微米球形RDX、CL-20及其复合物的制备和性能研究

发布时间：2020-05-13 00:58

【摘要】：球形颗粒炸药与普通炸药相比,机械感度降低,装药安全性能提高。利用静电喷雾技术制备球形含能材料,可以拓宽静电喷雾在含能材料的制备、表面修饰与包覆等领域中的应用,对新型含能材料的发展具有重要意义。本文的主要工作如下:利用静电喷雾技术分别制备了粒径为1μm左右的球形环三亚甲基三硝胺(RDX)和六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20),分析比较了电压、接收距离、针头尺寸、推进速率、溶液浓度和溶剂组成等影响因素对产物颗粒粒径和形貌的影响。研究发现产物颗粒的粒径主要受溶液组成和推进速率等因素影响,相同条件下,RDX的粒径小于CL-20;以乙醇和丙酮为溶剂有利于减小产物颗粒的尺寸;推进速率由lmL·h-1变为O.lmL·h-1时,产物颗粒粒径约减小一半。颗粒形貌主要受溶液组成和接收距离等因素影响,相同条件下CL-20球形化程度高于RDX;以乙酸乙酯为溶剂有利于产物颗粒球形化;溶液浓度越低、接收距离越大,产物颗粒越破碎。以氟橡胶(F2604)、癸二酸二异辛酯(DOS)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)和三硝基甲苯(TNT)为钝感剂,通过静电喷雾技术包覆RDX,得到的复合物粒径为1μm-4μm。复合物的红外谱图和X射线衍射谱图与原料RDX的谱图基本一致,主体炸药RDX的结构和晶型没有发生变化。复合物的热分解反应活化能均小于原料RDX,对于含5wt%钝感剂的复合物,RDX/F2604复合物的热分解反应活化能最大,为176.348kJ·mol-1,RDX/PVAc复合物的热爆炸临界温度最高,为219.88℃C;RDX/PVAc复合物的撞击感度最低,H50为87.9cm;RDX/PVB复合物的摩擦感度最低,为4%。RDX/F2604、RDX/DOS和RDX/TNT复合物的相容性等级均为A,相容性较好。以F2604、DOS、PVAc、PVB和TNT为钝感剂,通过静电喷雾技术包覆CL-20,得到的复合物粒径为2μm-5μm。复合物的红外谱图和X射线衍射谱图与β-CL-20基本一致,通过静电喷雾法制备,主体炸药CL-20的晶型由ε型转变为β型。对于含5wt%钝感剂的复合物,CL-20/F2604复合物的热分解反应活化能和热爆炸临界温度最高,分别为325.771KJ·mol-1和231.67℃;同时CL-20/F2604复合物的撞击感度和摩擦感度最低,分别为42.8cm(H50)和64%。CL-20基复合物的相容性等级为C或D,相容性差。利用静电喷雾技术制备了不同摩尔比的CL-20/RDX,CL-20/HMX(环四亚甲基四硝胺)和CL-20/NTO(3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮)复合炸药,并对复合炸药的形貌粒径、结构、晶型、热分解性能以及燃爆压力进行检测和分析。复合炸药的粒径为lμm-2μm,不同摩尔比的复合炸药结构有所不同。对于摩尔比为1:1的混合炸药,CL-20/HMX复合炸药的热分解反应活化能、爆炸临界温度和燃爆压力最大,分别为404.860kJ·mol-1、225.49℃和922kPa。利用静电喷雾技术制备了高氯酸铵(AP)/单质炸药复合物,并对复合物的形貌粒径、结构性能、热分解性能以及燃爆压力进行检测和分析。复合物多为5μm左右不规则颗粒。AP/CL-20、AP/NTO和AP/RDX复合炸药组分间存在相互作用。AP/CL-20复合炸药的热分解反应活化能最大,为432.692kJ·mol-1,AP/TNT复合炸药的热爆炸临界温度最高,为281.97℃。CL-20/AP复合炸药燃爆压力最大,为1226kPa。利用分子动力学方法模拟计算了炸药/钝感剂和炸药/炸药界面相互作用,在COMPASS力场中,RDX/DOS体系的结合能为150.6kcal·mol-1,CL-20/DOS体系的结合能为128.2kcal·mol-1。在ReaxFF力场中,CL-20/RDX体系初始分解产物主要有N2O、HONO和CHN2O2。上述研究表明,静电喷雾方法可以制备微米级球形RDX和CL-20单质炸药、钝感剂复合炸药、CL-20/单质炸药复合物和AP/单质炸药复合物,实现了炸药表面修饰和包覆,实现了多组分炸药微纳米尺度的组装和混合,可以有效地改善炸药的性能。
【图文】：

