亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        HNIW 炸藥鈍感包覆工藝研究進展?

        2020-07-09 04:17:10王曉峰孫培培
        爆破器材 2020年4期
        關鍵詞:機械工藝效果

        席 鵬 王曉峰 孫培培

        西安近代化學研究所(陜西西安,710065)

        引言

        六硝基六氮雜異伍茲烷(HNIW、CL-20)是一種多環(huán)籠狀硝胺化合物,以能量密度高為顯著特點,在爆速、爆壓、爆熱、密度等能量性能方面顯著高于HMX 等單環(huán)硝胺炸藥,是未來推進劑和高能炸藥配方的首選材料[1-2]。 但是,HNIW 炸藥的撞擊感度、摩擦感度、靜電感度也明顯高于HMX 炸藥,導致HNIW 炸藥在工業(yè)處理、復合炸藥制造中存在很大的安全隱患,在安全制造和彈藥不敏感要求的大環(huán)境中,高敏感性限制了HNIW 炸藥在武器中的推廣和應用。

        對HNIW 炸藥進行鈍感處理是保證HNIW 炸藥生產(chǎn)工藝和使用安全的重要途徑,國內(nèi)外已有大量研究。 本文中,綜述了HNIW 炸藥鈍感機理、包覆降感措施及表征技術等方面的研究進展。

        1 HNIW 包覆降感機理研究

        包覆工藝是在HNIW 表面形成包覆層,通過包覆層的物理隔離或者化學改性降低HNIW 的感度。HNIW 炸藥在210 ℃以下就會發(fā)生熱分解,在243℃發(fā)生自燃反應,熱穩(wěn)定性遠遠低于HMX。 HNIW被包覆后,將改變與周圍組分接觸的表面積,使得其分解和燃燒過程中的傳熱和傳質(zhì)受到一定程度的影響,不僅可改善炸藥的熱安定性,而且對力學性能和爆轟性能也產(chǎn)生影響。 此外,包覆層的導電性和對HNIW 的物理隔離可以降低作用在HNIW 表面的電荷強度,實現(xiàn)降低靜電感度的目的[3]。

        HNIW 炸藥有多個晶型[4-5],可以互相發(fā)生轉(zhuǎn)變。 不同晶型的炸藥密度和晶體完整性不同,在轉(zhuǎn)變過程中,缺陷增加,安全性降低。 常溫下,ε 型密度最高(2.044 g/cm3),也最穩(wěn)定。 采用惰性包覆層包覆ε-HNIW[6],可以通過涂敷膜厚度和完整性控制ε-HNIW 與外環(huán)境的作用強度,提高ε 晶型的穩(wěn)定性,達到降低機械感度的目的。

        學者們用熱點理論揭示了鈍感包覆的機理。 惰性包覆層發(fā)生相變的吸熱效應和體積占位效應,降低了炸藥在機械、沖擊、熱刺激下熱點的生成概率。在點火后的熱點增長和傳播階段,完整的包覆層能夠降低熱點的增長速度,衰減甚至阻滯了沖擊波的傳播[7-8]。 熱點生成階段的降感效果與包覆層的用量有關,熱點增長階段的降感作用與包覆層厚度和包覆完整性有關。 鈍感包覆技術不僅能夠滿足HNIW 作為原材料使用的工藝安全性,還可以使以HNIW 為基的混合炸藥及推進劑的感度、易損性達到以HMX 為基的同類含能材料的水平[9]。 但是,由于包覆層能量顯著低于HNIW 炸藥本身,包覆材料的過量使用會削弱HNIW 的能量優(yōu)勢。 根據(jù)炸藥能量理論,當惰性組分質(zhì)量分數(shù)達到4%時,其爆速與HMX 相當;當質(zhì)量分數(shù)達到7%,其爆速、爆壓、能量密度與HMX 相比已經(jīng)不具有優(yōu)勢。 因此,選擇一種高效的包覆材料和合適的包覆工藝就顯得尤為重要。

