为制备分散稳定的微米1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)喷雾干燥前驱体悬浮液,采用单因素和正交试验对微米FOX-7喷雾干燥悬浮液的制备条件进行优化,研究了悬浮液固含量、搅拌速度、搅拌时间、超声功率、超声时间和温度对前驱体悬浮液中微米FOX-7分散稳定性的影响,以沉降试验和吸光度法为表征手段考察了悬浮液的分散稳定性,并讨论了影响因素对悬浮液分散状态的影响机制。结果表明,4种影响因素对悬浮液分散稳定性影响顺序从大到小依次为:搅拌速度>超声时间>搅拌时间>超声功率; 在固含量为2%～4%、搅拌速度为600r/min、搅拌时间为20min、温度为25℃,超声功率和时间分别为300W和15min的条件下,微米FOX-7在前驱体悬浮液中可实现较好的分散稳定性。

为探究主体炸药HMX的粒度对PBX(HMX)/AP复合含能材料的热分解和激光点火性能的影响,通过溶剂-非溶剂法对原料HMX和AP进行重结晶并筛分得到不同粒径分布的HMX_R和细粒度AP_R(5～20μm),进而制备含不同HMX粒度的PBX(HMX)/AP,对所得晶体和复合物分别进行SEM、DSC、DSC-IR及热分解动力学和1064nm激光点火测试。结果表明,HMX_R和AP_R的热分解表观活化能E_a和热爆炸临界温度T_b随着晶体粒度减小而减小; PBX(HMX)/AP中,HMX_RC的粒径范围为30～140μm、d₅₀为68μm、按HMX与AP零氧平衡配比的PBX(HMX_RC)/AP热性能最优,其热分解表观活化能E_a为212.78kJ/mol,比HMX_RC降低约274.44kJ/mol; 其热爆炸临界温度为197.45℃,比HMX_RC降低约76.25℃,比AP_R降低约81.63℃; 含不同HMX粒度的PBX(HMX)/AP的点火延迟时间随着HMX粒度的减小而减小,质量燃烧速率相应增大,其中零氧平衡配比的PBX(HMX_RC)/AP的激光点火性能最佳,其激光点火延迟时间为8200ms,质量燃烧速率为0.718g/(cm²·s)。表明HMX粒度范围影响传热、传质和物质间相互作用效率,进而影响点火、传火性能; 细粒度和零氧平衡及良好的黏结复合最有利于PBX(HMX)/AP中HMX与AP的协同热分解。

基于目前国内外对微流控技术相关研究,从设备和材料性能调控的角度综述了微流控技术在含能化合物合成、单质含能材料改性、复合含能材料制备中的研究进展; 并基于发展需求指出今后应重点攻克微通道堵塞问题,拓展含固体系应用; 结合流场模拟仿真,精准选择工艺参数; 进一步联合在线检测技术,建立自动化反馈调节系统实现含能材料智能化制备; 发挥高通量优势,推进微流控技术在含能材料工业化生产中的应用。附参考文献102篇。

从丁羟推进剂的燃烧波结构出发,分析了高低压下推进剂燃烧火焰结构和燃面结构的变化,并借助燃速表达式阐明气固两相的传热传质是影响燃速的重要因素。综述了HTPB、AP粒径分布、RDX和HMX粒径等对丁羟推进剂高压燃速的影响,总结了金属氧化物、二茂铁及其衍生物、纳米催化剂、碳材料及其复合物、复合燃速调节剂在燃烧性能调控方面的研究进展,并分析了高压下丁羟推进剂发生燃速突增的可能原因。最后指出今后应加强以下几方面研究:(1)研究配方对丁羟推进剂高压燃烧性能的影响,阐明燃速拐点压强的变化规律;(2)研究压强对丁羟推进剂中各个组分燃烧特性以及组分之间相互作用的影响;(3)开发新型燃速调节剂,实现对丁羟推进剂高压燃烧性能的有效调控。

为了提高端炔基反应活性,以端羟基环氧乙烷-四氢呋喃无规共聚醚(PET)为原料,通过酯化反应制备得到了端丙炔酯基环氧乙烷-四氢呋喃无规共聚醚(PTPET)。采用红外光谱、核磁、GPC与黏度测试对所得产物进行了测试与表征,基于理论计算PTPET端炔基值,并在非催化条件下制备得到聚三唑交联聚醚弹性体,对弹性体力学性能进行了初步表征。红外光谱分析表明,PTPET分子结构中端羟基吸收峰消失,同时出现丙炔酸酯基的炔基、羰基红外特征吸收峰。¹³C-NMR分析表明, PTPET谱图中与羟基相连碳原子的共振吸收峰彻底消失,出现羰基结构中碳原子的特征共振峰,PET端基酯化反应完全。PET端基酯化并未引发聚合物断链、扩链等副反应,所得PTPET较PET具有较高的黏度。室温下,R值为1时,弹性体拉伸强度为0.89MPa,断裂伸长率为189%,力学性能良好。成功制备了数均分子量4000左右、端基转化完全、理论炔值为0.425mmol/g的端丙炔酯基聚醚,并通过无催化条件下制备弹性体证实了反应活性的提高。

