TATB基钝感传爆药配方设计及制备研究

发布时间：2017-09-15 12:18

  本文关键词：TATB基钝感传爆药配方设计及制备研究

  更多相关文章： TATB 钝感 传爆药 纳米颗粒 性能表征

【摘要】：TATB是目前为止热安定性最好的高能钝感炸药,理论爆速为8000m/s,HMX是当前综合性能最好的军用炸药,但其感度较高。将HMX与TATB混合,可使HMX钝感化,满足现代战争对钝感弹药的需求。本文通过TATB/HMX基传爆药的黏结剂优选,性能测试研究,确定一种性能优异的钝感传爆药配方,并针对该炸药进行制备工艺研究,主要内容包括以下几个方面。1)选择3种黏结剂F2311、F2314、VitonA分别与TATB/HMX组成PBX,通过分子动力学模拟黏结剂与炸药组分间的结合能,按结合能大小进行排序。结果表明,TATB/HMX/黏结剂组成的复合炸药结合能大小排序为VitonAF2311F2314,但相差不大。考察3种黏结剂的主要性能,除扯断伸长率性外,VitonA在其他性能方面(高温、耐候性、电绝缘性、硫化胶拉伸性、抗热氧化性)均比F2311和F2314优秀。因此选择VitonA作为TATB/HMX基传爆药黏结剂。2)利用重结晶细化技术,以离子液-DMSO(二甲基亚砜)作为复合溶剂,该离子液为1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐,纯净水作为反溶剂,研究了对溶剂/非溶剂法重结晶细化TATB有影响的4种主要因素,并获得了细化TATB的最佳条件。结果表明,溶剂/非溶剂比为1/20时重结晶TATB晶体为颗粒状,溶剂/非溶剂比为1/3时,重结晶TATB晶体为片状;搅拌速率同时影响粒径与晶形,较大的搅拌速率,重结晶TATB晶体形貌规整,但粒径小;滴加速度和温度差越大,使体系瞬间形成的过饱和度越大,产生更多晶核,形成的晶体粒径变小。最佳条件下,控制溶剂/反溶剂比、搅拌速度、温度、滴加方式等因素,制得纳米级TATB颗粒。运用SEM、DSC、XRD等技术对该晶粒进行表征,纳米TATB粒径为30~100nm,中值粒径为55.9nm,形貌均匀,呈圆球状颗粒;纳米TATB与原料TATB的入射角一致,说明重结晶技术没有改变物质结构,峰高明显降低,半峰宽明显增大;纳米TATB的热分解温度和起始放热峰温均略低于原料,可见由于颗粒小,比表面积大,更易发生热分解;5kg落锤时,撞击感度测试发现,100cm仍不发火,说明纳米TATB撞击感度优异。3)采用水悬浮包覆技术,以TATB、HMX、VitonA为组分,进行PBX炸药的制备。研究了黏结剂浓度、料液比(TATB/HMX与纯净水的质量比)、搅拌、真空压力、颗粒的成熟时间等因素对TATB/HMX基PBX包覆的影响。结果表明,黏结剂溶液的滴加速度与粘结剂溶液的浓度有关系,低浓度要求的滴加速度应该慢些。反之,高浓度溶液则要求较快的滴加速度;料液比反映了水的用量,水越多,炸药量越少,形成的水力打磨作用越明显。料液比为1:3时,造型粉颗粒表面粗糙,甚至包覆不完全;料液比为1:10时,造型粉经过打磨,表面光滑,甚至有光泽,包覆完全;搅拌对TATB/HMX基PBX颗粒大小的影响突出,搅拌速率越大,颗粒越小;无真空压力时,包覆颗粒为扁平状;真空压力为0.045MPa时,包覆颗粒呈球形;真空压力为0.050MPa时,出现大量空腔,包覆颗粒被破坏。研究发现,0.045MPa时效果最佳。成熟时间太小,形貌不规则,颗粒不密实;成熟时间太长,可能导致部分颗粒被打碎,造成形貌不规整,也可能导致炸药与黏结剂脱粘。本研究在60℃,0.045MPa,滴速为25m L/min,搅拌为500r/min,成熟时间为3min时,获得堆积密度0.8240g/cm3。4)对TATB/HMX为基的复合炸药颗粒的物理化学特性进行测试,SEM图说明包覆颗粒形貌规整,呈球形,粒度均匀,粒径约360μm;X射线衍射对PBX进行成份分析,图谱中能够分解出TATB、HMX的特征峰,并且入射角几乎一致,也没有新的衍射峰出现,说明包覆工艺并未改变物质晶体结构;5)将TATB、HMX分别与VitonA形成混合体系,与对应的TATB、HMX单一体系的热分解特性进行比较,研究TATB与VitonA、HMX与VitonA的相容性。结果表明,混合体系的活化能均大于单一体系,说明混合体系比单独体系更难于发生热分解反应;混合体系与单一体系的放热峰温差值均小于2℃,活化能变化率均小于20%,均属于1级,说明TATB与VitonA相容性好,HMX与VitonA相容性好。6)对以TATB、HMX、VitonA为组分的PBX传爆药进行烤燃性能、冲击波感度、撞击感度测试,结果表明,快烤、慢烤均没有发生高于燃烧与爆燃级别的反应;冲击波感度临界隔板厚度为5.62mm;2.5kg落锤、100cm撞击感度测试20发均未发火,说明该PBX的烤燃特性、冲击波感度、撞击感度能够满足钝感要求。92%理论密度时,实测爆速达到7863m/s,理论计算值为7942m/s,满足传爆药要求。