        2 HNIW 包覆降感工藝技術研究

        不同的包覆材料所適宜的包覆條件與包覆方法有所不同。 國內(nèi)外學者根據(jù)實際應用需求,對包覆工藝進行研究和改進,以獲得包覆更為均勻、更加鈍感的HNIW 顆粒。

        2.1 沉積法顆粒包覆

        沉積法顆粒包覆是炸藥常用的包覆方法之一。該工藝是將HNIW 和包覆材料按照一定比例混合,加入到液相載體中,在一定溫度下攪拌或者研磨,使HNIW 顆粒與包覆材料充分接觸,得到內(nèi)層為HNIW 炸藥、外層為包覆材料的核殼結(jié)構(gòu)顆粒。 沉積法顆粒包覆材料一般選取粒度和感度遠低于HNIW 的球形顆粒,密集排列在HNIW 周圍,起到吸熱、緩沖、滑移等作用,核殼結(jié)構(gòu)的完整性[10]和結(jié)構(gòu)強度[11]直接決定了包覆效果。 Manning 等[12]制備了石墨與HNIW 質(zhì)量比為1︰100 的核殼結(jié)構(gòu)顆粒,機械感度H50由22.3 cm 升高到31.4 cm;但是姜夏冰等[13]通過實驗證明,直接向HNIW 中添加石墨(質(zhì)量分數(shù)0. 5%)無法實現(xiàn)鈍感作用,反而會使HNIW 機械感度升高;而通過黏結(jié)劑的黏附作用,提高石墨與HNIW 的黏結(jié)強度后,包覆度增加,包覆顆粒的機械感度顯著下降。

        由于核殼結(jié)構(gòu)的殼層體積比較大,石墨等惰性材料包覆會降低HNIW 的能量。 以1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)為代表的含能鈍感劑在改善安全性的同時,可以減小包覆帶來的能量損失。Yang 等[14]采用機械混合法在HNIW 中混入質(zhì)量分數(shù)5% 的TATB 微粒,可將其H50從16.0 cm 升至23.7 cm;若將等量的TATB 微粒加入極少量乙烯-乙酸乙烯共聚物或其他熱塑性彈性體做增強黏結(jié)劑,制成核殼結(jié)構(gòu)的HNIW/TATB,則包覆顆粒的H50可升至49.6 cm。

        其工藝過程如圖1 所示。

        在此過程中,聚合物增強了HNIW 與TATB 之間的結(jié)合力,而降低TATB 顆粒度,可提高其比表面能,包覆更加均勻,降感效果更好,能量衰減幾乎可以忽略不計[15]。

        考慮到工藝安全性,機械共混顯然不是最佳方案。 圖2 是TATB 在超聲波環(huán)境中原位包覆HNIW的過程[3]。 通過三氯三硝基苯和氨水在HNIW 甲苯溶液中反應,在HNIW 表面原位生成TATB,制備出HNIW/TATB 核殼結(jié)構(gòu),消除機械共混過程的安全隱患。 超聲波水浴和原位包覆技術都能夠達到機械研磨相同的效果,原位包覆顆粒的熱分解溫度更高,機械感度更低,包覆層更加完整、均勻。 學者們采用相同的技術,分別用HATO 和NQ 代替TATB,制備HNIW/HATO、HNIW/NQ 核殼結(jié)構(gòu)材料,也取得相同的效果[16-17]。 王小軍等[18]將1-甲基-4,5-二硝基咪唑(MDNI)包覆在HNIW 顆粒的表面,MDNI質(zhì)量分數(shù)為6% 時,爆炸百分數(shù)由100% 降低到8%,降感作用十分顯著。

        2.2 水懸浮分散包覆

        水懸浮法是最常見的炸藥包覆技術。 該工藝是將HNIW 和高分子聚合物溶液在一定溫度下充分攪拌,并揮發(fā)聚合物溶液中的溶劑部分,使高分子聚合物在HNIW 顆粒表面涂膜,得到包覆后的HNIW顆粒,工藝過程如圖3 所示。

