为了测试新研制的CO₂相变爆炸激发药剂的安全性,依据GJB5891.22-2006 火工品药剂试验方法的第二十二部分“机械撞击感度试验”和第二十四部分“摩擦感度试验”方法,对其进行了撞击感度和摩擦感度测试,按照《危险货物运输 爆炸品的认可和分项试验方法》,开展了12m跌落试验、75℃热稳定性试验和外部火烧试验。结果表明,在1.2kg钢锤、500mm落高条件下,25发撞击感度试验爆炸概率为0; 在1.5kg钢锤、摆角100°、表压2.45MPa条件下,25发摩擦感度试验爆炸概率为0; 12m跌落试验和75℃热稳定性试验中激发药剂试样均未出现燃烧或爆炸现象,75℃热稳定性试验结束时激发药剂的温度仅比试验温度75℃高出0.5℃,表明激发药剂为热稳定性物质; 外部火烧试验结果表明,144kg激发药剂在露天敞开的条件下,仅用1min左右时间就燃烧完全,但未发生爆炸,也没有危险的迸射物射出。各试验结果均表明,激发药剂的危险感度低、安全性好,其原因在于激发药剂组分中C₂H₈N₂O₄对燃烧反应具有一定的抑制作用,精确控制其含量,可使激发药剂具有良好的燃烧性能和较高的安全性。

综述了目前国内外S-四嗪类含能化合物的研究情况,对国内外具有代表性的研究工作进行了介绍,主要分为含能有机物、含能有机盐、含能金属盐与配合物3个方面,其中有机物和有机盐研究较多,金属盐研究较少。总结了四嗪含能化合物的设计思路、应用前景和待解决的问题。对称取代的1,2,4,5-四嗪化合物是目前绝大多数工作的研究目标,设计这些化合物主要依靠四嗪环上易发生亲核取代反应的特点而引入不同的含能取代基来对整体化合物的性能进行修饰和调控。通过设计合成离子盐,利用阴阳离子间的氢键相互作用可对含能化合物的稳定性进行优化。四嗪类含能材料氮含量高、分解产物清洁,在微推力和低特征信号推进剂、汽车安全气囊气体发生剂组分、绿色起爆药等方面具有良好的应用前景。不足之处在于这些化合物的放大合成研究很少,工业化基础较薄弱,且对非对称取代的1,2,4,5-四嗪化合物研究较少,在未来需要加大这些方面的研究。附

以螺压改性双基推进剂为研究目标,系统分析国内外其在宽温范围下的热安全特性,包括单组份热安定性、双基推进剂的热安定性与化学安定剂、硝胺氧化剂及改性双基推进剂的热安定性、尺寸效应与热安定性,并对其热安定性检测技术、指标体系、典型推进剂结果及发展趋势进行了论述。指出硝化棉(NC)和硝化甘油(NG)黏合剂基体是双基和改性双基推进剂宽温下热安全薄弱点,添加硝胺氧化剂的改性双基推进剂热安定性优于双基推进剂,但是发生事故后危害程度较高; 目前螺压改性双基推进剂理论可承受温度达110℃,研究其在一定的温度条件下的热安全性能及建立相应评价方法,可以满足其相应宽温工程应用要求。指出未来螺压改性双基推进剂热安全性研究的重点方向是新型绿色安定剂应用、热安全性机理和调控方法及适用于宽温的热安全指标和评价方法的建立等方面。附

综述了国内外近十年来报道的3类新的非异氰酸酯固化体系:端环氧基-亲核基团固化体系、叠氮基-炔基固化体系和腈氧化物-烯基固化体系的研究进展。总结了预聚物和固化剂的合成方法、固化条件、交联弹性体的力学性能、玻璃化温度、热稳定性等并进行了对比分析。指出腈氧化物-烯基固化体系具有固化温度低,反应活性高,对水分不敏感等优点,应用潜力巨大。建议推进剂用固化体系的重点发展方向为加强弹性体网络结构与物化性能的关系研究、通过结构改性进一步提高弹性体的力学性能以及发展便捷高效的新型固化方法。附

