祯
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    针对硝酸酯增塑聚醚(NEPE)推进剂中硝酸酯迁移扩散影响装药服役寿命的问题,采用分子动力学模拟与液相色谱实验相结合,开展硝酸酯(NG/BTTN)在NEPE推进剂中扩散机理及扩散系数的理论计算研究,并探讨了温度对NG和BTTN在NEPE推进剂中扩散行为的影响。结果表明,NG/PEG体系中NG分子的空间位置对初始位置的偏离程度相比于BTTN/PEG体系中BTTN分子较大,且BTTN分子在两个温度条件下的扩散系数均小于NG分子;实验计算的NG和BTTN在55℃和65℃下扩散系数的数量级与分子动力学模拟计算结果相同,通过模拟计算得到两种温度下NG分子在共混体系中的扩散系数分别为3.42×10-13 m2/s(65℃)和4.81×10-14 m2/s(55℃),BTTN分子在共混体系中的扩散系数分别为2.93×10-13 m2/s(65℃)和4.25×10-14 m2/s(55℃);随温度升高,硝酸酯分子的扩散系数增大,即迁移性增大,这与分子动力学模拟结果一致。
  • 唐婧, 常双君, 滕学锋, 闫伟, 张行
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    为研究高燃速推进剂改铵铜(GATo)的热安全性,采用差示扫描量热(DSC)法和热重(TG)法分析了GATo推进剂的热分解过程,计算了其热分解活化能(Ea)、指前因子(A)、分解温度(te0)、热爆炸临界温度(t0)及热力学参数,并测试了压伸成型管状GATo及含溶剂GATo推进剂药浆的5 s延滞期爆发点及热爆发反应参数。结果表明,采用Kissinger法计算得到GATo推进剂的热分解活化能为139.1 kJ/mol,指前因子为7.5×1015 s-1,分解温度为172.0 ℃;根据Hu-Zhao-Gao法计算得到GATo推进剂的热爆炸临界温度为182.8 ℃,低于RDX-CMDB推进剂GHT及GHQ;在升温速率为10 ℃/min时,GATo推进剂分解峰值温度的活化自由能(ΔG)为113.8 kJ/mol,活化焓(ΔH)为135.3 kJ/mol,活化熵(ΔS)为29.7 J/(K·mol)-1;压伸成型管状GATo与含溶剂GATo药浆的5 s延滞期爆发点分别为231和234 ℃,热爆发分解反应活化能分别为112和132 kJ/mol,表明溶剂对其热爆发分解反应活化能有较大影响。
  • 周国安, 马宏昊, 沈兆武, 杨明, 黄泽春, 胡立鹏
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    以黏土颗粒为惰性添加剂制备出一种新型乳化炸药;采用探针法和铅柱压缩法分别测得该新型乳化炸药的爆速及猛度,并对黏土颗粒降低乳化炸药爆速的机理进行分析;通过水下爆炸试验测得不同配方的水下爆炸参数。结果表明,当黏土颗粒和玻璃微球质量分数分别在0~20%和5%~15%时,新型乳化炸药的爆速为2 815~4 420 m/s,猛度为7.9~18.9 mm;通过实验结果拟合得到新型乳化炸药爆速、猛度的经验公式分别为:D=4 923.1-9 930a-2 980b(m/s)、Δh=23.3-74a-20b(mm),其中,a、b分别为新型乳化炸药中玻璃微球和黏土颗粒的质量分数;水下爆炸实验结果表明,黏土颗粒含量对水下爆轰参数有着显著影响,当其质量分数达20%时,新型乳化炸药的峰值压力、冲击波冲量、比冲击波能、比气泡能和总能量相比传统乳化炸药分别下降了33.34%、13.19%、67.67%、71.73%和70.96%。
  • 宋浦, 肖川, 杨磊, 葛忠学
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    针对近年来新发现的典型高能物质特点进行了分类和性能总结,通过炸药类高能物质的能量特征研究了高功率密度能量的输出特性,得到了能量密度与能流密度的输出差异;从作用时间及空间特征尺寸角度重新认识了常规高能物质的高功率密度特性,并对未来的发展提出了展望。结果表明,高能物质能量的高功率密度输出能够达到其他常规材料所无法比拟的量级差距,优化高能物质的装填结构和能量激发序列设计能够使相同质量炸药的爆炸输出功率差别达到1~4个数量级,能量密度差别达到1~2个数量级,能流密度差别达到1~6个数量级。
  • 李健, 张勇, 吴彦卓, 梁彦, 李泽雪
