發(fā)布時間：2017-05-15 21:32

  本文關(guān)鍵詞：具有降感特性納米硝胺炸藥的可控制備及應(yīng)用基礎(chǔ)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：硝胺類炸藥(環(huán)三亞甲基三硝胺(RDX)、環(huán)四亞甲基四硝胺(HMX)、六硝基六氮雜異伍茲烷(CL-20))具有較高的爆熱、爆速和爆壓,爆轟性能比較優(yōu)異,可廣泛應(yīng)用于混合炸藥和固體推進(jìn)劑中,對保證高新武器系統(tǒng)實現(xiàn)“遠(yuǎn)程精確打擊、高效高能毀傷”十分有利。然而,工業(yè)微米級RDX、HMX和CL-20的摩擦、撞擊和沖擊波感度都較高,在研制、生產(chǎn)、貯存、運(yùn)輸以及使用過程中經(jīng)常會由于受到外界能量刺激而引發(fā)意外的燃燒或爆炸,造成重大的經(jīng)濟(jì)損失,甚至人員傷亡；因此,需對它們進(jìn)行降感處理,以提高使用穩(wěn)定性和安全性。本課題基于納米化降感思路,采用南京理工大學(xué)國家特種超細(xì)粉體工程技術(shù)研究中心發(fā)明的HLGB-10型粉碎機(jī),可控制備納米RDX、HMX和CL-20,并對納米硝胺炸藥的性能、硝胺炸藥納米化降感機(jī)理、納米RDX/HMX在壓裝型PBX混合炸藥和納米RDX在改性雙基推進(jìn)劑中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。具體研究內(nèi)容如下：首先,基于“微力高效精確施加”粉碎原理,采用HLGB-10型粉碎機(jī),通過控制合適工藝參數(shù)成功制備出了顆粒尺寸在60nm左右、呈類球形、粒度分布范圍很窄的納米硝胺炸藥(RDX、HMX和CL-20)。提出了“膨脹撐離”防團(tuán)聚原理,研究了分散液體和干燥方式對納米硝胺炸藥干燥效果的影響,確定了適合于納米硝胺炸藥的干燥條件與參數(shù)。同時,對納米硝胺炸藥的化學(xué)純度、晶型結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、熱分解特性、安定性和感度進(jìn)行了研究,結(jié)果表明：納米硝胺炸藥的化學(xué)純度很高,由粉碎系統(tǒng)引入的雜質(zhì)極少,晶型結(jié)構(gòu)和分子結(jié)構(gòu)在納米化過程中未發(fā)生改變。與工業(yè)微米級硝胺炸藥原料一致；納米硝胺炸藥的熱分解表觀活化能比工業(yè)微米級硝胺炸藥原料偏低；在100℃下,納米硝胺炸藥和工業(yè)微米級硝胺炸藥原料的熱穩(wěn)定性一致；與工業(yè)微米級硝胺炸藥原料相比,納米硝胺炸藥的摩擦、撞擊和沖擊波感度分別降低20%、40%和50%以上,安全性大大提高。其次,分析研究了硝胺炸藥納米化降感機(jī)理�；跓狳c理論,結(jié)合硝胺炸藥納米化粉碎過程中其晶體顆粒本身尺寸、形貌、晶體完整性等因素變化的規(guī)律和趨勢,研究硝胺炸藥在摩擦、撞擊和沖擊波等外界刺激作用下形成熱點并進(jìn)一步引發(fā)爆炸的幾率隨這些因素的變化規(guī)律,從宏觀理論和微觀分解能量兩個方面分析研究并闡述了硝胺炸藥納米化降感機(jī)理。在宏觀方面,分析研究了硝胺炸藥在外界刺激作用下內(nèi)部所形成的熱點其溫度隨顆粒尺寸、形貌、塑性屈服強(qiáng)度等因素的變化規(guī)律,結(jié)果表明：硝胺炸藥內(nèi)部形成的熱點其溫度隨顆粒尺寸減小和比表面積的增大而降低,隨塑性屈服強(qiáng)度Py的增大而降低。由于納米硝胺炸藥顆粒尺寸小,比表面積大,散熱速率快；內(nèi)部缺陷少,晶體完整性高,塑性屈服強(qiáng)度大；在外界刺激作用下產(chǎn)生的熱點其溫度較低,因而表現(xiàn)為摩擦、撞擊和沖擊波感度降低。