以3,5-二氨基-1,2,4三唑为原料,经重氮化、还原反应以及成盐反应合成一种阴阳离子2:2型含能离子盐3-氨基-5-肼基-1,2,4-三唑2,4,6-三硝基-均苯三酚盐(AHTr·TNPG)。采用X-射线单晶衍射分析、红外光谱、核磁共振谱、质谱和元素分析等对其进行结构表征和理化性能测试; 通过差示扫描量热分析技术(DSC)和热重分析技术(TG-DTG)对其热分解行为进行研究; 测试了其机械感度,并运用Gaussian 09程序和EXPLO5(V6.04)软件计算了其爆轰参数。结果表明,AHTr·TNPG属于单斜晶系,Cc空间群,晶体密度为1.807g/cm³,分解温度为174℃; 理论爆速为8475m/s,理论爆压为30.4GPa; 实测机械感度低,摩擦感度为324N,撞击感度为30J。AHTr·TNPG展现出良好的热稳定性和优异的爆轰性能,爆轰参数优于TNT和TATB,接近RDX,是一种钝感高能炸药。

为了确定钙钛矿型含能材料DAP-4的最佳制备工艺,以六水三乙烯二胺、高氯酸铵、高氯酸为原料,首先通过单因素实验确定了对DAP-4产率影响较大的因素是高氯酸体积、去离子水体积和出料温度,影响较小的因素是反应时间和反应温度。以此为基础,通过设计三因素三水平正交试验确定了最佳制备工艺,并测得各个实验条件下DAP-4颗粒的粒度、热分解性能及感度。结果表明,各因素对DAP-4产率影响的大小顺序为:高氯酸体积=出料温度>去离子水体积; 最佳制备工艺为:高氯酸体积(质量分数35%)为32.6mL(投料比为1:1:7.5),去离子水体积为125mL,出料温度为20℃,此条件下DAP-4的产率可达到95.9%; 改变高氯酸体积、去离子水体积、出料温度等条件对DAP-4的形貌和粒度影响不大,粒径分布在50～90μm之间; 不同工艺条件下合成的DAP-4样品表观活化能在175～217kJ/mol之间,撞击感度和静电感度均钝感。

为了进一步认识多重外界刺激共同作用下含能共晶的响应机理,采用基于反应力场ReaxFF的分子动力学方法结合多尺度冲击技术(MSST),研究了热和冲击波耦合作用下CL-20/TNT共晶冲击响应机理; 构建了常温CL-20/TNT共晶模型以及两个预加热CL-20/TNT共晶模型,以速度为5～9km/s的冲击波作用于常温及预加热共晶模型; 对温度变化、反应物衰减、产物生成、团簇演化等方面进行了对比分析。结果表明,预加热作用能够使得系统被更大程度地压缩,导致系统获得更高的温度,从而让反应物衰减速率更快,6km/s的冲击波作用下,50ps时未经预热的常温系统CL-20剩余98%,经500K温度预加热的系统CL-20剩余73%,经800K温度预加热的系统CL-20剩余27%,并使得系统在反应初期生成的产物种类更加丰富、数量更多。从团簇演化情况可以发现,预加热能够使得系统各个演化阶段更早出现。表明预加热能够增加冲击波对含能共晶的作用强度,这种增加作用在低速冲击波加载时更加明显。

为提高铝粉释能速率与释能效率,采用两步低温液相法制备了双层核壳结构的Al/PVDF/NiO和Al/PVDF/CuO亚稳态分子间复合物(MIC); 通过XRD和XPS分析了复合材料的晶体结构特征和表面元素组成及价态; 通过SEM和FIB-SEM分析了复合材料的微观结构特征及组分间的复合方式; 采用氧弹量热仪测试了不同MIC材料的燃烧热; 通过同步热分析量热仪(TG-DSC)研究了不同MIC材料的热反应特性。结果表明,两种MIC材料均为双层核壳结构的花球状形貌,包覆层厚度约为300nm; Al/PVDF/NiO和Al/PVDF/CuO复合物的初始氧化放热峰温分别为990℃和997℃,热反应活性明显提升; 复合物放热量大幅提升且放热更为集中; 与Al粉相比,Al/PVDF/NiO和Al/PVDF/CuO复合物的氧化反应速率和燃烧效率大幅提升,氧化反应速率分别提升了77.4%和78.5%; 燃烧效率分别是Al粉的4.4倍和5.1倍,证明双层核壳结构能够最大程度地提高MIC材料的热反应活性,使放热反应过程更加集中,有助于提升热反应速率和反应效率。

