基于热分解动力学对CL-20基共晶炸药的热安全性评价研究

发布时间：2020-05-16 21:48

【摘要】：在含能材料领域中,共晶技术的成功应用为CL-20降感研究开辟了新的途径。近几年,研究工作者已成功制备几种性能优异的CL-20基共晶炸药,然而CL-20基共晶热分解实验研究至今仍然较少,为推进CL-20基共晶炸药在未来工程放大及后期的定型应用,热危险性评估更是亟待研究。本论文拟选取两种典型的新型共晶炸药CL-20/HMX、CL-20/BTF为研究对象,通过DSC、in-situ IR、in-situ XRD、ARC-GC-MS等研究手段,采用非线性优化拟合方法,建立CL-20/HMX、CL-20/BTF共晶热分解动力学模型,基于建立的分解动力学模型对CL-20基共结晶炸药(CL-20/HMX、CL-20/BTF)的热分解机理、热安全性能及其贮存寿命等进行研究,具体内容如下:1、共晶炸药热学性质研究:利用DSC、ARC等,研究晶型转变温度、熔点、初始分解温度、终止温度、峰值温度、分解热焓等特征参数;2、共晶炸药热分解动力学研究:基于上述热学特征参数,建立热分解动力学模型,获得共晶炸药的热分解动力学参数,如活化能E_a、指前因A、热分解机理函数?(α)等;3、共晶炸药热分解机理研究:通过ARC-GC-MS等原位热分析手段,实时获取热分解气体产物;利用in-situ IR等原位光谱技术,获得共晶炸药分子基团及分子骨架等结构演化信息,系统性地研究其热分解的特点及其内在机理;4、共晶炸药的热安全性能研究:基于热分解动力学模型,计算模拟5 kg、20 kg、50 kg、150 kg CL-20/HMX共晶及CL-20/BTF共晶炸药在恒定环境温度下的贮存情况,评价不同条件下大批量共晶炸药的整贮安全性,获取共晶炸药典型的热安全性质参数,并对其老化寿命等进行评估。研究发现,CL-20/HMX共晶、CL-20/BTF共晶热分解过程为两步平行的复杂自催化反应共同作用,且两个平行反应路径在热分解过程中是相互竞争、主导性交替变化的,对总反应的贡献随DSC升温速率的变化而改变;CL-20/HMX共晶、CL-20/BTF共晶模拟预测的等温实验及千秒热爆炸临界温度,与实验结果符合的很好,证明热分解动力学模型建立的准确性,在此基础上获得了CL-20/HMX共晶、CL-20/BTF共晶典型的热安全性参数,如T_(d,24)、SADT、紧急温度、可控制温度等。此外,对从分子层次(化学结构)上理解CL-20、CL-20/HMX共晶热分解过程进行了更加深入的认识,研究发现,随温度升高,CL-20、CL-20/HMX共晶分子骨架内、外基团的红外吸收特性均经历多阶段变化过程,分子骨架外基团对温度更为敏感,均会较骨架内基团提前响应。在CL-20升温过程中,C-C伸缩振动出现与?-?晶型转变密切相关的新的红外特征峰,且骨架内C-C伸缩振动模式的变化在CL-20热分解结束前仍未停止;在CL-20/HMX共晶升温过程中,分子骨架外的-NO_2可能首先断键脱落。
【图文】：

ARC的内部结构

ARC 的工作原理（a）测试流程图；（b）一个典型的 ARC 测he working principle of ARC (a) Test flow chart; (b) A typical AR联用仪（GC-MS）是气相色谱-质谱联用设备，GC 首先对样定量；MS 通过检测气体分子离子质量和强度来进行成
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ560.1

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本文编号：2667386