在微觀分解能量方面,首先提出了“臨界電子激發(fā)能”的概念,實測表征并計算出了不同尺寸硝胺炸藥顆粒的臨界電子激發(fā)能,模擬出了臨界電子激發(fā)能隨顆粒尺寸的變化規(guī)律曲線,結(jié)果表明：硝胺炸藥的臨界電子激發(fā)能隨顆粒尺寸的減小呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢,臨界粒徑在10μm左右；硝胺炸藥納米化后,臨界電子激發(fā)能顯著提高,對外界能量刺激的穩(wěn)定性增強(qiáng),所形成的熱點其溫度將降低,進(jìn)而表現(xiàn)為摩擦、撞擊和沖擊波感度降低。總的來說,硝胺炸藥納米化降感的機(jī)理可歸因于納米硝胺炸藥的小尺寸效應(yīng),密實效應(yīng)和表面效應(yīng),以及它們之間的綜合協(xié)同效應(yīng)。第三,研究了納米RDX在壓裝型PBX混合炸藥中的應(yīng)用。突破了納米RDX基聚黑(JH)炸藥的制備工藝技術(shù),所制備的造型粉合格品率在99.5%以上,主要分布在60-30目之間。同時,研究了納米RDX基JH炸藥的組分含量、熱分解特性、安定性、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、感度和爆炸性能。結(jié)果表明：納米RDX在JH炸藥制備過程中不流失,混合炸藥中各組分含量與配方中各組分對應(yīng)的投料量一致。與工業(yè)微米級RDX基JH炸藥相比,納米RDX基JH炸藥的熱分解峰溫提前,表觀活化能減小約1.9%,為127.1kJ·mol-1；在100℃下,二者安定性一致；納米RDX基JH炸藥的微觀結(jié)構(gòu)更加密實；當(dāng)裝藥密度為1.68g·cm3時,納米RDX基JH炸藥比工業(yè)微米級RDX基JH炸藥的抗壓強(qiáng)度提高91.8%,壓縮率增大39.7%；摩擦、撞擊和沖擊波感度分別降低21.1%、55.4%和13.6%,安全性大大提高；并且,納米RDX基JH炸藥對撞擊或沖擊波作用的起爆穩(wěn)定性更好,爆炸性能相當(dāng)。第四,研究了納米HMX在壓裝型PBX混合炸藥中的應(yīng)用。突破了納米HMX基聚奧(JO)炸藥的制備工藝技術(shù),所制備的造型粉合格品率在99.5%以上,主要分布在60-30目之間。同時,研究了納米HMX基JO炸藥的組分含量、熱分解特性、安定性、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、感度和爆炸性能。結(jié)果表明：納米HMX在JO炸藥制備過程中不流失,混合炸藥中各組分含量與配方中各組分對應(yīng)的投料量一致。與工業(yè)微米級HMX基JO炸藥相比,納米HMX基JO炸藥的熱分解峰溫提前,表觀活化能減小約3.6%,為358.1kJ·mol-1;在100℃下,二者安定性一致；納米HMX基JO炸藥的微觀結(jié)構(gòu)更加密實；當(dāng)裝藥密度為1.71g·cm-3時,納米HMX基JO炸藥比工業(yè)微米級HMX基JO炸藥的抗壓強(qiáng)度提高272.6%,壓縮率增大32.6%；摩擦、撞擊和沖擊波感度分別降低30.0%、48.0%和24.4%,安全性大大提高；并且,納米HMX基JO炸藥對撞擊或沖擊波作用的起爆穩(wěn)定性更好,爆炸性能相當(dāng)。第五,研究了納米RDX在低固含量改性雙基推進(jìn)劑(推進(jìn)劑中固體含量小于30%,本文所研究的推進(jìn)劑中RDX含量為18%,簡稱其為GHD推進(jìn)劑)中的應(yīng)用。采用螺壓工藝,通過吸收、脫水、混同、壓延、塑化、成型等工序,制備了含10%納米RDX的低固含量改性雙基推進(jìn)劑(10%納米RDX取代GHD推進(jìn)劑),并對其組分含量、熱分解特性、安定性、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、感度和燃燒性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：當(dāng)納米RDX應(yīng)用于低固含量改性雙基推進(jìn)劑中,納米RDX在推進(jìn)劑加工過程中不流失,其含量與配方中RDX的投料量一致。