本文關(guān)鍵詞：TATB基鈍感傳爆藥配方設(shè)計(jì)及制備研究

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【摘要】：TATB是目前為止熱安定性最好的高能鈍感炸藥,理論爆速為8000m/s,HMX是當(dāng)前綜合性能最好的軍用炸藥,但其感度較高。將HMX與TATB混合,可使HMX鈍感化,滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)鈍感彈藥的需求。本文通過(guò)TATB/HMX基傳爆藥的黏結(jié)劑優(yōu)選,性能測(cè)試研究,確定一種性能優(yōu)異的鈍感傳爆藥配方,并針對(duì)該炸藥進(jìn)行制備工藝研究,主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。1)選擇3種黏結(jié)劑F2311、F2314、VitonA分別與TATB/HMX組成PBX,通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬黏結(jié)劑與炸藥組分間的結(jié)合能,按結(jié)合能大小進(jìn)行排序。結(jié)果表明,TATB/HMX/黏結(jié)劑組成的復(fù)合炸藥結(jié)合能大小排序?yàn)閂itonAF2311F2314,但相差不大�？疾�3種黏結(jié)劑的主要性能,除扯斷伸長(zhǎng)率性外,VitonA在其他性能方面(高溫、耐候性、電絕緣性、硫化膠拉伸性、抗熱氧化性)均比F2311和F2314優(yōu)秀。因此選擇VitonA作為TATB/HMX基傳爆藥黏結(jié)劑。2)利用重結(jié)晶細(xì)化技術(shù),以離子液-DMSO(二甲基亞砜)作為復(fù)合溶劑,該離子液為1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽,純凈水作為反溶劑,研究了對(duì)溶劑/非溶劑法重結(jié)晶細(xì)化TATB有影響的4種主要因素,并獲得了細(xì)化TATB的最佳條件。結(jié)果表明,溶劑/非溶劑比為1/20時(shí)重結(jié)晶TATB晶體為顆粒狀,溶劑/非溶劑比為1/3時(shí),重結(jié)晶TATB晶體為片狀;攪拌速率同時(shí)影響粒徑與晶形,較大的攪拌速率,重結(jié)晶TATB晶體形貌規(guī)整,但粒徑小;滴加速度和溫度差越大,使體系瞬間形成的過(guò)飽和度越大,產(chǎn)生更多晶核,形成的晶體粒徑變小。最佳條件下,控制溶劑/反溶劑比、攪拌速度、溫度、滴加方式等因素,制得納米級(jí)TATB顆粒。運(yùn)用SEM、DSC、XRD等技術(shù)對(duì)該晶粒進(jìn)行表征,納米TATB粒徑為30~100nm,中值粒徑為55.9nm,形貌均勻,呈圓球狀顆粒;納米TATB與原料TATB的入射角一致,說(shuō)明重結(jié)晶技術(shù)沒(méi)有改變物質(zhì)結(jié)構(gòu),峰高明顯降低,半峰寬明顯增大;納米TATB的熱分解溫度和起始放熱峰溫均略低于原料,可見(jiàn)由于顆粒小,比表面積大,更易發(fā)生熱分解;5kg落錘時(shí),撞擊感度測(cè)試發(fā)現(xiàn),100cm仍不發(fā)火,說(shuō)明納米TATB撞擊感度優(yōu)異。3)采用水懸浮包覆技術(shù),以TATB、HMX、VitonA為組分,進(jìn)行PBX炸藥的制備。研究了黏結(jié)劑濃度、料液比(TATB/HMX與純凈水的質(zhì)量比)、攪拌、真空壓力、顆粒的成熟時(shí)間等因素對(duì)TATB/HMX基PBX包覆的影響。結(jié)果表明,黏結(jié)劑溶液的滴加速度與粘結(jié)劑溶液的濃度有關(guān)系,低濃度要求的滴加速度應(yīng)該慢些。反之,高濃度溶液則要求較快的滴加速度;料液比反映了水的用量,水越多,炸藥量越少,形成的水力打磨作用越明顯。