        水懸浮包覆工藝中,造粒工序和攪拌工序直接影響包覆粒子的形狀和大小,是決定HNIW 包覆效果的主要因素[19]。 馬婷婷等[20]通過正交實驗優(yōu)化了造粒和攪拌工序的工藝參數(shù),重點討論了溶液濃度對包覆效果的影響,并通過控制溫度、溶劑加入量和加入頻率控制溶液濃度,工藝改進后的包覆樣品機械感度大幅度下降。

        與沉積法不同,水懸浮法選擇成膜性好的鈍感高分子作為鈍感劑。 Estane 是一類熱塑性聚氨酯彈性體,在硝胺炸藥表面涂覆時成膜性能較好。 國外使用Estane 包覆HNIW 研制出LX-19、LX-14 混合炸藥,感度與HMX 基混合炸藥相當[21-22]。 EPDM 橡膠是優(yōu)良的絕熱材料,具有抗燒蝕性好、拉伸強度高、沖擊彈性較好、耐老化性能優(yōu)良等特點。 李俊龍等利用該材料包覆HNIW,包覆后HNIW 的H50由15.90 cm 提高到41.36 cm,表觀活化能由182.58 kJ/mol 增至230.24 kJ/mol,熱爆炸的臨界溫度由244.18 ℃增至254.60 ℃,包覆效果優(yōu)于同質(zhì)量的Estane;但是EPDM 是多元共聚物,溶解性較差,工藝過程比Estane 復雜[8,23]。

        由于HNIW 具有針狀晶體結(jié)構(gòu),單一包覆材料很難均勻涂膜,國內(nèi)學者采用多種材料開展復合包覆技術研究。

        魏華等[24]用石蠟和Estane 復合包覆HNIW,研究了96%HNIW /2%石蠟/2%Estane 配方(質(zhì)量分數(shù)),HNIW 的撞擊感度由100%降低至40%,摩擦感度由100%降低至48%,包覆效果十分顯著。

        尚鳳琴等[25]采用氟橡膠合并鈍感劑、表面活性劑包覆HNIW,其配方(質(zhì)量分數(shù))為3.5%氟橡膠/1%表面活性劑/0.5%鈍感劑/95%HNIW,其工藝過程如圖4 所示。該工藝包覆HNIW 的撞擊感度由100%降低到24%,摩擦感度由100%降低到18%,爆速可達9 100 m/s,其安全性已經(jīng)與RDX、HMX 基的造型粉相當,具有廣泛的應用前景。

        邢江濤等[26]以3 種類型的丙烯酸酯橡膠(ACM)和Estane 為黏結(jié)劑、以己二酸二辛酯(DOA)為增塑劑包覆HNIW,增塑劑的引入有效地改善了復合粒子的熱穩(wěn)定性,機械感度大幅度降低。

        葉寶云等[27]以硝化棉(NC)和聚疊氮縮水甘油醚(GAP)為復合包覆劑改善惰性黏結(jié)劑對能量的衰減,與未包覆HNIW 相比,不僅撞擊安全性和力學性能顯著改善,而且HNIW/NC/GAP 復合粒子的分解峰溫、活化能、爆炸臨界溫度和自加速分解溫度都得到了一定程度的提高。

