碳纳米材料改性HNIW的对比研究

发布时间：2017-06-19 16:00

  本文关键词：碳纳米材料改性HNIW的对比研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,碳纳米材料以其优异的物理化学性能受到广泛研究,在含能材料领域的研究也日渐增多,然而系统深入地机理性研究较少。本文从HNIW炸药感度调控入手,对比研究了几种碳纳米材料作为添加剂的作用机制。主要研究内容如下:1.首先将不同密度值的富勒烯、碳管及石墨烯等分别与HNIW混合,通过对氧平衡及燃爆性能的计算发现,加入碳纳米材料会降低HNIW体系的氧平衡燃爆性能,其中当碳纳米材料含量高于0.5%时,对HNIW体系氧平衡和燃爆性能的影响较大,而低于0.2%时对HNIW体系的氧平衡和燃爆性能的影响很小,较为适宜。之后对HNIW与富勒烯、碳纳米管、石墨烯三种结构的碳纳米材料的机械共混物进行感度及相容性测试,发现,碳纳米材料加入会降低HNIW体系的机械感度,且石墨烯对HNIW体系的感度降低程度最高。其中,添加0.2%的石墨烯能够将HNIW体系的特性落高从25.1cm提高到30.2cm,摩擦爆炸百分比从100%降低到88%,。当石墨烯添加量低于1%时与HNIW具有良好的相容性,对HNIW的静电感度和能量输出的影响也较小。因此,筛选结果是二维的石墨烯类碳纳米材料,添加比例范围为低于0.2%。2.鉴于碳材料的添加会降低能量,为不影响输出,本文利用共价功能化技术制备硝化石墨烯。以氧化石墨烯为原料,通过还原、硝化得到相应的石墨烯衍生物,通过红外光谱分析、元素分析和TG分析表征其还原和硝化程度。3.采用重结晶法将石墨烯及几种改性石墨烯与HNIW进行复合,复合前后HNIW均为ε晶型,不发生改变。对复合产物进行安全性、相容性、热物理性能和热分解性能的测试分析。得出:0.2%含量的还原石墨烯,将HNIW体系的撞击感度特性落高H50从25.1cm增加到32.5cm,摩擦感度从100%降低到72%,5s爆发点从267.5℃提高到270.2℃,与加入同比例石墨烯相比,对HNIW体系的性能改善程度明显提高,对HNIW体系安全性影响最佳。0.2%含量的硝化石墨烯将HNIW体系的静电发火能量从0.91J提高到1.27J,对HNIW的静电感度影响效果最好且不会影响HNIW的分解产气量和能量输出。综合比较,还原氧化石墨烯适于应用于高感炸药体系,降低炸药感度,而硝化石墨烯适于应用在点火药配方中,降低点火药的静电感度并避免减小能量输出。通过热分析动力学计算得出,添加微量的石墨烯及改性石墨烯对HNIW性能的影响机理主要是复合后能够改善HNIW的导热性能和流散性,从而起到降低热点产生几率,降低感度的作用。
【关键词】：碳纳米材料 含能材料 感度性能 热分解机理 改性石墨烯
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-28
• 1.1 研究背景15-19
• 1.2 富勒烯19-21
• 1.3 碳纳米管21-23
• 1.4 石墨烯及其衍生物23-25
• 1.5 本论文主要研究内容25-28
• 第2章 理论预测与实验对比28-48
• 2.1 概述28-34
• 2.1.1 氧平衡28-29
• 2.1.2 燃烧参数29-31
• 2.1.3 爆轰参数31-34
• 2.2 复合及形貌分析34-36
• 2.2.1 实验原料34
• 2.2.2 共混工艺34
• 2.2.3 形貌分析34-36
• 2.3 导热性能36-40
• 2.4 感度分析40-44
• 2.4.1 机械感度分析40-43
• 2.4.2 静电火花感度分析43-44
• 2.5 相容性分析44-46
• 2.6 本章小结46-48
• 第3章 石墨烯衍生物的制备表征48-63
• 3.1 概述48-49
• 3.2 改性石墨烯的制备49-54
• 3.2.1 实验原料49-50
• 3.2.2 实验仪器50
• 3.2.3 实验步骤50-54
• 3.3 形貌分析54-56
• 3.3.1 液相形态分析54
• 3.3.2 TEM分析54-56
• 3.4 结构分析56-60
• 3.4.1 元素分析56-57
• 3.4.2 FTIR分析57-60
• 3.5 热分析60-61
• 3.6 本章小结61-63
• 第4章 改性石墨烯对HNIW的性能影响63-83
• 4.1 概述63
• 4.2 实验部分63-64
• 4.2.1 实验试剂及仪器63
• 4.2.2 实验步骤63-64
• 4.3 形貌及晶型分析64-67
• 4.3.1 外观64
• 4.3.2 SEM表征64-66
• 4.3.3 FTIR分析66-67
• 4.4 导热性能分析67-69
• 4.5 感度分析69-74
• 4.5.1 机械感度69-71
• 4.5.2 静电感度71-72
• 4.5.3 5s爆发点72-74
• 4.6 热分析74-82
• 4.6.1 相容性分析74-78
• 4.6.2 热分解机理分析78-82
• 4.7 本章小结82-83
• 第5章 结论和展望83-85
• 5.1 结论83-84
• 5.2 展望84-85
• 参考文献85-90
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单90-91
• 致谢91

【参考文献】

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