料液比為1:3時(shí),造型粉顆粒表面粗糙,甚至包覆不完全;料液比為1:10時(shí),造型粉經(jīng)過(guò)打磨,表面光滑,甚至有光澤,包覆完全;攪拌對(duì)TATB/HMX基PBX顆粒大小的影響突出,攪拌速率越大,顆粒越小;無(wú)真空壓力時(shí),包覆顆粒為扁平狀;真空壓力為0.045MPa時(shí),包覆顆粒呈球形;真空壓力為0.050MPa時(shí),出現(xiàn)大量空腔,包覆顆粒被破壞。研究發(fā)現(xiàn),0.045MPa時(shí)效果最佳。成熟時(shí)間太小,形貌不規(guī)則,顆粒不密實(shí);成熟時(shí)間太長(zhǎng),可能導(dǎo)致部分顆粒被打碎,造成形貌不規(guī)整,也可能導(dǎo)致炸藥與黏結(jié)劑脫粘。本研究在60℃,0.045MPa,滴速為25m L/min,攪拌為500r/min,成熟時(shí)間為3min時(shí),獲得堆積密度0.8240g/cm3。4)對(duì)TATB/HMX為基的復(fù)合炸藥顆粒的物理化學(xué)特性進(jìn)行測(cè)試,SEM圖說(shuō)明包覆顆粒形貌規(guī)整,呈球形,粒度均勻,粒徑約360μm;X射線衍射對(duì)PBX進(jìn)行成份分析,圖譜中能夠分解出TATB、HMX的特征峰,并且入射角幾乎一致,也沒(méi)有新的衍射峰出現(xiàn),說(shuō)明包覆工藝并未改變物質(zhì)晶體結(jié)構(gòu);5)將TATB、HMX分別與VitonA形成混合體系,與對(duì)應(yīng)的TATB、HMX單一體系的熱分解特性進(jìn)行比較,研究TATB與VitonA、HMX與VitonA的相容性。結(jié)果表明,混合體系的活化能均大于單一體系,說(shuō)明混合體系比單獨(dú)體系更難于發(fā)生熱分解反應(yīng);混合體系與單一體系的放熱峰溫差值均小于2℃,活化能變化率均小于20%,均屬于1級(jí),說(shuō)明TATB與VitonA相容性好,HMX與VitonA相容性好。6)對(duì)以TATB、HMX、VitonA為組分的PBX傳爆藥進(jìn)行烤燃性能、沖擊波感度、撞擊感度測(cè)試,結(jié)果表明,快烤、慢烤均沒(méi)有發(fā)生高于燃燒與爆燃級(jí)別的反應(yīng);沖擊波感度臨界隔板厚度為5.62mm;2.5kg落錘、100cm撞擊感度測(cè)試20發(fā)均未發(fā)火,說(shuō)明該P(yáng)BX的烤燃特性、沖擊波感度、撞擊感度能夠滿足鈍感要求。92%理論密度時(shí),實(shí)測(cè)爆速達(dá)到7863m/s,理論計(jì)算值為7942m/s,滿足傳爆藥要求。
【關(guān)鍵詞】：TATB 鈍感 傳爆藥 納米顆粒 性能表征
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ560.6
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 緒論13-33
• 1.1 課題研究的背景、意義、目的13-15
• 1.1.1 研究背景13-15
• 1.1.2 研究意義、目的15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展15-31
• 1.2.1 鈍感炸藥的研究進(jìn)展15-26
• 1.2.2 TATB單質(zhì)炸藥研究進(jìn)展26-27
• 1.2.3 TATB基PBX炸藥特性研究進(jìn)展27-30
• 1.2.4 PBX制備工藝研究進(jìn)展30-31
• 1.3 本文的研究?jī)?nèi)容和方法31-33
• 2 基于分子動(dòng)力學(xué)（MD）方法的黏結(jié)劑配方優(yōu)選33-52
• 2.1 基本原理33-37
• 2.1.1 結(jié)合能34
• 2.1.2 量子化學(xué)計(jì)算方法34-36
• 2.1.3 計(jì)算機(jī)分子模擬36-37