溶液的推进速率和电导率，改变指定溶液静电喷雾的液滴粒径，粒径随着推进速率的增逡逑大而增大，随电导率的增大而减小。０＾１！［７８］等利用蔗糖溶液得到液滴粒径与推进速率、逡逑电导率之间的拟合曲线，如图１．２所示，进一步验证了粒径与电导率和推进速率的关系。逡逑２００邋０逦逦逦逦逦ｘ－ｘ－ｕＪ逦．逦．＿一一…ｉ逡逑Ｄｐ邋（ｎｍｊ邋＝邋１邋４７３５邋？邋３１９邋２４？（Ｑ／Ｋ），／３邋秦逡逑１５０．０－逦Ｒ？０．９９８６７逦．逦Ｍ逡逑ｌ逦：逦＼邋／逡逑＾邋１００邋０－逦＼ｙ0逦．逡逑ｆ逦：逦／逡逑——逡逑０．０逦０．１逦１．０逡逑（0／ＫＪ，／３逡逑图１．２静电喷雾液滴尺寸与（Ｑ／Ｋ）”之间的拟合曲线逡逑通过控制静电喷雾过程中形成液滴的大小，能控制最终形成微纳米固体颗粒的尺寸，逡逑除粒径外，微纳米颗粒的形貌对其性能同样有重要影响。对于含能材料颗粒，较为一致逡逑规整的形貌十分重要，球形含能材料有利于实现均匀装药。逡逑＾＾叩等［７９］研究了静电喷雾过程中聚合物浓度和推进速率对所制备固体颗粒形貌的逡逑影响。由于聚合物颗粒本质上是液滴在溶剂挥发之后产生的残留，所以研宄聚合物颗粒逡逑的产生过程主要是考虑液滴中溶剂的挥发和聚合物在液滴中的扩散。如果溶剂挥发过快，逡逑容易形成多孔、空心、甚至碎片化颗粒；如果液滴中聚合物的扩散速度较快

Ｓｕｈｅｎｄｉ等’］通过静电喷雾法制备了具有核壳结构的聚苯乙烯（ＰＳ）和二氧化硅逡逑（Ｓｉ０２）的复合物，复合物粒子尺寸在８０ｎｍ－３００ｉｉｍ左右，复合物形貌随复合体系中ＰＳ逡逑与Ｓｉ０２配比的变化而变化，具体如图１．３所示。当质量比Ｃｓ邋（Ｓｉ０２／ＰＳ）小于０．１５时，逡逑Ｓｉ０２可以部分包覆于ＰＳ表面，复合物表面较为粗糙；当质量比Ｃｓ在０．１５－０．２５时，Ｓｉ０２逡逑可以完全包覆于ＰＳ表面，复合物表面较为光滑，当质量比Ｃｓ大于０．２５时，出现游离逡逑的Ｓｉ０２的团聚颗粒。逡逑３０邋ｉｌｌｕｔｔｒａｔｉａｎ邋２Ｄ邋ｉｌｉｕ？ｉｒ？Ｔ？９ｎ邋ＳＣＭ邋ｉｒｒｕ＾ｒ逡逑｜一叫逦＃逦１：．逦－逡逑Ｃｓ邋＝邋Ｓｉ！ｉｃａ／ＰＳ邋：逦；逡逑Ｑ．３５＜Ｃｌ＜Ｏ．Ｍ逦■ｎｉｌ逡逑“邋Ｉ＇．．逡逑逦逦？逦ｊ邋：：逡逑．‘ｔｓ逦：？，，逦ｉｈｉ逡逑图１．３不同配比组成对产物形貌影响逡逑国内外学者对静电喷雾技术在不同领域的应用做了相当多的研宄。Ｎａｋａｓｏ等［８１］利逡逑用电喷技术和化学气相沉积结合的方法，制备了邋Ｓｉ０２、Ｔｉ０２和Ｃｒ０２的纳米粒子。Ｆａｎｔｉｎｉ逡逑等［８２］研宄了聚合物的粘度和分子量对静电喷雾产物影响，并且制备了聚合物（ＰＳ）微球，逡逑Ｍａｅｄａ等［８３］通过静电喷雾技术制备了多空硅酸钙陶瓷，３冰以此１＾等［８４］通过静电喷雾技逡逑术制备了聚乙烯（ＰＨＢＶ）邋／黄豆苷元复合物，１＾仙１＾１１＾（１３１３等［８５］通过电泳沉积（ＥＰＤ和逡逑静电喷雾技术结合的方法
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ560.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘武兰;周志艳;陈盛德;罗锡文;兰玉彬;;航空静电喷雾技术现状及其在植保无人机中应用的思考[J];农机化研究;2018年05期