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    针对端羟基聚丁二烯(HTPB)复合固体推进剂受外力撞击爆炸问题,基于MATLAB软件开发了颗粒随机填充算法,通过在LS-DYNA平台上进行的二次开发,研究了高氯酸铵(AP)粒度对HTPB复合推进剂撞击起爆影响的数值模拟。结果表明,AP粒径为2~20 μm时,HTPB推进剂受撞击后爆炸概率最低;粒径达到330~340 μm时,受撞击后爆炸概率最高;通过细观层次研究发现,含AP颗粒的HTPB推进剂在撞击起爆前存在两次剧烈的应力应变和温度变化,通过对颗粒粒径范围在2~20 μm和330~340 μm时计算结果的比较,发现推进剂爆炸前的最大有效应变增大124%,最高温度增大13.14%;温升和应变的启动点和反应点分别加快了34.78%、10.98%和52.38%、28.57%。
  • 张乐, 王志, 许建新, 王建龙, 曹端林
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    采用反应量热仪(RC1)对二硝基脲法合成HMX各步放热过程进行测定,并分析其放热参数以及严重度;利用绝热加速量热仪(ARC)测定了中间产物的分解温度及放热速率,并进行了动力学分析。结果表明,加入尿素后反应体系立即放热,硝化反应在2s内发生,部分反应到达成熟期才完成;其余各步反应进行很快,也都在2s内发生,主要热量用于中和硫酸放热;得到的绝热温升越高,发生失控反应的严重度越高;加水的过程要在0℃下进行,加硝酸铵的过程要在10℃下进行,加尿素的合成反应温度较原工艺可以适当提高2℃,加DPT反应过程最为安全,合成反应的最高温度(MTSR)为40.8℃;经ARC测定得中间产物的相关动力学参数:活化能(Ea)为254 kJ/mol,指前因子(A)为1.26×1030s-1,反应级数(n)为0.88。
  • 宋玉江, 周涛, 沈飞, 王辉
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    通过分析方/球形双层预制破片在典型排布方式下的受力状态,并结合炸药爆轰驱动能量的释放规律,将双层破片的加速过程分为两个阶段,即冲击碰撞加速阶段和气体产物膨胀加速阶段;采用闪光X射线照相方法测量破片在冲击碰撞加速阶段的加速过程,然后结合经典Gurney公式计算出气体产物膨胀加速效果;对典型钨、钢材料的方/球形双层破片进行了试验和理论分析。结果表明,外层破片的初速均高于内层破片,其中,外、内层方形钢破片的初速比值最大,约为1.48,且外层方形破片由于受到较强拉伸波作用而出现明显破损;而外、内层球形钨破片的初速比值最小,仅为1.08,且球形破片大多为斜侧方对称受力,难以形成较强且较为集中的拉伸波,使得外层破片的完整性较好。
  • 李高春, 姜爱民, 黄卫东, 王朝轰, 王玉峰, 刘铁
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    采用扫描电镜原位拉伸试验观察固体火箭发动机粘接界面试件在拉伸过程的变形和破坏过程,分析了载荷作用下界面失效模式和机理;依据粘接界面细观结构,建立了界面的细观数值模型,考虑了其细观损伤特点,在推进剂内部颗粒与基体之间以及推进剂/衬层之间引入界面元,对界面细观变形和破坏过程进行了数值模拟。结果表明, 在外界应变5%时,表现为非均质材料内部应力分布不均,随应变的增加,推进剂内部脱湿形成的微孔洞不断扩展,最终导致界面破坏,界面拉伸失效过程表现为损伤的起裂和扩展,是推进剂内部脱湿和粘接界面脱粘共同作用的结果;界面元能有效地模拟粘接界面的脱粘过程,细观数值计算结果与试验结果吻合,正确反映了粘接界面在拉伸过程中细观损伤萌生与扩展的规律。
  • 2018,41(3): 319-319.
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    研究出一种改性硝酸脲中硝酸脲含量的测定方法,对其原理、操作、计算、数值修正作了介绍和讨论。
  • 2018,41(3): 320-321.
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    提出了一种试样无需分离,测定简便快速,称为恒温热分离称重法的测定火药包覆材料中硝化甘油含量的新方法,并应用于有机玻璃中硝化甘油浓度分布的测定。对于5mg的试样,当硝化甘油浓度为40%~1%时,5次测定的标准偏差约为0.4%.不仅可用无DTG的热天平,而且也可用其它常用热分析仪(如DTA、DSC)进行热分离,在与十万分之一的天平配合后,即能直接测定包覆材料中硝化甘油的含量。
  • 2018,41(3): 322-327.
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    叙述了核电的乏燃料后处理的各种流程和反萃还原剂,重点介绍了Purex流程和硝酸羟胺及其制法,指出了丙酮肟法制硝酸羟胺的发展前景。