【关键词】：TATB 钝感 传爆药 纳米颗粒 性能表征
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ560.6
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-33
• 1.1 课题研究的背景、意义、目的13-15
• 1.1.1 研究背景13-15
• 1.1.2 研究意义、目的15
• 1.2 国内外研究进展15-31
• 1.2.1 钝感炸药的研究进展15-26
• 1.2.2 TATB单质炸药研究进展26-27
• 1.2.3 TATB基PBX炸药特性研究进展27-30
• 1.2.4 PBX制备工艺研究进展30-31
• 1.3 本文的研究内容和方法31-33
• 2 基于分子动力学（MD）方法的黏结剂配方优选33-52
• 2.1 基本原理33-37
• 2.1.1 结合能34
• 2.1.2 量子化学计算方法34-36
• 2.1.3 计算机分子模拟36-37
• 2.2 黏结剂优选模拟研究37-51
• 2.2.1 搭建模型37-38
• 2.2.2 黏结剂模型平衡研究38-43
• 2.2.3 TATB/HMX/黏结剂（60/35/5）黏结剂优选模拟研究43-46
• 2.2.4 TATB/HMX/黏结剂（45/50/5）黏结剂优选模拟研究46-50
• 2.2.5 黏结剂选择研究50-51
• 2.3 本章小结51-52
• 3 TATB重结晶细化研究52-69
• 3.1 TATB在离子液中的溶解研究52-55
• 3.1.1 离子液溶解TATB的机理52-53
• 3.1.2 TATB在离子液及复合溶剂中的溶解性研究53-55
• 3.2 复合溶剂制备纳米TATB的研究55-67
• 3.2.1 重结晶原理55-60
• 3.2.2 材料、测试方法60
• 3.2.3 重结晶TATB试样制备60-61
• 3.2.4 影响因素分析61-64
• 3.2.5 结果分析与讨论64-67
• 3.3 本章小结67-69
• 4 TATB/HMX/VitonA包覆研究69-106
• 4.1 包覆试验机理69-74
• 4.1.1 润湿现象69-72
• 4.1.2 包覆造粒机理72-74
• 4.2 TATB基钝感炸药水悬浮包覆技术反应器研究74-83
• 4.2.1 反应器型式研究75-77
• 4.2.2 搅拌器型式研究77-79
• 4.2.3 罐体的尺寸研究79-83
• 4.3 体系界面特性研究83-92
• 4.3.1 炸药与水的界面特性研究84-86
• 4.3.2 炸药与黏结剂溶剂的界面特性研究86
• 4.3.3 水与黏结剂溶剂的界面特性研究86-88
• 4.3.4 黏结剂与黏结剂溶剂的界面特性研究88-92
• 4.4 包覆工艺试验研究92-105
• 4.4.1 装置、材料、测试方法92-93
• 4.4.2 包覆试验及结果分析93-105
• 4.5 本章小结105-106
• 5 TATB/HMX/VitonA传爆药性能研究106-120
• 5.1 PBX形貌及组成106-107
• 5.2 相容性107-112
• 5.2.1 方法原理108
• 5.2.2 相容性研究108-112
• 5.3 烤燃特性112-114
• 5.3.1 方法原理112
• 5.3.2 烤燃反应等级评定标准112-113
• 5.3.3 试验结果分析113-114
• 5.4 冲击波感度试验（小隔板试验）114-116
• 5.4.1 试验装置114-115
• 5.4.2 试验原理与方法115
• 5.4.3 试验结果分析115-116
• 5.5 撞击感度试验116-118
• 5.5.1 试验方法116-117
• 5.5.2 试验结果分析117-118
• 5.6 爆速测定试验118-119
• 5.6.1 试验方法118-119
• 5.6.2 试验结果分析119
• 5.7 本章小结119-120
• 6 结论与展望120-123
• 6.1 结论120-121
• 6.2 本文创新点121
• 6.3 展望121-123
• 参考文献123-130
• 致谢130-131
• 读博攻士学位期间所取得的研究成果131

