【摘 要】
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2,6-双(苦氨基)-3,5-二硝基吡啶(PYX)是一种综合性能较好的耐热单质炸药,加入高聚物粘结剂之后,具有安定和爆轰性能好、耐热和易加工成型等多方面极为显著的特点。本论文运用密度泛函理论(DFT)和分子动力学(MD)方法,对PYX和基于PYX的高聚物粘结炸药(PBX)的结构和性能进行了研究。首先运用密度泛函理论(DFT)方法研究四种聚合物分子与PYX分子间相互作用本质,探索粘结剂的加入对复合物
【基金项目】
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山西省基础研究计划资助项目(No.20210302123055);
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2,6-双(苦氨基)-3,5-二硝基吡啶(PYX)是一种综合性能较好的耐热单质炸药,加入高聚物粘结剂之后,具有安定和爆轰性能好、耐热和易加工成型等多方面极为显著的特点。本论文运用密度泛函理论(DFT)和分子动力学(MD)方法,对PYX和基于PYX的高聚物粘结炸药(PBX)的结构和性能进行了研究。首先运用密度泛函理论(DFT)方法研究四种聚合物分子与PYX分子间相互作用本质,探索粘结剂的加入对复合物感度的影响。研究表明,四种聚合物分子与PYX分子间存在以范德华作用为主,弱氢键相互作用和空间位阻作用为辅的分子间相互作用,并通过对纯PYX和复合物的分子表面静电势(ESP)及相关参数分析可知,聚合物分子的添加扰乱了PYX分子原有的电子排布,改变了PYX原有的电子结构。进一步分析纯PYX和复合物的H50可知,粘结剂对复合物的感度有一定影响。然后运用分子动力学(MD)模拟方法对不同高聚物粘结剂置于PYX不同晶面所构建的高聚物粘结炸药(PBX)体系的结构与性能进行研究,探索加入不同种类粘结剂和不同晶面对PYX基PBX体系性质的影响。研究表明,PYX(0 1 1)晶面与各粘结剂分子之间的相互作用都比较强,其中EPDM与PYX(0 1 1)面的相互作用最强。分析体系内聚能密度可知F2641分子与PYX分子间相互作用较强。径向分布函数分析表明不同PBX体系中的O1-H2和N1-H2之间主要相互作用都是静电相互作用。加入粘结剂对PBX体系的力学性能有一定的影响,但对体系中PYX分子结构影响不大,表明高聚物粘结剂的致钝作用不是由PYX分子微观结构变化所致。添加粘结剂后复合体系的爆速爆压都有所降低。最后在选择的PYX(0 1 1)晶面上添加高聚物粘结剂搭建PBX模型体系,并通过MD模拟对其在五种温度(258 K、278 K、298 K、318 K和338 K)下的性能进行研究,探索温度对于PBX体系的影响。结果表明,体系结合能和内聚能密度随温度的变化没有发生明显的单调变化,但是对比同一温度下不同粘结剂的PBX体系结合能,发现EPDM分子与PYX(0 1 1)晶面之间的相互作用都是最强的;分析同一温度下不同PBX体系的内聚能密度可知F2641与PYX分子间相互作用最强。分析各PBX体系力学性能发现,体系弹性模量随温度的升高先升高后降低,在298 K时最大,EPDM在提高PYX的力学性能方面优于其他三种粘结剂。随温度的升高,PBX体系的PYX分子最大键长值有增大的趋势,这符合感度随温度升高而增大的实验事实,同时各体系的扩散系数(D)也有随温度升高而增大的趋势。
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