【摘要】：硝胺炸藥(RDX、HMX、CL-20等)因能量密度高等特點被應(yīng)用于陸、海、空軍武器彈藥中,但較高的機械感度使其在貯存、運輸、應(yīng)用過程中存在較大的安全隱患,成為了廣泛應(yīng)用的瓶頸,因此開發(fā)新型高效降感技術(shù)對拓寬硝胺炸藥的應(yīng)用范圍至關(guān)重要。本論文針對傳統(tǒng)包覆降感技術(shù)存在的不足,提出一種新的包覆降感方法—乳液聚合法,分別設(shè)計研究了聚甲基丙烯酸甲酯及三聚氰胺-脲醛樹脂兩種乳液聚合體系,成功制備了表面包覆層致密機械感度顯著降低的RDX、HMX、CL-20基復(fù)合含能微球。具體研究工作如下:(1)為研究聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、脲醛樹脂(UF)與三種硝胺類炸藥的相容性,首先通過分子動力學模擬計算了PMMA、UF與HMX、RDX、CL-20之間的結(jié)合能,以結(jié)合能大小來度量兩種黏結(jié)劑與炸藥之間相容性;其次,采用差示掃描量熱法(DSC)研究兩種黏結(jié)劑與炸藥之間相容性等級;最后,為探究不同溫度體系下黏結(jié)劑與三種硝胺類炸藥之間相互作用力大小,對不同溫度體系下黏結(jié)劑與炸藥的結(jié)合能進行了模擬研究。通過模擬及試驗分析,黏結(jié)劑PMMA和UF與三種硝胺炸藥具有較強的結(jié)合能及良好的相容性等級,可以作為包覆降感硝胺炸藥的鈍感材料;通過MD模擬計算得出HMX/PMMA、RDX/PMMA、CL-20/PMMA、HMX/UF、RDX/UF、CL-20/UF分子之間的最佳結(jié)合溫度分別為:353 K、353 K、343 K、353 K、333 K、343 K。(2)針對傳統(tǒng)細化降感硝胺炸藥存在的不足,提出了“綠色乳化剪切技術(shù)”,并用該技術(shù)成功制備了亞微米級HMX、RDX和CL-20粒子作為制備球形復(fù)合含能微球的主體炸藥,重點研究了乳化剪切時間對HMX形貌及性能的影響。分析發(fā)現(xiàn),隨著乳化剪切時間的增加HMX粒子粒徑逐漸變小,最佳的乳化剪切時間為6 h,此時制備的亞微米HMX粒子粒徑為300 nm左右,特性落高為35.62 cm,粒度分布較窄且具有較好的熱穩(wěn)定性。(3)為研究乳液聚合法與其它方法制備的復(fù)合粒子形貌及性能上的差異,以RDX/MUF為研究對象,用物理混合法,干燥浴法及乳液聚合法制備了三種不同RDX/MUF復(fù)合粒子,通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線粉末衍射(XRD)、傅里葉紅外(FT-IR)、差式掃描量熱儀(DSC)、撞擊感度等對制備的復(fù)合粒子的形貌、晶型結(jié)構(gòu)、熱分解性能及機械感度進行對比分析;同時針對乳液聚合法制備RDX/MUF過程中的三個關(guān)鍵因素(三聚氰胺-尿素不同配比、脲醛樹脂預(yù)聚體溶液pH、反應(yīng)溫度)對其晶型形貌的影響進行單因素試驗研究。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)不同方法制備的RDX/MUF復(fù)合粒子,晶型結(jié)構(gòu)都沒有發(fā)生變化,但形貌及性能上有很大差別,其中乳液聚合法制備的RDX/MUF復(fù)合含能微球為表面光滑的球形結(jié)構(gòu),熱穩(wěn)定性和機械感度都為最優(yōu);通過單因素影響試驗研究發(fā)現(xiàn)乳液聚合法制備RDX/MUF復(fù)合含能微球最佳反應(yīng)溫度為70℃、最佳脲醛樹脂預(yù)聚體溶液pH值為3、最佳三聚氰胺-尿素摩爾比為0.4,在此條件下制備的RDX/MUF復(fù)合含能微球形貌為分散均勻的實心球形。(4)為驗證以PMMA作為黏結(jié)劑時,乳液聚合法制備復(fù)合含能微球的優(yōu)異性,以RDX/PMMA為研究對象,用水懸浮包覆法、一步造粒法及乳液聚合法制備了三種不同RDX/PMMA復(fù)合粒子,并對制備的三種RDX/PMMA復(fù)合含能粒子的形貌和晶型結(jié)構(gòu)進行對比分析;同時用正交試驗法研究了乳液聚合法制備RDX/PMMA復(fù)合微球中反應(yīng)溫度、引發(fā)劑用量、乳化劑用量對RDX/PMMA粒度及成型效果的影響,并對RDX/PMMA的成球機理進行初步探究。研究發(fā)現(xiàn),不同方法制備的RDX/PMMA復(fù)合粒子形貌及性能上有很大差別,其中乳液聚合法制備的RDX/PMMA復(fù)合含能微球為包覆密實的球形結(jié)構(gòu),三種方法制備的復(fù)合粒子的晶型結(jié)構(gòu)都未發(fā)生改變,所以,在用PMMA包覆降感RDX過程中,乳液聚合法是一種制備球形復(fù)合含能微球的可靠降感技術(shù);通過極差分析得出三個影響因素對RDX/PMMA規(guī)整度的影響程度為反應(yīng)溫度引發(fā)劑用量乳化劑用量,制備RDX/PMMA復(fù)合含能微球的較優(yōu)工藝參數(shù)組合為:反應(yīng)溫度80℃、引發(fā)劑用量0.01 g、乳化劑用量0.10 g;通過對RDX/PMMA復(fù)合含能微球切面的分析,建立“蜂巢成球模型”對RDX/PMMA的成球機理進行了探究。(5)用乳液聚合法制備了相同黏結(jié)劑含量的RDX/PMMA、RDX/MUF、HMX/PMMA、HMX/MUF、CL-20/PMMA、CL-20/MUF復(fù)合含能微球,并對晶型結(jié)構(gòu)、形貌及性能進行對比分析研究;研究發(fā)現(xiàn)乳液聚合法制備的六組復(fù)合含能微球皆為包覆密實的類球形結(jié)構(gòu),且兩種黏結(jié)劑的加入都不會對單質(zhì)炸藥的晶型結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞,熱穩(wěn)定性和安全性能都有所提高,乳液聚合法可以有效增加黏結(jié)劑的包覆效果,同時能夠改善單質(zhì)炸藥的熱穩(wěn)定性,是一種可以制備形貌良好的復(fù)合含能微球的高效降感技術(shù)。
【圖文】：