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 何伯珩;量子化学中的几个基本概念[J];大学化学;1995年02期

2 封继康;3-羟基对氧萘酮分子内激发态质子转移反应位能面和机理的研究[J];高等学校化学学报;1989年11期

3 任桂兰;乙烯和乙炔的亲电加成反应及其酸性[J];高师理科学刊;2002年01期

4 车明洙;金京一;陈铁;郑明花;;量子化学中的左矢问题[J];高师理科学刊;2013年06期

5 郑明花;金京一;;量子化学中的内积及其模型[J];广州化工;2014年22期

6 李建平;《结构化学》疑难讲析(二)——变分法[J];湖北大学成人教育学院学报;2001年05期

7 李建平;《结构化学》疑难讲析(三)——MO理论与VB理论[J];湖北大学成人教育学院学报;2002年02期

8 张亚辉,许时;单宁类调整剂作用活性的量子化学研究[J];化工矿山技术;1991年05期

9 韩利平,刘浩,屈凌波;频哪醇重排反应过渡态的量子化学参数计算[J];河南科学;2005年03期

10 刘承东,唐波;关于原子轨道能级序列的几点讨论[J];化学通报;1999年08期

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 温正城;臭氧在烟气中氧化降解多种污染物的机理研究[D];浙江大学;2009年

2 姜冬宇;锰铈复合氧化物纳米球的超临界抗溶剂法制备及性能研究[D];天津大学;2012年

3 孙颖;海萤类似物发光反应机理及其相关双光子荧光探针材料的理论研究[D];吉林大学;2011年

4 何苗;杂环化合物和多环芳烃生物降解性能的研究[D];清华大学;1995年

5 侯世林;双原子分子振转能谱和离解能的理论研究[D];四川大学;2003年

6 周亚红;聚α-氰基丙烯酸乙酯和聚甲基丙烯酸乙酯的制备、表征及其密度泛函理论研究[D];南京理工大学;2004年

7 苏丽敏;部分取代芳烃与重金属对发光菌联合毒性及构效关系研究[D];东北师范大学;2008年

8 李文超;双光子吸收材料的理论研究[D];吉林大学;2009年

9 邹陆一;多功能有机电致发光材料的理论研究[D];吉林大学;2009年

10 陈玉红;M-N-H系储氢材料团簇结构与性质的第一性原理研究[D];兰州理工大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张营;氨基酸离子液体的结构和阴阳离子间相互作用的理论研究[D];江南大学;2011年

2 蔡冠华;Ge_3N_4的准粒子能带结构计算[D];复旦大学;2011年

3 张子龙;分枝形有机电致发光材料的电子结构和光物理性质的理论研究[D];吉林大学;2011年

4 贺婧媛;咔唑衍生物的理论研究[D];山西大学;2011年

5 李红海;分子器件的电子结构和输运性质[D];山东师范大学;2002年

6 李新喜;异核双原子分子势能函数的变分研究[D];四川大学;2003年

7 赵蔡斌;基于神经网络的药物清除率与药物结构参数的关系研究[D];四川大学;2003年

8 黄武英;He-LiH体系的势能面和量子动力学研究[D];安徽师范大学;2004年

9 徐丽娜;NTO二聚体及混合体分子间相互作用的理论研究[D];南京理工大学;2004年

10 方国勇;HMX基高聚物粘结炸药（PBX）配方设计的分子水平研究[D];南京理工大学;2004年

，

本文编号：856499