为寻找一种安全性能良好的熔铸液相载体炸药,以间溴苯甲醚为原料,经硝化反应合成了2,4,6-三硝基-3-溴苯甲醚(TNBA),并采用红外光谱、核磁共振和元素分析等手段对其进行了结构表征; 培养了TNBA的单晶,采用X-射线单晶衍射法研究了其晶体结构; 采用差示扫描量热与实验测试方法研究了TNBA的热分解行为与安全性能; 利用EXPLO5程序对比分析了TNT与TNBA分别作为液相载体时混合炸药的能量性能。结果表明,TNBA的收率为95.7%,其属于单斜晶系,空间点群P2(1)/c,密度为2.034g/cm³(150K); 熔点为102.83℃、分解峰温为280.33℃和294.33℃(升温速率10K/min),撞击感度为12%、摩擦感度为8%、特性落高为51.0cm; 能量性能计算结果证实TNBA基熔铸炸药具有和TNT基熔铸炸药相当的爆轰性能。

为了研究温度对六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)在乙酸乙酯/三氯甲烷体系中结晶时晶体形貌的影响,采用分子动力学模拟方法,使用修正后附着能模型计算了CL-20晶体能量和晶习,对比了不同温度(293、303、313、323、333K)下CL-20晶体形貌模拟结果与实验结果。结果表明,温度可以显著改变CL-20晶体形貌; 随着温度升高,CL-20晶体形貌趋于非球形化,293K下可以获得球形化程度更好的CL-20晶体; 温度对不同晶面影响程度不同,(2 0 0)、(0 1 1)、(2 0 -1)晶面生长易被温度影响,附着能绝对值较大,晶面生长速率快,在CL-20晶体表面面积占比减小,最终在CL-20晶体中无法保留; 当温度为333K时,对(2 0 -1)晶面的附着能影响较大,最终使该晶面在CL-20形貌中显露。

为研究结晶溶剂在二硝酰胺铵结晶过程中对晶体成核与生长、溶解度、吸湿性的主要影响,基于标准溶解焓理论模拟计算了不同溶剂环境下的晶体成核速率,基于修正附着能模型模拟计算了不同溶剂环境下的晶体形貌特征,并根据吸湿性较低的晶面面积占总晶面面积的比例分析溶剂效应对二硝酰胺铵吸湿性的影响。结果表明,二硝酰胺铵在不同溶剂下的晶体成核速率关系为:环己烷>甲苯>磷酸三丁酯>二氯甲烷>正丁醇>乙腈>γ-丁内酯>异丙醇>乙醇>甲醇>丙酮>二甲基亚砜>水; 标准溶解焓与溶解度呈现线性关系; 在不同溶剂下的二硝酰胺铵的晶体形貌计算为棱柱状或板片状; 计算分析可知,二硝酰胺铵在非极性溶剂中结晶后的吸湿性较低,而在极性溶剂中结晶后的吸湿性较高。

在4种1,3,4-噁二唑联呋咱分子骨架上引入三硝基甲基、氟代偕二硝基、硝基及硝氨基等含能基团,设计了5类共10种含能化合物; 采用密度泛函方法B3LPY/6-31G(d, p)基组,研究了化合物的物化性能、爆轰性能(密度、生成焓、氧平衡、爆速、爆压)与安全性能(静电势分布和键解离能)间的构效关系。结果表明,三硝基甲基及氟代偕二硝基可大大改善呋咱衍生物的爆轰性能,而联四芳环的1,3,4-噁二唑联呋咱的共轭母体骨架可有效提高致爆基团中C—NO₂的键离解能,是设计高能不敏感含能化合物的有效方法; 其中,3,3'-二(5-三硝基甲基-1,3,4-噁二唑)-4,4'-偶氮呋咱(E-1)密度为1.969g/cm³,爆速达9130m/s,爆压为38.82GPa,最弱键(C—NO₂)键离解能为131.57kJ/mol,表现出优异的综合性能。

为拓展含能材料在聚光加热下点火和燃烧特性的实验方法,探究了燃烧反应过程中的物种变化及化学反应,基于聚光点火平台,采用高速摄影、化学发光、激光诱导荧光的方法,研究了聚光点火前后RDX反应的自发光过程、NO化学发光信号变化和RDX火焰内部OH自由基的二维浓度分布。结果表明,RDX聚光点火和反应过程分为4个阶段,分别为吸热、蒸发热解、点火和反应结束; 整个反应过程的点火延迟时间为16.735s,燃烧持续时间为355ms,而高延迟的原因是由于聚光点火能量较低所致; NO化学发光显示,NO的产生存在明显的两阶段生成过程,且NO的生成受RDX蒸气和HCN、NO₂多种分解产物影响; OH的高浓度区主要分布于火焰的中部两翼,可由NO反应而产生。

