RDX和HMX细化结晶溶剂与温度的模拟仿真及制备研究

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作为当前综合性能较为稳定的高能单质炸药,RDX和HMX被广泛应用在推进剂配方和发射药中来提高能量特性。但由于其机械感度较高,存在一定的安全隐患,成为它们应用的瓶颈。制备超细球形化炸药颗粒,可以减少炸药晶体表面缺陷,降低炸药受到外界刺激时热点的产生概率,从而达到降感的目的。本研究借助Materials Studio(MS)软件搭建双层吸附模型,并对其进行分子动力学模拟计算结合能,同时结合细化试验,制备得到超细球形化RDX、HMX颗粒,最后对其进行性能表征。本研究的内容主要有以下几个方面:(1)通过MS软件分析RDX、HMX在真空状态下的主要显露晶面,分别搭建不同溶剂分子与炸药晶体四个主要显露面的双层吸附模型,同时改变不同的温度条件,对其进行分子动力学模拟,并计算结合能。根据结合能的计算结果可得,采用喷射法制备RDX时,溶剂宜采用二甲基亚砜,非溶剂温度为30℃;制备HMX时,溶剂宜采用丙酮,非溶剂温度为30℃。采用喷雾干燥法制备RDX时,溶剂应采用丁酮,入口温度为74℃;制备HMX时,应以丙酮为溶剂,入口温度为57℃。(2)利用喷射装置,改变溶剂和温度进行RDX和HMX的细化试验。对制备的炸药样品进行性能表征和测试可得,采用喷射法制备RDX的最佳试验条件为以二甲基亚砜为溶剂,非溶剂体系温度为30℃;制备HMX的最佳试验条件为以丙酮为溶剂,非溶剂体系温度为30℃,与模拟结果一致。该条件下制备的RDX和HMX颗粒呈类球形,粒径达微米级(1μm5μm),晶体比较规整且分散性较好,晶面光滑缺陷少。经DSC分析和撞击感度测试得到,该RDX样品的Tp0和Tb分别提高了1.71℃和1.14℃,H50提高了26%,热安定性和撞击感度均得到改善,摩擦感度也有细微的降低;HMX样品的热安定性和摩擦感度没有明显变化,H50提升了30%,撞击感度有明显降低。(3)利用喷雾干燥装置,改变溶剂和温度进行RDX和HMX的细化试验。对制备的样品进行性能表征和测试可得,采用喷雾法制备RDX的最佳试验条件为以丁酮为溶剂,入口温度为74℃;制备HMX的最佳试验条件为以丙酮为溶剂,入口温度为57℃,与模拟结果一致。该条件下制备的RDX和HMX颗粒呈球形,粒径达微米级(1μm5μm),晶面光滑完整,粒径分布均匀,无明显缺陷和团聚现象。经DSC分析和撞击感度测试得到,该RDX样品的Tp0和Tb分别提高了4.64℃和4.49℃,H50提高了32%,热安定性和撞击感度均有显著改善,摩擦感度也有所降低;HMX样品的热安定性没有明显变化,H50提升了32%,撞击感度有明显降低,摩擦感度有细微降低。(4)制备RDX颗粒时,宜采用喷雾干燥法,以丁酮为溶剂,入口温度为74℃;制备HMX颗粒时,宜采用喷雾干燥法,以丙酮为溶剂,入口温度为57℃。
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