與未取代GHD推進(jìn)劑相比,10%納米RDX取代GHD推進(jìn)劑的熱分解峰溫提前,表觀活化能減小約4.8%,為164.2kJ.mol-1;在120℃下,二者安定性一致；10%納米RDX取代GHD推進(jìn)劑的微觀結(jié)構(gòu)更加密實,當(dāng)密度為1.66g·cm-3時,在高溫下抗拉強(qiáng)度提高37.4%,伸長率增大16.1%；在常溫下抗拉強(qiáng)度提高27.5%,伸長率增大19.4%；在低溫下抗拉強(qiáng)度提高26.7%,伸長率增大39.6%；摩擦感度和撞擊感度分別降低51.3%和50.4%,安全性大大提高；在8-18MPa范圍內(nèi),在20℃下的燃速系數(shù)從8.692增大至10.950,提高26.0%,壓強(qiáng)指數(shù)從0.384減小為0.299,降低22.1%,燃燒性能明顯改善。最后,研究了納米RDX在高固含量改性雙基推進(jìn)劑(推進(jìn)劑中固體含量大于30%,本文所研究的推進(jìn)劑中RDX含量為48.5%,簡稱其為GHG推進(jìn)劑)中的應(yīng)用。采用螺壓工藝,通過吸收、脫水、混同、壓延、塑化、成型等工序,制備了含20%納米RDX的高固含量改性雙基推進(jìn)劑(20%納米RDX取代GHG推進(jìn)劑),并對其組分含量、熱分解特性、安定性、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、感度和燃燒性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：當(dāng)納米RDX應(yīng)用于高固含量改性雙基推進(jìn)劑中,納米RDX在推進(jìn)劑加工過程中不流失,其含量與配方中RDX的投料量一致。與未取代GHG推進(jìn)劑相比,20%納米RDX取代GHG推進(jìn)劑的熱分解峰溫提前,表觀活化能減小約6.0%,為144.3kJ·mol-1;在120℃下,二者安定性一致；20%納米RDX取代GHG推進(jìn)劑的微觀結(jié)構(gòu)更加密實,當(dāng)密度為1.75g·cm-3時,在高溫下抗拉強(qiáng)度提高32.6%,伸長率增大25.2%；在常溫下抗拉強(qiáng)度提高25.4%,伸長率增大46.9%；在低溫下抗拉強(qiáng)度提高17.5%,伸長率增大23..7%；摩擦感度和撞擊感度分別降低50.0%和27.3%,安全性大大提高；在6-16MPa范圍內(nèi),在20℃下的燃速系數(shù)從6.139增大至8.405,提高36.9%,壓強(qiáng)指數(shù)從0.463減小為0.363,降低21.6%,燃燒性能明顯改善。本課題基于“微力高效精確施加”粉碎原理,采用機(jī)械粉碎法成功可控批量制備了納米RDX、HMX和CL-20；提出了“膨脹撐離”原理,結(jié)合相關(guān)技術(shù)有效地防止了納米硝胺炸藥團(tuán)聚長大；提出了“臨界電子激發(fā)能”概念,闡述了硝胺炸藥納米化降感機(jī)理；突破了納米硝胺炸藥在壓裝型PBX炸藥和CMDB推進(jìn)劑中的應(yīng)用技術(shù),大幅度降低了混合炸藥和推進(jìn)劑的感度,并顯著改善了它們的力學(xué)性能以及推進(jìn)劑的燃燒性能。
【關(guān)鍵詞】：納米硝胺炸藥 降感機(jī)理 高分子黏結(jié)炸藥(PBX) 改性雙基推進(jìn)劑(CMDB) 熱分解特性 力學(xué)性能 感度 燃爆性能
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ560.7
【目錄】：

• 摘要5-8
• Abstract8-24
• 1 緒論24-43
• 1.1 引言24
• 1.2 降低硝胺炸藥感度的方法24-30
• 1.2.1 包覆降感24-26
• 1.2.2 共晶降感26-27
• 1.2.3 改善晶體品質(zhì)降感27-29
• 1.2.4 微納米化降感29-30
• 1.3 納米硝胺炸藥的制備方法30-34
• 1.3.1 重結(jié)晶法制備納米硝胺炸藥31-33
• 1.3.2 粉碎法制備納米硝胺炸藥33-34
• 1.4 硝胺炸藥在火炸藥中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究34-40