2 陈成功;邱白晶;石硕;沈伟;;静电喷雾技术国内外研究综述[J];农业装备技术;2017年03期

3 钟钢;;航空静电喷雾技术装备研究现状[J];农业科技与装备;2017年07期

4 史晓贤;;高静电喷雾技术在小麦、瓜类主要病虫害上的应用推广[J];北京农业;2015年24期

5 刘刚;;全国静电喷雾技术交流会在苏州举办[J];农药市场信息;2013年22期

6 顾晓杰;秦雯;朱云峰;庄祥生;;静电喷雾技术在植保机械的开发与应用[J];农机市场;2013年08期

7 邓鑫;;静电喷雾技术的发展现状与展望[J];科学咨询(科技管理);2010年08期

8 黄贵;王顺喜;王继承;;静电喷雾技术研究与应用进展[J];中国植保导刊;2008年01期

9 茹煜,郑加强,周宏平;风送式静电喷雾技术防治林木病虫害研究与展望[J];世界林业研究;2005年03期

10 余泳昌,王保华;静电喷雾技术综述[J];农业与技术;2004年04期

相关会议论文 前6条

1 杨方;张丽丽;王润涛;;静电喷雾技术的研究[A];黑龙江省农业工程学会2011学术年会论文集[C];2011年

2 周宏平;茹煜;舒朝然;郑加强;朱和平;;应用于直升机的航空静电喷雾系统设计与试验研究[A];第二届中国林业学术大会——S12 现代林业技术装备创新发展论文集[C];2009年

3 王礼华;张全超;卫志美;王孝军;杨杰;;静喷制备模板印迹微球对双酚A的清除[A];2012年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集（上册）[C];2012年

4 邸建城;王洋;于吉红;;同轴喷雾技术制备中空分子筛胶囊[A];第十三届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2014年

5 翟雯雯;;我国林果生产机械化先进技术及机具介绍[A];走中国特色农业机械化道路——中国农业机械学会2008年学术年会论文集（下册）[C];2008年

6 翟雯雯;;我国林果生产机械化先进技术及机具介绍[A];走中国特色农业机械化道路——中国农业机械学会2008年学术年会论文集（上册）[C];2008年

相关重要报纸文章 前8条

1 张永杰;农药使用新方法[N];山西科技报;2003年

2 ;农药使用新技术[N];中华合作时报;2002年

3 本报记者 李鹤　邓晓霞;马坊镇上的大学生“村官”[N];人民日报;2009年

4 胡唯元;畜禽：让它咋长就咋长[N];科技日报;2004年

5 郭贵明;农药喷施新技术（上）[N];山西科技报;2000年

6 袁炎长;节省农药喷施新方法[N];福建科技报;2006年

7 永年县农牧局 郭晓坡;农药喷施新方法[N];河北科技报;2013年

8 山东省昌乐县农业局 贾登三;“农药对靶喷洒”新技术实现“高、减、省”[N];河北科技报;2012年

相关博士学位论文 前1条

1 姚箭;微米球形RDX、CL-20及其复合物的制备和性能研究[D];南京理工大学;2018年

相关硕士学位论文 前8条

1 奚菊美;基于静电喷雾技术的尼达尼布纳米增溶与缓释体系的构建及体内外评价[D];江苏大学;2016年

2 岳子双;静电喷雾技术制备石墨烯复合膜电极及其在储能器件上的应用[D];南昌大学;2017年

3 杨敏;静电喷雾法钛氧系颗粒的制备及其电流变性能[D];大连理工大学;2016年

4 吴胜利;风送静电喷雾试验系统设计及研究[D];南京林业大学;2011年

5 李芳丽;多功能静电喷雾器的沉积特性研究[D];南京农业大学;2012年

6 齐永胜;风送式静电农药喷洒技术研究[D];河北农业大学;2008年

7 侯永瑞;农用航空静电喷头雾化机理与试验研究[D];黑龙江八一农垦大学;2017年

8 任丛;静电喷雾技术优化固体氧化物燃料电池阴极微结构的应用研究[D];中国科学技术大学;2011年

本文编号：2661110