为探究石墨双炔(GDY)对RDX热分解性能的影响,采用液相法制备出GDY,对其进行扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X光电子能谱(XPS)、热重(TG)、红外(IR)表征; 采用物理混合法将不同质量分数的GDY与环三亚甲基三硝胺(RDX)复合,用差示扫描量热仪(DSC)测试其热行为,并用Kissinger和Ozawa法进行动力学计算; 用热重/红外/质谱联用仪(TG/IR/MS)研究GDY质量分数为5%的复合样品的热分解机理; 根据GJB772A-97,采用DSC法进行相容性分析; 从热分解峰温和活化能角度,比较了不同炭材料对RDX热分解的影响。结果表明,升温速率10℃/min、GDY质量分数为5%时,RDX热分解峰温升高2.97℃,活化能降低10.75kJ/mol; TG/IR/MS研究表明,加入GDY后,主要气体产物种类没有发生改变,但是CH₂O和N₂O气体产物在较低的温度下即会产生,表明GDY的加入能够促进C—N键的断裂,从而促进RDX的热分解; 相容性测试表明GDY与RDX不相容; 相比纯RDX,石墨烯和多壁碳纳米管(CNT)使RDX的热分解活化能分别降低59.76kJ/mol和25.6kJ/mol,降低程度高于GDY,而富勒烯(C₆₀)则使RDX的活化能升高37.17kJ/mol。

为了研究六硝基六氮杂异伍兹烷/环三亚甲基三硝胺(CL-20/RDX)共晶炸药的性能,采用喷雾干燥法制备了质量比为1:1的CL-20/RDX共晶炸药; 通过扫描电镜(SEM)观察了共晶炸药的形貌; 采用粉末X-射线衍射法与红外光谱法测试了共晶炸药的结构; 采用差示扫描量热法(DSC)测试了共晶炸药的热性能; 通过感度实验分别测试了共晶炸药的撞击感度与摩擦感度。结果表明,CL-20/RDX共晶呈球形,粒径在1～5μm; CL-20/RDX共晶的衍射图与CL-20和RDX的衍射图均不完全相同,衍射峰有明显的位移; CL-20/RDX共晶炸药的热分解温度为222.8℃,比CL-20低30℃左右,比RDX低20℃左右,说明共晶的生成对其热性能有较大影响; CL-20/RDX共晶炸药的撞击感度为76%,特性落高为26.9cm,摩擦感度为64%,其机械感度较CL-20有大幅降低,表明共晶炸药的感度显著降低,安全性能得到明显提高,进一步说明共晶在含能材料改性和降感方面的优势。

为了提高六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)的安全性,采用水溶液-悬浮法将FOX-7、微晶蜡包覆在CL-20表面,制备了4种包覆样品; 采用扫描电子显微镜法(SEM)、X-射线衍射法(XRD)、傅里叶变换红外光谱法(FTIR)、X射线光电子能谱法(XPS)、差示扫描量热法(DSC)、感度测试法对其微观形貌、晶型、结合方式、包覆效果、耐热性、摩擦感度进行了系统测试分析。结果表明,4种包覆样品均为物理复合,CL-20晶型未发生改变,其中水悬浮法制得的CL-20/FOX-7混合物与机械混合物相比,CL-20表面存在更多的FOX-7粒子,其包覆率为49.83%,热分解峰温为242.79℃,摩擦感度的临界载荷为168N; 在混合物中加入微晶蜡后,复合粒子呈类球形,CL-20晶体几乎无外露,但微晶蜡加入的方式对复合粒子性能有较大影响,蜡外包样品的包覆率为64.73%,热分解峰温244.98℃,摩擦感度的临界载荷为360N,较蜡内包样品包覆率提升了5.03%,热分解峰温提升了2.31℃,摩擦感度的临界载荷提升了144N。表明采用FOX-7、微晶蜡可共同对CL-20进行包覆改性,且蜡外包的样品综合性能最好。