• 1.4.1 硝胺炸藥在高分子黏結(jié)炸藥(PBX)中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究34-38
• 1.4.2 硝胺炸藥在改性雙基推進(jìn)劑(CMDB)中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究38-40
• 1.5 本課題的研究目的和主要研究內(nèi)容40-43
• 1.5.1 研究目的40-41
• 1.5.2 主要研究內(nèi)容41-43
• 2 納米硝胺炸藥的制備及性能研究43-82
• 2.1 實驗原材料、試劑及儀器43-44
• 2.2 納米硝胺炸藥的制備和表征44-48
• 2.2.1 納米硝胺炸藥的制備原理44-45
• 2.2.2 納米RDX的制備和表征45-46
• 2.2.3 納米HMX的制備和表征46-47
• 2.2.4 納米CL-20的制備和表征47-48
• 2.3 納米硝胺炸藥的防團(tuán)聚技術(shù)研究48-59
• 2.3.1 納米硝胺炸藥的防團(tuán)聚原理48-49
• 2.3.2 納米RDX的防團(tuán)聚技術(shù)研究49-53
• 2.3.3 納米HMX的防團(tuán)聚技術(shù)研究53-58
• 2.3.4 納米CL-20的防團(tuán)聚技術(shù)研究58-59
• 2.4 納米硝胺炸藥的性能研究59-80
• 2.4.1 納米RDX的性能研究59-66
• 2.4.2 納米HMX的性能研究66-74
• 2.4.3 納米CL-20的性能研究74-80
• 2.5 本章小結(jié)80-82
• 3 硝胺炸藥納米化降感機(jī)理研究82-92
• 3.1 宏觀理論闡述82-85
• 3.1.1 摩擦作用82
• 3.1.2 沖擊作用82-85
• 3.2 微觀分解能量研究85-91
• 3.2.1 硝胺炸藥顆粒臨界電子激發(fā)能的實測與計算原理85-87
• 3.2.2 硝胺炸藥顆粒的臨界電子激發(fā)能的計算87-88
• 3.2.3 硝胺炸藥顆粒的臨界電子激發(fā)能隨尺寸的變化規(guī)律88-91
• 3.3 本章小結(jié)91-92
• 4 納米RDX在壓裝型高分子黏結(jié)炸藥(PBX)中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究92-107
• 4.1 納米RDX基壓裝型PBX混合炸藥的制備92-94
• 4.1.1 實驗原材料、試劑及儀器92-93
• 4.1.2 納米RDX基JH炸藥造型粉的制備93
• 4.1.3 納米RDX基JH炸藥造型粉的粒度分布93-94
• 4.2 納米RDX基JH炸藥造型粉的組分含量研究94-95
• 4.2.1 溶劑的選擇及組分分離順序94-95
• 4.2.2 納米RDX基JH炸藥的組分含量95
• 4.3 納米RDX基JH炸藥的熱分解特性研究95-98
• 4.4 納米RDX基JH炸藥的安定性研究98-99
• 4.5 納米RDX基JH炸藥的微觀結(jié)構(gòu)99-100
• 4.5.1 造型粉的微觀結(jié)構(gòu)99
• 4.5.2 藥柱的微觀結(jié)構(gòu)99-100
• 4.6 納米RDX基JH炸藥的力學(xué)性能研究100-103
• 4.7 納米RDX基JH炸藥的感度和爆炸性能研究103-105
• 4.7.1 摩擦、撞擊和沖擊波感度103-104
• 4.7.2 爆速、爆壓和爆熱104-105
• 4.8 本章小結(jié)105-107
• 5 納米HMX在壓裝型高分子黏結(jié)炸藥(PBX)中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究107-121
• 5.1 納米HMX基壓裝型PBX混合炸藥的制備107-109
• 5.1.1 實驗原材料、試劑及儀器107
• 5.1.2 納米HMX基JO炸藥造型粉的制備107-108
• 5.1.3 納米HMX基JO炸藥造型粉的粒度分布108-109
• 5.2 納米HMX基JO炸藥造型粉的組分含量研究109-110
• 5.2.1 溶劑的選擇及組分分離順序109-110
• 5.2.2 納米HMX基JO炸藥的組分含量110
