HMX/LLM-105二元复合结晶制备及表征

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奥克托今(Octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocin,HMX)是迄今为止爆轰性能和安全性能中综合性能最佳的单质炸药之一,同时也是目前广泛使用的能量最高的军用炸药。但随着钝感弹药技术的发展和需求,HMX较高的机械感度和冲击波感度已经无法满足不敏感弹药装药的安全性要求,急需寻找一种提高其本质安全性的技术途径。LLM-105是一种耐热性能显著、机械感度较低、爆轰性能较好的高能钝感炸药,本课题开展了HMX/LLM-105二元复合结晶的理论模拟和实验研究,对复合结晶的形貌、结构及安全性能进行了研究,对比分析了降感规律。具体研究内容和结果如下:(1)运用Materials Studio(MS)软件构建了HMX/LLM-105质量比为1:1、3:2、7:3、4:1、9:1时的复合结晶结构模型,计算结果表明:在HMX质量比较低时两种分子之间的结合能更大,尤其当质量比3:2,即摩尔比接近1:1时,所组成的复合结晶体系的结合能取得最大值,表明HMX与LLM-105在质量比为3:2时更容易形成稳定的复合结晶体系,并且HMX和LLM-105之间的分子间氢键相互作用主要是以H…NO对的形式产生氢键作用,这也有利于提高HMX的结构稳定性。(2)采用溶剂-非溶剂法研究了HMX/LLM-105二元复合结晶的制备技术,研究了炸药配比、结晶温度、炸药溶液滴加速率、结晶过程的搅拌速率和溶剂/非溶剂的比例等对二元复合晶体形貌、结构及性能的影响。通过实验确定的最佳工艺条件为:两种炸药在溶剂中的溶解温度为60℃,结晶过程的搅拌速率为250 r·min-1,炸药溶液滴加速率为1.5 m L·min-1,结晶温度为60℃,溶剂/非溶剂质量比为1:2。在此工艺条件下形成的HMX/LLM-105复合晶体形貌规则,粒度均匀。(3)通过扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱分析(FT-IR)和X射线粉末衍射分析(PXRD)对HMX/LLM-105二元复合结晶进行结构表征,SEM测试结果表明HMX/LLM-105二元复合结晶晶体形状规则,粒度均匀,复合晶体形貌明显不同于原料HMX和LLM-105。FT-IR测试结果表明原料HMX和LLM-105的特征峰均在HMX/LLM-105二元复合结晶的红外谱图中出现,但某些特征峰出现了位移或者弱化的现象,这表明复合结晶中出现了氢键等新的分子间作用力。PXRD测试结果表明HMX/LLM-105二元复合结晶产生了新的衍射峰以及一些旧衍射峰出现偏移甚至消失,这说明复合结晶的晶体结构发生了改变,不同于HMX和LLM-105。(4)对最佳工艺条件制备的HMX/LLM-105二元复合结晶进行性能研究,结果表明:采用DSC法对复合结晶进行热性能研究,利用热分解动力学的原理分析可知:HMX/LLM-105二元复合结晶的热稳定性明显优于HMX。通过机械感度测试实验对HMX/LLM-105二元复合结晶进行机械感度测试,HMX/LLM-105二元复合结晶的撞击和摩擦感度相比原料HMX都有显著的降低,摩尔比为1:1的HMX/LLM-105二元复合结晶的撞击感度相比HMX降低85%,摩擦感度降低76%。通过理论爆轰参数计算可知,HMX/LLM-105二元复合结晶的理论爆速和爆压均介于HMX与LLM-105之间,爆轰性能良好。
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