        2.3 反應性涂膜包覆

        反應性涂膜包覆工藝是利用聚合物的交聯(lián)固化反應,在炸藥表面形成一層高分子膜結(jié)構(gòu)。 該工藝廣泛用于澆注PBX 炸藥和復合推進劑中。 廖肅然等[28]利用回流法合成了乳化能力較好、硬段含量為45%的水性聚氨酯,先配置聚氨酯乳液,在40 ℃溫度下乳化20 ~30 min,加入HNIW 攪拌20 min,使乳液完全浸潤到炸藥表面,再加入10%(質(zhì)量分數(shù))明礬溶液,使聚合物在HNIW 表面反應沉淀,得到包覆HNIW,聚氨酯質(zhì)量分數(shù)4%,H50提高40%,撞擊感度顯著降低。 在改進型實驗中,Liao 等[29-30]探討了甲苯二異氰酸酯(TDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI) 型水性聚氨酯對HNIW 感度的影響,先合成端烯基水性聚氨酯,然后與苯乙烯、丙烯腈接枝共聚,可得到接枝型水性聚氨酯。 此共聚物包覆質(zhì)量分數(shù)為3.5% 時,H50可提高110%。 Yang 等[31]合成三聚氰胺甲醛樹脂原位包覆HNIW,包覆質(zhì)量分數(shù)為3.5% 時,H50由16.3 cm 提高到42.8 cm,而采用機械混合3.5%的包覆材料,H50僅提高2.4 cm 。

        反應性涂膜分為兩種,一種是黏結(jié)劑在炸藥顆粒表面浸潤,隨后與固化劑發(fā)生交聯(lián)反應;一種是高分子直接與炸藥顆粒發(fā)生反應,并在炸藥表面成膜。王保國等[32]利用鍵合劑與HNIW 之間的吸電子誘導效應,選擇配位鍵合劑LBA-603 對HNIW 進行處理。 將LBA-603 鍵合劑配制成質(zhì)量分數(shù)為1%的溶液,加入一定量的HNIW,在15 ℃條件下磁力攪拌2 h 后,真空過濾3 次,在冷凍干燥機中干燥24 h,得到包覆樣品。 結(jié)果表明,HNIW 表面形成了一層彈性黏附層,起到了包覆作用。 LBA-603 的官能團—CN、—OH、—COOH 與HNIW 分子的—NO2能產(chǎn)生誘導效應,可增強黏附能力;LBA-603 中的硼有一個空sp2 雜化軌道,和HNIW 形成穩(wěn)定的絡合物。

        聚合物能否在炸藥晶體表面形成連續(xù)、均勻的包覆層,從而具備良好的鈍感效果和機械性能,除了與聚合物屬性及固化反應有關外,還涉及聚合物固化前的預聚物與炸藥顆粒的表面化學問題,包覆效果的好壞與所用材料的界面性質(zhì)有關。 反應性涂膜是高分子黏結(jié)劑在炸藥表面接觸、擴散、潤濕、反應的過程。 要想產(chǎn)生良好的包覆效果,黏結(jié)劑與炸藥必須緊密接觸。 由于分子極性和表面能的不同,HNIW 顆粒之間存在較強的表面吸附和自團聚作用,黏結(jié)劑很難自發(fā)潤濕炸藥表面。 李海興等[33]驗證了表面活性劑卵磷脂與Span80 對端羥基聚丁二烯/己二酸二辛酯混合液潤濕HNIW 的過程的促進作用。 表面活性劑的親水基與HNIW 顆粒自發(fā)吸附,形成外層為親油基的包覆膜,能將聚集的HNIW顆粒分散開,降低顆粒間的吸附作用,進而提高HNIW 的包覆度。

        2.4 其他包覆工藝

        溶液懸浮法與水懸浮法相同,只是將水懸浮法中的水介質(zhì)換成不溶解HNIW 的溶液[34]。 溶液懸浮法包覆工藝中必須選擇適合HNIW 的溶劑和黏結(jié)劑,否則會導致HNIW 發(fā)生轉(zhuǎn)晶。 宋振偉等[35]將ε-HNIW 置于不同溶劑中溶解,發(fā)現(xiàn)其在3 種含有丙酮的溶劑中轉(zhuǎn)變?yōu)棣?晶型,而在乙酸乙酯中轉(zhuǎn)變?yōu)棣?晶型。 徐金江等[36]在應用HNIW 制備復合藥過程中,發(fā)現(xiàn)葵二酸二辛酯與HNIW 混合后卻促使ε→γ 的晶型轉(zhuǎn)變。 基于溶液懸浮法在溶劑的選擇上存在很大的局限性,蔡興旺等[37]提出了一種以液態(tài)CO2作為反溶劑的包覆方法。 該方法適用于氟橡膠、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、熱塑型聚氨酯等高分子包覆ε-HNIW 的表面。 用液態(tài)CO2作為反溶劑的包覆工藝來包覆ε-HNIW,在包覆劑溶劑的選擇上既不必考慮與液態(tài)CO2的相容性,也不需要考慮溶劑的沸點范圍,并且包覆工藝過程簡單,包覆效果顯著。