• 5.3 納米HMX基JO炸藥的熱分解特性研究110-113
• 5.4 納米HMX基JO炸藥的安定性研究113-114
• 5.5 納米HMX基JO炸藥的微觀結(jié)構(gòu)研究114-115
• 5.5.1 造型粉的微觀結(jié)構(gòu)114
• 5.5.2 藥柱的微觀結(jié)構(gòu)114-115
• 5.6 納米HMX基JO炸藥的力學(xué)性能研究115-117
• 5.7 納米HMX基JO炸藥的感度和爆炸性能研究117-120
• 5.7.1 摩擦、撞擊和沖擊波感度117-119
• 5.7.2 爆速、爆壓和爆熱119-120
• 5.8 本章小結(jié)120-121
• 6 納米RDX在低固含量改性雙基推進(jìn)劑中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究121-137
• 6.1 含納米RDX的GHD推進(jìn)劑的制備121
• 6.2 含納米RDX的GHD推進(jìn)劑的組分含量研究121-122
• 6.3 含納米RDX的GHD推進(jìn)劑的熱分解特性研究122-125
• 6.4 含納米RDX的GHD推進(jìn)劑的安定性研究125
• 6.5 含納米RDX的GHD推進(jìn)劑的微觀結(jié)構(gòu)研究125-127
• 6.5.1 吸收藥的微觀結(jié)構(gòu)125-127
• 6.5.2 藥條的微觀結(jié)構(gòu)127
• 6.6 含納米RDX的GHD推進(jìn)劑的力學(xué)性能研究127-133
• 6.6.1 高溫力學(xué)性能128-130
• 6.6.2 常溫力學(xué)性能130-132
• 6.6.3 低溫力學(xué)性能132-133
• 6.7 含納米RDX的GHD推進(jìn)劑的感度和燃燒性能研究133-135
• 6.7.1 機(jī)械感度133-134
• 6.7.2 燃燒性能134-135
• 6.8 本章小結(jié)135-137
• 7 納米RDX在高固含量改性雙基推進(jìn)劑中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究137-152
• 7.1 含納米RDX的GHG推進(jìn)劑的制備137
• 7.2 含納米RDX的GHG推進(jìn)劑的組分含量研究137-138
• 7.3 含納米RDX的GHG推進(jìn)劑的熱分解特性研究138-141
• 7.4 含納米RDX的GHG推進(jìn)劑的安定性研究141
• 7.5 含納米RDX的GHG推進(jìn)劑的微觀結(jié)構(gòu)研究141-142
• 7.5.1 吸收藥的微觀結(jié)構(gòu)141-142
• 7.5.2 藥條的微觀結(jié)構(gòu)142
• 7.6 含納米RDX的GHG推進(jìn)劑的力學(xué)性能研究142-148
• 7.6.1 高溫力學(xué)性能143-145
• 7.6.2 常溫力學(xué)性能145-146
• 7.6.3 低溫力學(xué)性能146-148
• 7.7 含納米RDX的GHG推進(jìn)劑的感度和燃燒性能研究148-150
• 7.7.1 機(jī)械感度148-149
• 7.7.2 燃燒性能149-150
• 7.8 本章小結(jié)150-152
• 8 結(jié)論、創(chuàng)新與展望152-154
• 8.1 本文結(jié)論152
• 8.2 本文創(chuàng)新點152-153
• 8.3 后續(xù)工作展望153-154
• 致謝154-155
• 參考文獻(xiàn)155-166
• 附錄166-168

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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  本文關(guān)鍵詞：具有降感特性納米硝胺炸藥的可控制備及應(yīng)用基礎(chǔ)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：368971