论文部分内容阅读
1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯（FOX-7）,是一种新型高能钝感单质炸药,在不敏感弹药中具有良好的应用前景。然而,目前合成所得FOX-7颗粒品质不佳,主要体现在颗粒形貌不规则,颗粒粒径大以及粒度分布宽等方面,限制了其在新型混合炸药中的应用。本文着眼于含能材料喷射结晶技术,采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics）的方法,在对喷射结晶器内湍流场数值模拟的基础上,通过自主设计搭建的喷射结晶设备,对FOX-7晶体的喷射结晶过程进行了试验研究,并对所制备FOX-7产品的形貌、粒径分布、晶体结构、热稳定性及机械感度进行了表征与测试。主要内容如下:（1）喷射结晶器混合腔的结构对内部流场湍流混合情况影响较大,选择与混合腔出入口相关的四个结构参数为研究对象,每个参数设置四个水平,设计L16（44）正交试验。利用Gambit 2.4.6软件建立16个喷射结晶器几何对称模型,并对其进行网格划分,同时设置一定的网格间隔以保证足够的网格数量和精度。通过EquiAngle Skew和EquiSize Skew两个指标对网格质量进行评价,结果表明所划分网格具有足够的精度,能够保证计算结果的准确可靠。（2）利用Fluent 16.0软件对喷射结晶器内的流场进行数值模拟,选择三个指标对模拟结果进行评价:流体速度、湍流强度以及非溶剂体积分数,提取预先设定的参考位置处的数值对结果进行定量分析。正交试验的结果分析表明,对结晶器内流体湍流情况影响最大的结构参数为混合腔入口a,通过对三个指标的模拟结果综合考虑得出,使喷射结晶器内流体混合效果最佳的结构参数分别为:a=1.5 mm,b=3.2 mm,c=8.9 mm,d=4.0 mm,从而得到最优喷射结晶器模型。对最优模型进行模拟验证试验可知,其在三项指标上均优于原始模型。（3）通过自主设计搭建的喷射结晶设备,对FOX-7喷射结晶工艺条件进行试验研究。设计单因素试验研究了溶剂/非溶剂比例、溶液浓度、溶剂/非溶剂温度、溶剂种类等对FOX-7晶体形貌和粒度的影响。通过扫描电子显微镜、图像颗粒分析系统以及激光粒度分布仪对FOX-7产品的形貌及粒径分布进行表征,结果表明:在常温20℃下,以二甲基亚砜（DMSO）为溶剂、水为非溶剂,配置浓度为0.3 g·ml-1的FOX-7/DMSO溶液,设置溶剂/非溶剂比例1:12,制备得到具有光滑表面、形貌规则的类球形FOX-7颗粒,颗粒长径比为1.2,球形度达0.93,粒径分布较窄,为亚微米至微米级别（D10=0.703μm,D50=1.405μm,D90=3.446μm）。PXRD结果表明通过喷射结晶方法制备得到的FOX-7晶体晶型稳定,与原料一致,仍为α型。作为对比,通过滴加法重结晶制备了微米级FOX-7颗粒,其形貌较不规则,存在明显棱角,长径比为1.4,球形度较差（为0.76）,粒径分布为D10=0.662μm,D50=3.316μm,D90=7.028μm。（4）通过DCS对FOX-7原料及重结晶产品在不同升温速率下的热分解性能进行测试,结果表明:相比于FOX-7原料,通过滴加法制得的FOX-7产品活化能比原料提高了2.66 kJ·mol-1,40)和（7）和原料比较接近,无明显变化;而球形FOX-7的表观活化能提高了14.62 kJ·mol-1,且其40和(（7）分别提高了7.7 K和7.41 K,热稳定性有较大改善。机械感度测试结果表明:与原料相比,通过滴加法重结晶得到的FOX-7产品特性落高为（97.5±1.9）cm,在摩擦作用下的爆炸概率为（16±4）%;而球形FOX-7撞击感度降低了44.3%,摩擦感度下降了80%,表明球形FOX-7颗粒在机械作用下的安全性能显著提高。