        擠出造粒法是通過機械研磨作用,改善高分子黏結(jié)劑在炸藥表面的潤濕性,提高炸藥包覆度的一種方法。 ε-HNIW 在低溫下最穩(wěn)定,在74 ℃以上時會發(fā)生ε 型向γ 型轉(zhuǎn)晶,在164 ℃時完全轉(zhuǎn)晶,降溫時相轉(zhuǎn)變過程不可逆。 γ 型的機械感度高于ε 型,密度低于ε 型,在ε 型向γ 型轉(zhuǎn)變過程中,體膨脹、內(nèi)應力變化和內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化均影響炸藥的安定性[5]。 擠出造粒法實施過程中需要嚴格控制壓力和溫度,金韶華等[34]改善了擠出造粒工藝,將包覆藥漿在半固化狀態(tài)下從不同目數(shù)的篩孔中擠出,減小了擠出壓力和溫度的影響。 但是通過掃描電鏡分析和機械撞擊感度測試,其包覆度低于溶液懸浮法和水懸浮法。

        3 包覆效果的表征技術

        不同的包覆工藝及操作流程對包覆效果有著明顯的影響,包括包覆材料在HNIW 表面分布的均勻性、包覆層厚度等。 目前,隨著實驗儀器的不斷發(fā)展,對包覆效果的評價方法也變得越來越多樣化。

        王小軍等[18]采用掃描電鏡觀察了包覆前、后炸藥的顯微結(jié)構(gòu),采用撞擊感度評價包覆效果,并通過DSC-TG 技術研究了雙層混合炸藥的相容性。 邊桂珍等[38]采用傅里葉紅外分析儀、X 射線衍射、激光粒度儀、X 射線光電子能譜對炸藥包覆進行了表征,評價包覆處理后的炸藥晶體質(zhì)量、晶體形貌、顆粒表面缺陷等。 張斌等[39]通過顯微紅外光譜(MIR)研究了HNIW 包覆后的性能及HNIW 界面物質(zhì)的相互作用機理。 總的來看,相關表征手段分為直接表征和間接表征兩類,如表1 所示。

        間接表征手段是目前應用最廣泛的表征方法,尤其是通過感度、熱安定性等的測定,可以評價包覆對炸藥使用性能的影響。 表面接觸儀、激光粒度儀、X 射線能譜儀(EDS)、X 光電子能譜儀(XPS)、X 射線衍射儀(XRD)、紅外光譜(IR)等儀器則主要用于對包覆過程、包覆機理的分析,也可以聯(lián)用以評價HNIW 顆粒的包覆度。 顆粒表面的包覆度可以半定量地表征HNIW 的包覆質(zhì)量,而且還可用于研究同系列配方造型粉的機械感度。 黃菊等[40]分析了鋪展系數(shù)、黏附功與包覆度、H50的關系發(fā)現(xiàn),包覆度隨鋪展系數(shù)的增大而增大,隨黏附功的增大而減??;且包覆度越大,H50越大,機械感度越低。 蔣躍強等[41]采用XPS 測試造型粉表面元素含量,計算造型粉的表面包覆度。 宋華杰等[42]則認為用該法評估PBX造型粉包覆度在理論上存在局限性,單純使用XPS得到的TATB/氟聚物造型粉包覆度無法令人信服。

        表1 包覆HNIW 顆粒的表征手段Tab.1 Characterize method of the coated HNIW particles

        采用直接表征方法,可以通過直觀圖像的觀察,獲取HNIW 顆粒包覆后的表觀形貌,并通過對比前后的圖像,對包覆表面的均勻性、致密性進行分析。直接表征方法與間接手段聯(lián)用,可以對包覆效果進行評價,預估包覆顆粒的使用性能。