采用静电纺丝法制备了NC/GAPE/CL-20含能复合纤维,并用SEM、EDS、XRD、IR、XPS和BET分析对复合纤维的形貌和结构进行了表征; 采用DSC对复合纤维进行了热分析,并用TG-MS测试了复合纤维的热分解产物; 测试了样品的机械感度并计算了其能量性能。结果表明,黏结体系NC/GAPE与炸药CL-20结合良好,复合纤维的平均直径为620nm,比表面积为5.2648m²/g; 纤维的表面元素和分子结构与原料一致,没有新化学键生成; 复合纤维中CL-20的晶型发生了改变,从ε-CL-20转变为β-CL-20。DSC分析的结果表明,复合纤维的热分解活化能为216.03kJ/mol,比CL-20升高了22.47kJ/mol; TG-MS测试结果表明,复合纤维的热失重过程较为集中,主要分解产物为N₂、CO、NO和H₂O,同时也有少量CO₂、CH₄、N₂O、H₂生成; 感度测试结果表明,与原料CL-20相比,复合纤维具有更低的撞击感度和摩擦感度; 在能量性能方面,复合纤维的爆速为9365m/s,与原料CL-20相近; 复合纤维的爆热为6027kJ/kg,低于原料CL-20的6158kJ/kg; 复合纤维的标准比冲和特征速度分别为2573.7N·s/kg和1631.5m/s,略低于原料CL-20的2673.8N·s/kg和1638.6m/s。表明此含能复合纤维具有较高的能量性能和较低的机械感度。

为了研究MgH₂对典型含能材料点火燃烧性能的影响规律,采用激光点火和高速摄影可视化技术对MgH₂与RDX等5种含能材料的混合物进行了点火延迟时间和火焰传播速度的测试与计算。结果表明,MgH₂的质量分数为50%和11.1%时对于提高RDX点火燃烧性能的效果最佳; 质量分数11.1%的MgH₂最有利于HMX点火燃烧性能的改善; 对于CL-20,添加质量分数20%～33.3%的MgH₂可显著提升其火焰传播速度,但是当MgH₂的质量分数为50%和11.1%时混合物的点火延迟时间更短; FOX-7和ADN与MgH₂混合物的点火延迟时间均小于含能组分和MgH₂各自的点火延迟时间,即此类含能材料与MgH₂的点火过程具有相互促进的作用; 综合考虑FOX-7点火性能和火焰燃烧性能的提升,添加质量分数11.1%的MgH₂最为有利; MgH₂对ADN点火燃烧性能的提升与MgH₂的添加量成正比。MgH₂促进含能材料点火燃烧性能提升的原因在于MgH₂的分解产物促进了含能材料相态转变,最终促进了点火燃烧性能的提升。

为研究近地空爆冲击波流场中三波点的轨迹变化规律,基于镜像法构建三波点的几何约束,结合LAMB模型和多项式拟合法,得到了三波点的轨迹预测模型。首先,利用镜像法构造平齐于爆高的三波点的几何约束作为起始点,并计算入射角,与缩放系数相乘后作为预测模型的起始角。其次,根据三波点轨迹与起始点的几何关系构造轨迹预测方程。然后,利用不同爆高的已有三波点数据确定模型未知项参数。最后利用数值模拟结果、已有三波点数据及实爆试验数据评估模型的合理性,并同已有方法对比。结果表明,预测模型结果与实爆三波点位置更吻合,在比例爆高为0.35至1.42的工况下,预测模型在水平比例距离不大于10时输出的三波点轨迹更准确,可靠性高。

为了提高GAP微烟推进剂的力学性能,通过在GAP微烟推进剂中引入适量的PBT黏合剂进行复配,研究了增塑剂种类、增塑剂与黏合剂质量比(增塑比)、扩链剂种类及其官能度、扩链剂含量、固化剂种类以及固化参数对推进剂宽温域(-55℃～+70℃)力学性能的影响。结果表明,添加Bu-NENA增塑剂,可极大地改善推进剂的低温力学性能以及降低推进剂的玻璃化转变温度T_g,并在此基础上通过调节增塑剂与黏合剂增塑比为2.0,叠氮黏合剂/三官能度PET质量比为5:1; 采用TDI为固化剂以及固化参数R_t为1.2时,可使推进剂的T_g不大于-60℃以及在-55℃～+70℃范围内具有良好的力学性能,即在+70℃时抗拉强度大于0.50MPa,-55℃～+70℃时最大伸长率大于45%。

