综述了吡啶,哒嗪、嘧啶、吡嗪环、三嗪以及四嗪等六元氮杂芳环骨架构建方法,探讨了相应的六元氮杂芳环环化反应机理,概述了典型含能材料的物化与爆轰性能; 重点从合成角度总结了缩合反应与环加成反应在构建六元氮杂芳环结构中的应用,讨论了在相应氮原子中心位点实现氮氧化或氮氨化反应的方式。其中,六元氮杂芳环氮氧化片段的引入主要包括两类途径:一是以氧化剂与氮杂芳环中氮原子中心发生反应,形成N-氧化物片段; 另一类是利用环化反应,将相应的氮氧双键等结构转化为N-氧化物片段。附参考文献91篇。

针对推进剂药浆的流变性能受多种因素的影响,综述了固体推进剂用增塑剂、含能固体填料、工艺助剂、工艺参数等因素对于推进剂药浆流变性能影响的国内外研究现状,并分析总结了不同因素对固体推进剂药浆流变性能的影响规律及机理,对比了不同固体填料和粒度级配对药浆流变特性的影响。指出适当加入增塑剂可有效改善药浆的流变特性; 选择合适的工艺助剂、工艺参数可大大改善药浆流变特性; 固体填料表面越接近球形、越规则,粒径分布范围越宽,推进剂药浆黏度越小; 对固体颗粒进行表面包覆、添加表面活性剂也有助于药浆流变性能的改善。提出了改善推进剂药浆流变性能的技术途径以及后期推进剂药浆流变性能的重点研究方向,以便更加全面研究药浆流变特性,设计出流变性能更好的固体推进剂药浆。附参考文献94篇。

为了探究5,5'-联四唑-1,1'-二氧二羟胺(TKX-50)与1-甲基-4,5-二硝基咪唑(MDNI)形成共晶的可能性,进一步改善其热感度,提升其应用前景,构建了5种不同摩尔比的TKX-50/MDNI共晶体系,运用Malerials Studio软件中的分子动力学模拟方法,分析了相互作用能、内聚能密度、力学性能等与组分摩尔比的关系。结果表明,在5种共晶体系中,当TKX-50和MDNI摩尔比为1:3时,修正结合能最大,表明此时两组分间的相互作用最强,组分间的相容性和稳定性也最好,此时更有可能形成共晶; 内聚能密度分析与引发键键长分析表明,当TKX-50/MDNI共晶体系中MDNI占比越大时,体系的内聚能密度越大,引发键最大键长越小,体系的热感度更低,降感效果更好; 力学性能分析表明,MDNI的引入可以在一定程度上改善TKX-50的刚性,增强延展性,且TKX-50和MDNI摩尔比为1:1时,力学性能改善效果最佳。

为探索固体推进剂含能燃烧催化剂,以硝基氰胺根(NCA)为阴离子、1-乙烯基咪唑(VIM)为配体,过渡金属Mn、Co、Ni、Cu为中心离子,制备出4种新型含能配合物,结构式分别为[Mn(VIM)₄](NCA)₂(配合物1)、[Co(VIM)₄](NCA)₂(配合物2)、[Ni(VIM)₄](NCA)₂(配合物3)、[Cu(VIM)₄](NCA)₂(配合物4); 通过元素分析、红外光谱(FT-IR)、X射线晶体衍射(XRD)、感度测试和氧弹量热法对其结构和物理化学性质进行了表征; 用差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)研究了配合物1～配合物4的热分解过程,并利用DSC研究了配合物1～配合物4对高氯酸铵(AP)热分解的催化作用。结果表明,配合物1～配合物4均具有较高的能量密度,其中配合物2质量能量密度(E_g)为19.00kJ/g,体积能量密度(E_v)为27.18kJ/cm³; 4种配合物的摩擦感度值均不小于288N,撞击感度值均大于40J。加入质量分数5%催化剂的AP样品高温分解温度均得到提前,放热量均显著提高; 其中配合物2表现出最好的催化性能,加入配合物2的AP放热量升高至1564J/g,分解温度提前了62.0℃,活化能降至142.9kJ/mol,表明配合物2具有作为固体推进剂含能燃烧催化剂的潜力。

为了提升HMX的安全及应用性能,采用Pickering乳液聚合法,以固体粒子氧化石墨烯(GO)为稳定剂,分别以聚醋酸乙烯酯(PVAc)和聚苯乙烯(PSt)为黏结剂制备了两种TATB/HMX基复合粒子; 通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和X射线光电子能谱仪(XPS)对样品进行了表征,并测试了其撞击感度和摩擦感度。结果表明,制备的TATB/HMX基复合粒子均为表面均匀密实的球形颗粒,所含HMX和TATB的炸药晶型均未改变; 与HMX原料相比,复合粒子的表观活化能(E_a)提高,其中TATB/HMX/PVAc/GO复合粒子的E_a提高了44.18kJ/mol,TATB/HMX/PSt/GO的E_a提高了40.5kJ/mol; 撞击感度和摩擦感度明显降低,以PVAc为黏结剂更适合复合粒子的制备,其临界撞击能量由5.5J提升至60J,临界摩擦压力由128N提升至324N,说明制备的复合微球的热安全性和机械安全性大大提高。