        4 結(jié)論及展望

        綜述了HNIW 炸藥鈍感包覆機理、包覆降感措施及包覆表征方面的研究進展。 從HNIW 鈍感效果的角度出發(fā),針對不同包覆材料的作用機理、選取合適的包覆工藝、實現(xiàn)HNIW 鈍感包覆的過程展開評述,并分析了測試表征技術的可行性和局限性,進而指導鈍感包覆工作的進行。

        目前,在HNIW 包覆降感方面,國內(nèi)外研究所涉及的材料類型較為廣泛,取得了較好的成果。 為了進一步提升HNIW 包覆降感性能,促進HNIW 在混合炸藥中的使用,提升實用效果,建議:

        1)加強包覆降感機理研究,根據(jù)刺激源的不同,開展包覆材料、包覆質(zhì)量與不同感度類型的關聯(lián)性分析;根據(jù)熱點理論,開展不同點火階段的評價方法研究。

        2)將炸藥鈍感包覆與混合炸藥配方設計結(jié)合起來,選取可參與炸藥爆轟反應的助燃劑、可燃劑或氧化劑作為包覆材料,這樣包覆材料的比例可以適當提高,包覆效果可能更好。

        3)根據(jù)HNIW 分子極性和表面性能,有針對性地選取包覆材料,綜合評價包覆狀態(tài)、降感效果和能量衰減;兼顧考慮HNIW 在包覆工藝和使用過程中的晶型穩(wěn)定性,并根據(jù)包覆材料類型、工藝流程的可操作性、投資成本和實際應用效果等因素綜合考慮工藝可行性。

        猜你喜歡
        機械工藝效果
        按摩效果確有理論依據(jù)
        調(diào)試機械臂
        當代工人(2020年8期)2020-05-25 09:07:38
        轉(zhuǎn)爐高效復合吹煉工藝的開發(fā)與應用
        山東冶金(2019年6期)2020-01-06 07:45:54
        5-氯-1-茚酮合成工藝改進
        迅速制造慢門虛化效果
        抓住“瞬間性”效果
        中華詩詞(2018年11期)2018-03-26 06:41:34
        簡單機械
        模擬百種唇妝效果
        Coco薇(2016年8期)2016-10-09 02:11:50
        機械班長
        按摩機械臂
        99热免费观看| 无码人妻久久一区二区三区免费丨| 无码色av一二区在线播放| 亚洲人成未满十八禁网站| 国产农村妇女毛片精品久久久| 日韩有码中文字幕第一页| 一本色道久在线综合色| 亚洲色中文字幕无码av| 人妻精品无码一区二区三区| 久久久亚洲精品午夜福利| 亚洲av网一区二区三区成人| 国产色视频一区二区三区qq号 | 亚洲人成亚洲精品| 欧美三级超在线视频| 精品久久人妻一区二区| 男女肉粗暴进来动态图| 看国产黄大片在线观看| 911国产在线观看精品| 亚洲国产av一区二区不卡| 国内精品久久久久久久97牛牛 | 日本一本之道高清不卡免费| 推油少妇久久99久久99久久| 91自国产精品中文字幕| 日韩人妻中文字幕专区| 亚洲中文字幕久久无码精品| 国产欧美精品一区二区三区–老狼| 中文字幕中乱码一区无线精品| 久久综合精品人妻一区二区三区| 亚洲色成人网站www永久四虎| 亚洲日韩图片专区小说专区| 丝袜美腿亚洲综合久久| 中文在线中文a| 中文字幕人妻中文av不卡专区| 人人妻人人澡av| 亚洲va视频一区二区三区| 国产精品自在线拍国产手机版| 岛国大片在线免费观看| 精品国产女主播一区在线观看| 免费看又色又爽又黄的国产软件| 怡春院欧美一区二区三区免费| 我和丰满老女人性销魂|