为改善AP的吸湿性和热分解性能,基于多巴胺氧化自聚合原理,采用原位包覆法将聚多巴胺(PDA)包覆于AP表面,然后利用PDA的强黏附性,使纳米Fe₂O₃均匀吸附于AP/PDA复合物表面,获得了AP/PDA/Fe₂O₃复合物; 利用粒度分析仪、扫描电镜-能谱仪(SEM-EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)等分析了改性前后AP粒度、形貌及表面元素组成; 采用增重法和接触角测试对改性前后AP的吸湿性能进行了测试,并采用差示扫描量热法(DSC)对改性前后AP的热分解性能进行研究。结果表明,PDA能均匀沉积于AP表面,包覆效果较好,且包覆前后粒度基本没有变化; 加入纳米Fe₂O₃能均匀附着在AP/PDA的表面; AP/PDA/Fe₂O₃复合物的吸湿率为0.16%,接触角达到41.8°; 与AP相比,该复合物的高温分解峰温提前了48.5℃,放热量提高1倍,表观活化能由209.5kJ/mol降至128.8kJ/mol,降低约24.2%。表明该复合物具有良好的防吸湿性和热分解性能,有望应用于固体推进剂中以改善其燃烧性能。

为了探索水溶性酚醛树脂(WSPR)适用于聚合物黏结炸药(PBX)黏结剂的可能性,首先采用研磨法、水悬浮法、溶于丙酮后水析出法和溶于丙酮后直接干燥法处理纯RDX; 然后通过6种包覆方法(干法研磨、湿法研磨、直接法、水悬浮法、均相相溶法、溶剂-非溶剂法)使WSPR与RDX混合,通过扫描电镜、红外光谱、差示扫描量热仪和热重测试仪研究包覆方法和WSPR对RDX形貌结构以及热稳定性的影响。结果表明,包覆方法只改变RDX粒径,不改变晶体结构和热解过程; PBX粒径减小,WSPR成功包覆RDX的同时没有改变其晶体结构; 热解峰温和热重曲线表明,WSPR随不同包覆方法促进或抑制RDX的热解过程:经干法研磨、湿法研磨得到的PBX热解峰温减小10～15℃,经溶剂-非溶剂法得到的PBX热解峰温减小1～3℃,均促进了RDX的热解; 经直接法和均相相溶法得到的PBX热解峰温分别减小1～3℃和2～6℃,均抑制了RDX的热解; 水悬浮法则可通过WSPR溶液稀释程度来抑制或促进RDX的热解。因此WSPR可在PBX中用作黏结剂。

为探索金属氢化物在固体火箭推进剂中的应用可能性,通过差示扫描量热法(DSC)、热烤爆法、动态测压热分析法(DPTA)研究了AlH₃与MgH₂对高氯酸铵(AP)热分解性能的影响规律。DSC结果表明,AlH₃与MgH₂对AP的高温放热分解过程有显著的促进作用,使AP的分解温度提前近50℃; 热烤爆法研究AlH₃/AP和MgH₂/AP混合体系的热感度发现,AlH₃和MgH₂的引入使得混合体系的热感度升高,AlH₃/AP、MgH₂/AP和AP的5s爆发点温度分别为:582.63、644.17和662.65K; DPTA法研究发现,MgH₂/AP的放气量仅为0.2mL/g,热安定性好; 而AlH₃/AP测试过程的放气量为3.2mL/g,安定性较差。金属氢化物AlH₃和MgH₂对AP热分解表现出良好的催化效果,在AP体系的复合固体火箭推进剂中有潜在应用价值。

为了探索既能延长爆轰产物有效膨胀时间、又可避免大幅增加试验药量的圆筒试验方法,以满足释能时间较长的含铝炸药的试验需求,针对仅增加壁厚的非相似圆筒结构,分析其在内爆条件下的膨胀过程,优化了炸药格尼能计算模型,并通过3个不同壁厚且均装填TNT炸药的圆筒试样的内爆加载试验验证了试验可行性及计算模型的准确性。结果表明,内径Φ50mm、壁厚10mm、长度700mm的非相似圆筒结构,其破裂前的最大位移较Φ50mm标准圆筒未显著提升,但可使爆轰产物的有效膨胀时间提升42%,而装药量仅增加40%; 且在经典格尼模型基础上增加爆轰产物沿圆筒轴向的运动、圆筒变形能两个因素后,该圆筒的爆轰能量数据与标准圆筒较为吻合,反映出优化后的分析模型可以准确地评估该非相似圆筒中的炸药驱动性能。