为了开发适用于PBX浇注炸药低温固化的黏结剂体系,选取环氧端羟基聚丁二烯(EHTPB)为黏结剂,用黏度增长法研究了添加二聚酸二异氰酸酯(DDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HDI trimer)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)5种固化剂在45℃条件下黏度随时间的变化规律; 并在35℃下研究体系中添加不同催化剂羰基铜化合物(YKT)、二月桂酸二丁基锡(T12)、三亚乙基二胺(DABCO)、辛酸亚锡(T9)、三苯基铋(TPB)对EHTPB-DDI黏结剂体系的催化反应效果; 采用恒温流变技术对EHTPB-DDI-YKT黏结剂体系的固化反应动力学进行了计算。结果表明,在45℃条件下DDI与IPDI的固化反应活性相近,可作为较为理想的固化剂; 在35℃下催化剂对EHTPB-DDI固化反应速率的影响顺序为:T12>T9>DABCO>YKT>TPB,其中添加YKT时适用期为5.45h,符合固化工艺要求; 通过反应速率判断出EHTPB-DDI-YKT黏结剂体系固化反应为自催化反应,计算出该黏结剂体系的表观活化能为91.65kJ/mol,反应级数为0.836。EHTPB-DDI-YKT黏结剂体系能够有效降低黏结剂体系的固化温度,实现EHTPB基PBX浇注炸药低温固化。

为了研究高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波传播特性,利用AUTODYN有限元软件,研究了不同海拔高度及其解耦对应的低温条件和低压条件对运动装药爆炸冲击波超压场的影响规律; 建立了预测低温环境和低压环境下运动装药爆炸冲击波超压的理论计算模型,并通过试验数据和数值模拟进行了对比验证。结果表明,该计算模型可以有效预测不同低温、低压以及低温和低压耦合的高海拔环境下运动装药的爆炸冲击波超压; 海拔高度从0升至10000m,冲击波超压峰值平均减小35.6%,冲击波作用范围增加62.0%; 随着环境温度降低,冲击波超压峰值平均增加0.43%,冲击波作用范围减小11.9%; 随着环境压力降低,冲击波超压峰值平均减小36.4%,冲击波作用范围增加83.5%; 不同海拔高度下装药运动速度引起的冲击波超压增大系数变化规律与解耦对应的低压条件影响规律基本相似; 高海拔环境对运动装药爆炸冲击波的作用范围及超压的影响主要取决于低压条件,低温条件的影响程度较小。

针对传统浇注成型与直写式3D打印对固体推进剂药浆工艺性能要求相冲突的问题,为实现小型药柱的3D打印,采用添加少量定型助剂(YJ)的方法对丁羟三组元推进剂配方进行改性,对改性前后推进剂的工艺性能、力学性能、燃烧性能和能量性能进行对比分析,并探究了YJ对推进剂性能的影响。结果表明,改性后的推进剂药浆具备可控挤出和室温堆积的流变特性; YJ的加入使得推进剂在20、70℃下的最大抗拉强度分别降低0.1和0.15MPa,断裂伸长率分别增加了12.7%和9.9%,表明YJ对其力学性能影响显著; 此外,实验及理论计算表明,YJ对推进剂的燃烧性能和能量性能影响甚微,燃速最大降低0.24mm/s,能量变化幅度均在1%以内; 表明定型助剂(YJ)的加入不仅使药浆满足3D打印要求,而且对原始推进剂的整体性能没有显著负面影响。

为了研制出兼具高燃速和高安全性能的固体推进剂,以改善高氯酸铵的性能为目标,采用液相沉积法制备了具有核壳结构的超细高氯酸铵@硬脂酸锌(UF-AP@ZnSA)复合物; 使用扫描电镜(SEM)、热重-差示扫描量热法(TG-DSC)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等对样品的形貌、结构和热分解性能进行了表征; 并测量了样品的撞击感度、摩擦感度、吸湿率和接触角等参数; 采用热分析-红外联用技术分析并解释了硬脂酸锌(ZnSA)催化UF-AP的热分解机理。结果表明,UF-AP表面生成了ZnSA壳层; 不同壳层含量的复合物中UF-AP高温分解峰从424.3℃降至370～385℃,相较于原料UF-AP,放热区间更加集中,放热量更大; UF-AP@ZnSA复合物特性落高(H₅₀)相较于原料增加了27.6cm,摩擦感度的爆炸概率减小了76%,安全性能大幅度提升; 壳层质量分数为5%的UF-AP@ZnSA复合物72h的吸湿率为0.05%,较原料UF-AP的吸湿率降低约90%,防吸湿性能得到明显提升。

为了改善混合酯发射药的加工流动性,在其挤出过程中注入超临界二氧化碳(SC-CO₂)作为增塑剂; 为了更好地研究塑化过程,设计制造了一个在线狭缝流变仪用来测量混合酯发射药的剪切黏度和流变参数。流动曲线表明,混合酯发射药和SC-CO₂/发射药混合物都是非牛顿假塑性流体,幂律模型可以用来描述SC-CO₂/发射药混合物的流变行为。实验研究了剪切黏度随加工温度和增塑剂含量的变化规律,结果显示较高的加工温度有利于降低剪切黏度。在注入SC-CO₂后,黏流活化能降低了约20kJ/mol。SC-CO₂被证明是一种有效的增塑剂,可以显著改善混合酯发射药的流动性。并且随着SC-CO₂含量的增加,挤出过程中的流动性会更好,但增塑剂含量的不断增加并不能无限制地提升塑化效果。