以常用的3种叠氮类聚合物——聚叠氮缩水甘油醚、聚3,3'-双叠氮甲基环氧丁烷以及聚3-叠氮甲基-3'-甲基环氧丁烷为分类依据,对叠氮黏合剂的合成工艺、改性方法进行了综述,并展望了叠氮类黏合剂的未来发展:(1)基于对现有聚合方法以及合成工艺的改进,以及对聚合物组分及结构(引入氟元素、利用手性化学)的设计与优化,实现叠氮类黏合剂能量性能以及力学性能等全面提升;(2)开发新型自修复或易修复叠氮黏合剂;(3)叠氮黏合剂的纳米化,即实现各组分的纳米化从而使实际应用比冲更接近理想状态。附

为研究硅(Si)对CL-20性能的影响,采用静电喷雾法制备了NC/CL-20和Si/NC/CL-20复合炸药; 采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、红外光谱(FT-IR)和同步热分析仪(TG-DSC)分析了样品的形貌、结构和热分解性能; 利用高速摄像机对样品的燃烧过程进行了测试。结果表明,纳米Si的引入有助于形成形貌规则、粒度较小的复合炸药,Si/NC/CL-20复合炸药比NC/CL-20复合炸药具有更好、更均匀的球形度,平均粒径为73.4nm; 静电喷雾法制备的Si/NC/CL-20复合炸药中的各元素分布均匀,且组分NC、CL-20与Si之间均为物理复合; Si的加入促进了CL-20的热分解,与NC/CL-20复合炸药相比,Si/NC/CL-20复合炸药的活化能下降了16.78kJ/mol,自加速分解温度和热爆炸临界温度分别降低了3.12K和2.61K; 与NC/CL-20复合炸药相比,Si/NC/CL-20复合炸药具有更短的点火延迟时间和更快的燃烧速度,Si可以提高CL-20的燃烧性能。

以5-氨基四唑(5-ATz)为原料,通过重氮化/中和反应合成了1,3-双(5-四唑基)三氮烯的二肼盐,以此与高氯酸锌通过水热法成功制备了一种新型含能金属有机配合物[Zn₂(ATz)₃(CN)]_n(ECP-1); 通过X-射线单晶衍射确定了其结构,采用差示扫描量热仪(DSC)和热重分析(TG)研究了ECP-1的热稳定性; 测试了ECP-1的机械感度,并计算了其爆速和爆压; 采用DSC研究了其对高氯酸铵(AP)热分解的催化性能。结果表明,ECP-1晶体为三方晶系,空间群为R32,密度高达2.231g/cm³; 热分解峰值温度为391℃; ECP-1的撞击感度大于40J,摩擦感度大于360N,爆速为7.53km/s,爆压为28.20GPa; 当添加质量分数为20%的ECP-1时,AP的高温分解温度降至325.6℃,活化能降低34.27kJ/mol,证实该配合物对AP的热分解具有较好的催化活性,在燃烧催化剂领域有一定的应用前景。

为改善FOX-7晶体形貌及粒径分布,实现对FOX-7晶体的可控制备,运用微反应技术,采用模块化微反应器制备细化FOX-7,对微结构盘片尺寸、溶剂种类以及溶剂-非溶剂流量比对细化FOX-7晶体形貌及粒径分布的影响进行了研究,并确定了最佳工艺条件; 采用扫描电子显微镜(SEM)及粒度分析软件对细化后的FOX-7晶体进行了形貌粒径表征; 采用X射线晶体衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、热重分析法(TG)、BAM撞击感度仪及摩擦感度仪对细化得到的FOX-7晶体进行结构和性能测试。结果表明,当微结构盘片尺寸为60×105μm(数量×宽度),溶剂为NMP,溶剂-非溶剂流量比为1:10时,可获得中值粒径d₅₀=1.23μm,粒度分布较窄的FOX-7晶体(d₁₀=0.48μm,d₉₀=2.14μm); 细化后的FOX-7晶型与原料FOX-7相比未发生改变; 热爆炸临界温度较原料FOX-7提高了18℃; 撞击能量由27.5J提升至35J,摩擦压力由192N提升至324N,表明细化后的FOX-7晶体较原料FOX-7具有更好的热安定性和机械感度。

为了准确表征高聚物黏结炸药(PBX)在长时蠕变加卸载过程中的非线性力学行为,以PBX9502炸药为例,采用两类传统蠕变模型中的两种典型模型(幂次模型和Burgers模型)分析了在预测蠕变卸载恢复性能时的有效性; 基于Boltzmann叠加原理,提出了一种依赖于加载历史的非线性蠕变本构模型; 将其拓展为三维变载荷形式,并对其进行数值离散,推导了应力更新形式和Jacobian矩阵; 通过编写用户材料子程序方法,实现了非线性蠕变本构模型的数值应用,完整模拟了PBX蠕变加卸载过程和松弛加卸载过程。结果表明,两类传统黏弹塑性模型无法预测PBX蠕变卸载恢复性能,而非线性蠕变本构模型及数值模拟方法将PBX蠕变加卸载性能统一融合,能够描述PBX完整的加卸载响应特性,可推广应用于相关材料在变载荷下的蠕变和松弛性能预测。