为了研究装填熔铸B炸药的试件在池火作用下的快速烤燃特性,采用火灾仿真软件FDS建立了池火燃烧模型; 烤燃试件尺寸为Φ76mm×256mm,壁厚7.5mm,燃料为JP-8,计算了不同阶段的火焰结构特征和烤燃试件周围的温度变化; 将试件不同位置的真实温度作为边界条件运用于CFD中,研究快速烤燃的特性及其参数,并将计算的响应时间、点火温度与试验结果进行了比较。结果表明,用FDS与CFD组合计算的快速烤燃温度—时间曲线与试验曲线吻合,最大误差为8.1%; 获得了快速烤燃过程中火焰的辐射热通量与对流热通量的变化情况,辐射热通量占主导作用,占比为总热通量的91%左右; 得到了快速烤燃的池火燃烧特性以及油池与烤燃试件尺寸的匹配关系,油池尺寸越大,火焰温度越高,池火发展阶段的时间缩短,辐射热通量占比增大到95%; B炸药发生点火时,表层达到熔化的炸药极少,药柱内部温度仍为常温,点火区域在试件端面棱角处。

The dissolution behavior of N-butyl zaideethylnitramin(BuAENA)dissolved in DMSO(dimethyl sulfoxide)has been studied in the paper, and a method that can predict the dissolution enthalpy was also established. The dissolution properties of BuAENA in DMSO at four different temperatures under atmospheric pressure were measured by using a C80 microcalorimeter. The results show that the dissolution process for the BuAENA in DMSO is endothermic, and the empirical formulate of dissolution enthalpies at 298.15, 303.15, 308.15 and 313.15K are Δ_dissH=60.17b-23.02b^1/2+5.09, Δ_dissH=62.17b-23.58b^1/2+5.24, Δ_dissH=65.45b-24.01b^1/2+5.37 and Δ_dissH=68.57b-24.91b^1/2+5.60, respectively. The empirical formulate of the dissolution enthalpy of BuAENA dissolved in DMSO can be described as Δ_dissH=(-53080.91)/T+237.81b+11329.26/T-60.96b^1/2+(-3128.95)/T+15.57. And the accuracy is verified by measuring the dissolution enthalpy of the BuAENA in DMSO at 343.15K. The values of activation energy E and pre-exponential factor A for the dissolution process are 3.35kJ/mol and 10^-2.05s^-1, respectively.

为研究战斗部壳体破片平均质量与平均穿孔面积的关系,针对3种战斗部装药JH-2、JOXL-1、RBOE-1设计了战斗部静爆试验和水井回收试验。应用图像处理技术,利用侵彻孔洞图像轮廓信息和自然破片平均质量的关系,标定了3种炸药的破片平均质量比例系数。结果表明,当壳体破片质量大于0.1g的破片计入有效破片时,3种炸药的破片平均质量比例系数分别为0.2249、0.3010、0.3907; 当壳体破片质量大于1g的破片计入有效破片时,3种炸药的破片平均质量比例系数分别为0.5521、0.5772、1.0646; 通过战斗部静爆后自然破片的穿靶试验可获得战斗部壳体形成自然破片的平均质量,较大程度地减少了以往试验的复杂性,方便在实际工程中应用,可为常规战斗部乃至不敏感战斗部的毁伤效能评估研究提供一种新的技术途径。

为提高丁羟推进剂的力学性能,利用有机蒙脱土(OMMT)可被端羟基聚丁二烯(HTPB)剥离为纳米片层的特性,将OMMT引入到HTPB推进剂中,制备了OMMT改性的HTPB推进剂; 利用拉伸试验机、流变仪研究了OMMT的引入对推进剂力学性能和流变性能的影响。结果表明,OMMT的引入可以显著提高HTPB推进剂的力学性能,同时起到增强增韧的效果,当在HTPB中引入质量分数2%的OMMT时,推进剂的力学性能最佳,最大拉伸强度和断裂伸长率分别提高了约78%和21%,其原因在于在黏结剂基体中,蒙脱土以纳米片层的形式存在于体系中,增强黏结剂基体的力学性能,从而提高推进剂的力学性能; OMMT的引入还可改善推进剂药浆的工艺性能,降低OMMT推进剂药浆的混合黏度,并加快推进剂药浆的固化速率。引入OMMT后,推进剂药浆的适用期由6.25h降至4.16h。

