喷雾干燥法制备HMX基含铝炸药研究

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现代武器系统的快速发展以及战场环境的不断恶化要求含能材料在具有高能量水平和毁伤能力的同时具备较高的战场生存能力,这使得高能钝感含能材料的研发尤为关键。奥克托今(HMX)是当前已使用的能量水平最高、综合性能最好的单质炸药,其已广泛应用于混合炸药及固体推进剂中。含铝炸药作为混合炸药的一种,由于可燃性金属铝粉的添加,使其与单质炸药相比拥有更高的爆热和能量密度。本论文以HMX为主炸药,基于喷雾干燥法制备HMX基含铝炸药,系统研究了前驱体悬浮液的分散稳定性、喷雾干燥法制备HMX基含铝炸药配方设计以及工艺优化等内容。(1)为制备分散均匀的喷雾干燥前驱体HMX/Al悬浮液,通过测试HMX/Al悬浮液的吸光度,分别分析了机械搅拌速率、机械搅拌时间、超声分散功率、超声分散时间和铝粉粒径等因素对悬浮液分散稳定性的影响。结果表明,分散均匀、稳定性好的前驱体悬浮液最佳制备工艺为:铝粉粒径50~100 nm,机械搅拌速率600 rpm,搅拌时间30min,超声功率90 W,超声时间5 min。(2)为确定喷雾干燥法制备HMX基含铝炸药的最优配方,分别研究了黏结剂种类、铝粉粒径、铝粉含量、黏结剂含量以及前驱体悬浮液固含量等因素对于喷雾干燥样品微粒形貌、包覆效果以及性能的影响。研究表明,以F2602为黏结剂制备的样品球形度高,表面包覆效果较好,拥有最佳的热安定性和安全性能。使用50~100 nm铝粉制备的样品形貌和表面包覆性均较好,热安定性最高,撞击感度最小。当铝粉含量为30 wt%时,样品的形貌最好,表面黏结剂含量最多,同时热安定性和安全性能均较好。当F2602含量为5 wt%时,样品的球形度最高且综合性能最佳。前驱体悬浮液固含量为2 wt%时,样品的形貌和表面包覆效果最好,热安定性和撞击感度均得到明显改善。由此确定喷雾干燥法制备HMX基含铝炸药的最优配方为:黏结剂为F2602,铝粉粒径50~100 nm,HMX/Al/F2602质量比为65/30/5,前驱体悬浮液固含量为2 wt%。以该配方制备的HMX基含铝炸药爆速值可达7865.307 m·s-1,爆热值可达-9620.073 k J·kg-1,具有较好的爆轰性能。(3)为获得喷雾干燥法制备HMX基含铝炸药的最佳工艺条件,通过单因素实验逐一考察了入口温度、进料速率和氮气流量等因素对于样品形貌、表面元素组成和撞击感度的影响,从而得到了最佳工艺参数,即入口温度70℃,进料速率4.5 m L·min-1,氮气流量473 L·h-1。在该工艺条件制备的样品球形度高,黏结剂在其表面的包覆效果相对较好,同时其撞击感度亦达到最优。与直接法制备的HMX基含铝炸药相比,喷雾干燥法制备的HMX基含铝炸药具备更高的安全性。
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