为获得声共振混合过程中高黏态高聚物黏结炸药(PBX)的特性演变规律,采用声共振高效混合机、旋转流变仪及差示扫描量热仪等设备研究了不同工艺条件下NTO/HMX/Al基高黏态PBX物料形态、流变特性以及安全特性随混合时间的演变规律。结果表明,物料在声共振混合过程中经历了初始态、成球态、黏弹态和流化态4种主要形态; 混合容器形状决定着高黏态PBX物料在声共振混合过程中的形态演变方式,而混合温度及混合加速度影响着物料在声共振混合过程中形态演变的难易程度; 有利于提高混合效率的参数变化都会促使物料黏度更加迅速的下降; 混合过程中物料温度及静电压随着成球态物料的成型达到顶峰,混合初期物料的热安全性及机械安全性较低,静电安全性随着黏结剂的混入迅速下降。

针对硝酸羟胺(HAN)催化反应过程中由于水蒸发引起HAN浓度变化进而活性改变和无法实时在线定性定量反应物和产物等问题,设计了一种高压连续流固定床反应器,结合实时在线质谱检测研究了多种氧化铝负载贵金属催化剂对HAN水溶液的催化分解作用。结果表明,在相同温度下,羟胺根离子(NH₃OH⁺)转化率始终大于硝酸根离子(NO^-₃),Pt基催化剂表现出最好的活性,120℃下NH₃OH⁺和NO^-₃转化率分别达到100%和45%; 低温下(<100℃)NH₃OH⁺参与反应主要生成N₂O和NH⁺₄含氮产物,选择性分别达到60%和40%左右(80℃); 随着温度升高,NO^-₃与NH⁺₄反应生成N₂O含氮产物。

为了提升固体火箭推进剂绝热层与衬层的界面粘接强度,采用飞秒激光对绝热层表面进行加工,利用飞秒激光的刻蚀作用,在绝热层表面加工出微结构; 采用激光共聚焦显微镜对加工后的绝热层表面微结构进行了表征; 采用接触角测试仪测量了加工前后绝热层表面与水的接触角; 采用复杂环境测试系统进行扯离测试,表征加工前后的绝热层界面粘接强度。结果表明,飞秒激光加工后的绝热层表面微结构分布均匀,形貌均一; 加工的表面微结构大大提升了绝热层表面的润湿性,与水的接触角由94.6°减小到27.7°; 与未加工的绝热层相比,飞秒激光加工后绝热层的扯离强度由1.31MPa提升至4.16MPa,提升约218%; 加工后的绝热层表面润湿性及粘接强度均得到了改善。

为研究流场特征对空化水射流破碎固体推进剂的影响规律,以HTPB推进剂为研究对象,采用应力混合涡流模型(SBES)开展了冲击场条件下不同喷嘴扩张角角度的空化水射流数值计算,分析了喷嘴结构参数对流场特征的影响机制; 进行了空化水射流破碎HTPB推进剂实验研究,探讨流场特征与破碎效果的影响规律。结果表明,势流核的长度受喷嘴扩张角角度影响,进而影响靶面速度分布,推进剂破碎深度与靶面处的速度峰值分布正相关; 喷嘴出口的回射流限制了空化向喷嘴壁面方向的发展,从而影响空化强度,破碎坑表面积与空化强度正相关,略小于空化云覆盖区域。实验结果表明,冲击场下的流场特征和破碎结果表现出极大的相关性,说明该方法计算得到的流场特征可以用于喷嘴结构的优化与设计,提高推进剂破碎效率; 喷嘴扩张角角度为60°时,空化水射流的速度和空化强度具有显著优势,结合破碎质量、破碎深度和破碎坑面积分析,此时表现出的破碎效果最佳。

为增强发射药密闭爆发器试验数据的分析,构建了一种数值计算压力(p)—时间(t)特性的定容燃烧模型,并通过试验测试和理论模型间的拟合计算求解了高能硝胺发射药的燃速变化。基于此,制备了不同7孔钝感高能硝胺发射药样品,拟合定容燃烧模型中等效参数,表征了干法钝感工艺对钝感层缓燃作用及平均厚度的定量影响。结果表明:基于参数拟合的定容燃烧模型能用于解释不同发射药样品的静态燃烧特性,理论计算与试验测试结果间具有较好的一致性。高能硝胺发射药的燃速(u)—压力(p)函数满足u=u₀+u_xpⁿ的形式。在干法钝感工艺中,与空白发射药相比,钝感层等效燃速相对变化可达72%～84%; 而钝感层平均厚度与发射药弧厚的相对量级处于O(10^-2)水平。