为提高高固含量改性双基推进剂的低温力学性能和安全性能,以N-丁基硝氧乙基硝胺(Bu-NENA)代替硝化甘油(NG),采用无溶剂工艺制备了改性双基推进剂; 采用万能试验拉伸机、动态热机械分析仪和感度测试仪等对推进剂的力学性能和机械感度进行了表征。结果表明,与NG相比,Bu-NENA可明显提高推进剂的低温力学性能,降低推进剂的机械感度。当Bu-NENA质量分数为19.1%时,推进剂(代号B3)的力学性能较好,与空白对照推进剂(NG基改性双基推进剂,代号B0)相比,B3推进剂在-40℃延伸率由3.54%提高到7.57%,提高了114%,高温拉伸强度相当; 摩擦感度由46%降低至2%,降低了95.7%; 特性落高H₅₀由17.2cm提高到33.6cm,提高了95.3%; 动态力学性能研究表明,Bu-NENA对硝化纤维素(NC)塑化效果较好,B3推进剂的β转变温度由B0的-33.8℃降低至-37.8℃,韧性有所增强。表明该推进剂不仅机械感度明显降低,且低温力学性能明显改善,在短射程战术武器中具有一定的应用前景。

为了明确铁物种及其分布对缩合胺化反应性能的作用机制,采用浸渍法、沉淀法、水热后处理法制备系列铁改性多级孔丝光沸石,考察其在乙醇胺(MEA)缩合胺化反应合成乙二胺(EDA)中的应用; 结合XRD、N₂-吸脱附曲线、SEM、TEM、NH₃-TPD、Py-IR、UV-Vis等表征手段,探讨了改性方法对Fe物种、物相结构、表面酸性及催化反应性能的影响规律。结果表明,水热后处理法制备的Fe/M-MOR(H)中铁物种主要以孤立八面体Fe、低聚态Fe_xO_y及纳米Fe_xO_y簇形态存在,被定向锚定在分子筛外表面和介孔内; 孤立八面体Fe会导致B酸酸量增多,B酸与L酸酸量比(B/L)升高,是EDA选择性增加的主要原因; 低聚态Fe_xO_y和纳米Fe_xO_y簇对缩合胺化具有协同催化作用,有助于反应速控步骤的进行; 在温度为310℃,压强为4.0MPa,NH₃、MEA和H₂O摩尔比为12.5:1:0.3,LHSV=4.58h^-1的反应条件下,Fe/M-MOR(H)催化性能最佳,转化率为52.8%,EDA选择性93.6%。

为解决添加高能固体组分的球扁发射药存在低温膛压偏高的问题,在不降低发射药能量的前提下,用纤维素甘油醚硝酸酯(NGEC)部分替代硝化纤维素,通过挤压成型工艺,制备了含有NGEC的球扁发射药,并对其外型、燃烧性能、内弹道性能、感度进行了研究。结果表明,添加NGEC后,球扁药药粒的外型均一、药粒尺寸一致性较好; 球扁发射药的燃烧呈现出渐增性,且具有一定的钝感性,撞击感度降低了30%; 内弹道性能得到改善,在+15、+50、-40℃时,最大膛压平均值分别降低10%、8%、15%,低温力学性能得到提高; 在-40℃、破碎率为50%时,冲击高度和抗冲击强度分别提高了10.52%、17.32%。因此NGEC有望应用于球扁发射药。

为了探究模块药盒在点火燃烧过程中端盖的破裂形态对药粒散布特性的影响,基于CFD-DEM方法,建立三维非稳态气固两相流模型,对模块药盒端盖不同破孔方式下发射药粒的堆积分布进行了数值模拟。模拟结果表明,药室内药粒的最终堆积分布均依次呈缓坡堆积、水平堆积及陡坡堆积的组合分布,但各形态的形状特征参数不同。当初始破裂区域所对应的扇形圆心角从0°增为120°时,缓坡和水平堆积的轴向长度由269mm增至320mm,水平堆积部分的平均药粒厚度由18.1mm增至22.8mm,陡坡状药粒堆积占比由70.3%减少为65.1%。端盖下半部分区域较上半部分区域先破孔,缓坡和水平堆积长度更长且平均药粒堆积厚度更厚,陡坡状药粒堆积占比更少。端盖左右两侧先破孔,缓坡和水平堆积的轴向长度、水平堆积部分的平均药粒厚度、陡坡状药粒堆积占比均基本相同,先破孔的一侧陡坡堆积部分药粒数占比会略微低于后打开的一侧。

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。