中北大學學位論文只是簡單的相互連接在了一起并沒有形成有效的包覆，而 1.1（b）所示，HN現(xiàn)大量的裸露現(xiàn)象，包覆效果并不理想；張超等[30]利用熱塑性聚氨酯彈性體通包覆法對 CL-20 進行包覆降感研究，制備后的 CL-20 基復(fù)合粒子摩擦感度和均有所降低，燃速和抗拉強度都所有提高；陳建等[31]為獲得高能低感傳爆藥，，為主體炸藥，用水懸浮法制備了 X-HNIW 為基的傳爆藥，制備的樣品如圖 1.1（d）所示，單質(zhì)炸藥被黏結(jié)劑包裹在一起，但分散效果較差。a b

直接使溶液、乳濁液干燥成粉狀或顆粒狀制品，可省去蒸發(fā)、粉碎等工序用懸浮噴霧干燥法將偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物（F2602）包覆于 HMX 顆粒 HMX/F2602核殼復(fù)合微球并探討了進口溫度、進料速率和料液濃度等懸浮條件對 HMX／F2602核殼復(fù)合微球粒度的影響，圖 1.2（a）和圖 1.2（b）制備的復(fù)合微球具有良好的分散性和較為理想的包覆形貌，同時也可以看復(fù)合含能球體破損情況的存在；石曉峰等[35]以硝化棉（NC）為黏結(jié)劑、R藥，采用噴霧干燥法制備了 RDX/NC 超細復(fù)合含能微球，并對其性能進圖 1.2（c）和圖 1.2（d）中可以看出，雖然該方法制備的復(fù)合粒子的形貌球形，但復(fù)合粒子表面破損、凹陷較為明顯。噴霧干燥技術(shù)形成的包覆層單分子層或多分子層。改性的效果主要取決于溶液對改性顆粒的潤濕性、料和干燥塔的進出口溫度。采用噴霧干燥技術(shù)對硝胺炸藥顆粒進行表面改性氣體作為保護氣，以保證生產(chǎn)過程的安全性。a b
【學位授予單位】：中北大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ560.6

【參考文獻】

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本文編號：2651389