为了研究填料对三元乙丙橡胶(EPDM)流变性能的影响,使用毛细管流变仪测试了白炭黑、含磷阻燃剂APP与MPP,酚醛树脂(FB)4种填料对其流变性能的影响; 同时采用Bird-Carrea幂律方程表征了一种包覆层配方黏度与剪切速率和温度的关系。结果表明,填料加入后体系黏度大幅度增加,流动指数(n)明显下降; 阻燃剂APP和MPP使得基体黏度系数(K)从5.5×10⁴增至3.8×10⁵,n从0.4降低至0.27左右; 白炭黑和酚醛树脂对黏度影响最为显著,K增至3.8×10⁵,n降低至0.17左右; 虽然填料使得基体黏度急剧增大,但是可以通过增加剪切速率来降低黏度,这也是填料加入体系仍能成型加工的基础; 由于有机填料酚醛树脂本身对温度的敏感性,可通过升温降低此类体系黏度,150℃时体系黏度下降至与空白EDPM相当。

为了研究火炸药及装药燃烧转爆轰(DDT)过程及其机理,探索了一种DDT过程波速实时测量方法——微波相移测速方法,其基本原理是将DDT过程中由波阵面运动而引起的微波频率和相位的变化精确地测量出来,从而实时获得波阵面的运动速度; 阐述了测量系统的组成、标定方法、试验设计及程序等; 将该方法应用于高能硝胺发射药DDT过程,获得了DDT过程中的重要规律; 探讨了高能发射药容易发生DDT的原因。结果表明,微波相移测速方法抗干扰能力强,采样频率高,所得信息量大,弥补了传统测量技术(如电离探针技术等)的不足; 利用该方法获得了某高能硝胺发射药DDT过程中波速与位移信息,样品管爆裂前DDT过程的主要阶段及其特征数据和变化规律得到了精确的阐明,可为高孔隙率发射装药DDT控制研究提供重要的技术支撑。

为模拟并优化超多孔圆片发射药的燃烧性能,建立了一种超多孔圆片发射药的定容燃烧模型。在几何燃烧定律条件下,计算了超多孔圆片发射药的燃烧压力曲线和动态活度曲线与超多孔圆片的关系; 分析了超多孔圆片厚度、内孔孔径、燃速系数及燃烧压强指数对其燃烧性能的影响。结果表明,超多孔圆片发射药的药型结构与配方共同影响其燃烧性能; 超多孔发射药圆片厚度的增加及内孔孔径的降低可提高超多孔圆片发射药最大动态活度以及燃烧时间; 但超多孔圆片发射药药型尺寸对其燃烧性能的影响较弱; 相对而言,发射药配方燃速系数及压强指数对其燃烧影响较大,燃速系数及压力指数较大的超多孔圆片发射药的燃烧特性更优。

为评价发射药在装药环境下的敏感性,采用可控泄压法模拟发射药装药的壳体约束特征; 设计了一种可控压力的泄压部件,安装在测试弹一端,以此模拟不同拔弹力的壳体约束强度; 采用半密闭爆发器对泄压压力进行验证; 分别用泄压测试弹和标准测试弹(参比弹)对单基药和低敏感发射药进行慢烤试验,研究其对发射药慢烤响应的影响。结果表明,在半密闭爆发器实验中,在设计的10MPa和5MPa燃气压力下,泄压部件响应迅速,泄压压力响应偏差小于10%; 泄压测试弹和标准测试弹中,单基药均发生较剧烈的燃烧反应,二者响应程度差别较小; 对于低敏感发射药,在泄压测试弹中发生相对温和的燃烧反应,而在标准测试弹中发生较剧烈的燃烧反应,响应程度存在较明显的差别。

采用显微红外光谱技术测试了某双基球扁药中邻苯二甲酸二丁酯(DBP)钝感剂的质量浓度分布,并采用液相色谱法验证了结果的可靠性; 测定了某双基球扁药在71℃、28d的加速老化过程中,不同老化时间的DBP钝感剂质量浓度分布数据,并依据Fick第二定律的高斯解拟合分布曲线方程,推算出DBP钝感剂的扩散系数。结果表明,该双基球扁药中DBP钝感剂质量浓度由表及里呈指数规律下降,符合Fick第二定律的扩散模型,钝感层深度约60μm; 通过DBP钝感剂质量浓度分布函数的三重积分获得双基球扁药中DBP钝感剂的总含量,与液相色谱测定值基本一致; DBP钝感剂的扩散系数在老化过程中不是一个恒定值:在0～3d的老化初期,DBP钝感剂的扩散速率相对较快,扩散系数为1.9×10^-15m²/s; 在3～28d的老化阶段,DBP钝感剂的扩散速率显著降低,扩散系数为5.2×10^-16m²/s。