• 2.2 黏結(jié)劑優(yōu)選模擬研究37-51
• 2.2.1 搭建模型37-38
• 2.2.2 黏結(jié)劑模型平衡研究38-43
• 2.2.3 TATB/HMX/黏結(jié)劑（60/35/5）黏結(jié)劑優(yōu)選模擬研究43-46
• 2.2.4 TATB/HMX/黏結(jié)劑（45/50/5）黏結(jié)劑優(yōu)選模擬研究46-50
• 2.2.5 黏結(jié)劑選擇研究50-51
• 2.3 本章小結(jié)51-52
• 3 TATB重結(jié)晶細(xì)化研究52-69
• 3.1 TATB在離子液中的溶解研究52-55
• 3.1.1 離子液溶解TATB的機(jī)理52-53
• 3.1.2 TATB在離子液及復(fù)合溶劑中的溶解性研究53-55
• 3.2 復(fù)合溶劑制備納米TATB的研究55-67
• 3.2.1 重結(jié)晶原理55-60
• 3.2.2 材料、測(cè)試方法60
• 3.2.3 重結(jié)晶TATB試樣制備60-61
• 3.2.4 影響因素分析61-64
• 3.2.5 結(jié)果分析與討論64-67
• 3.3 本章小結(jié)67-69
• 4 TATB/HMX/VitonA包覆研究69-106
• 4.1 包覆試驗(yàn)機(jī)理69-74
• 4.1.1 潤(rùn)濕現(xiàn)象69-72
• 4.1.2 包覆造粒機(jī)理72-74
• 4.2 TATB基鈍感炸藥水懸浮包覆技術(shù)反應(yīng)器研究74-83
• 4.2.1 反應(yīng)器型式研究75-77
• 4.2.2 攪拌器型式研究77-79
• 4.2.3 罐體的尺寸研究79-83
• 4.3 體系界面特性研究83-92
• 4.3.1 炸藥與水的界面特性研究84-86
• 4.3.2 炸藥與黏結(jié)劑溶劑的界面特性研究86
• 4.3.3 水與黏結(jié)劑溶劑的界面特性研究86-88
• 4.3.4 黏結(jié)劑與黏結(jié)劑溶劑的界面特性研究88-92
• 4.4 包覆工藝試驗(yàn)研究92-105
• 4.4.1 裝置、材料、測(cè)試方法92-93
• 4.4.2 包覆試驗(yàn)及結(jié)果分析93-105
• 4.5 本章小結(jié)105-106
• 5 TATB/HMX/VitonA傳爆藥性能研究106-120
• 5.1 PBX形貌及組成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 烤燃反應(yīng)等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)112-113
• 5.3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析113-114
• 5.4 沖擊波感度試驗(yàn)（小隔板試驗(yàn)）114-116
• 5.4.1 試驗(yàn)裝置114-115
• 5.4.2 試驗(yàn)原理與方法115
• 5.4.3 試驗(yàn)結(jié)果分析115-116
• 5.5 撞擊感度試驗(yàn)116-118
• 5.5.1 試驗(yàn)方法116-117
• 5.5.2 試驗(yàn)結(jié)果分析117-118
• 5.6 爆速測(cè)定試驗(yàn)118-119
• 5.6.1 試驗(yàn)方法118-119
• 5.6.2 試驗(yàn)結(jié)果分析119
• 5.7 本章小結(jié)119-120
• 6 結(jié)論與展望120-123
• 6.1 結(jié)論120-121
• 6.2 本文創(chuàng)新點(diǎn)121
• 6.3 展望121-123
• 參考文獻(xiàn)123-130
• 致謝130-131
• 讀博攻士學(xué)位期間所取得的研究成果131

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：856499