CL-20/DNB共晶炸药的制备、结构与性能研究

【摘要】六硝基六氮杂异伍兹烷（简称HNIW，俗称CL-20）是目前能量最高的单质炸药之一，它不仅氧平衡优良，且爆速、爆压、密度等都优于当前军用主炸药奥克托今(HMX)，能量输出比HMX高10%-15%，被誉为“明天的炸药”。但其安全性不理想，成本较高，因此严重制约了它的发展应用。为了提高CL-20的安全性，并降低其使用成本，本文采用共结晶技术将CL-20与廉价、钝感的炸药1,3-二硝基苯（DNB）以摩尔比1：1相结合，得到一种综合性能优良的新型共晶炸药，为今后类似炸药共晶的制备和研究工作奠定了基础。论文主要工作如下：（1）综合氢键设计法、分子互补法、以及类比法三种共晶炸药设计方法，结合CL-20的结构、性能特点，设计出了CL-20/DNB共晶炸药。采用溶剂挥发法，以无水乙醇作溶剂，按CL-20和DNB的投料比：n(CL-20):n(DNB)=1:6制得CL-20/DNB共晶炸药。（2）对所得共晶炸药的形貌、结构进行观察和研究，结果表明，CL-20/DNB共晶炸药呈明显不同于两种前驱体的无色棱柱状结晶，其分子式为C12H10N14O16，分子量为606.34，密度为1.880g/cm3，晶体属正交晶系，Pbca空间群。共晶晶体内部双层的CL-20分子与单层的DNB分子交替排布，且其内CL-20分子的构型以及排布方式均与β-CL-20晶体相似。共晶晶体内的分子间作用力主要有氢键、p-π相互作用、硝基-硝基相互作用及π-π相互作用，这些作用力以及层状的分布结构使得共晶晶体堆积紧密，堆积系数达0.781。（3）对共晶炸药的热性能进行分析研究，结果表明，共晶的热分解过程可分为三个阶段：首先，共晶在136.6℃熔化，转变为液态的DNB和β-CL-20，随后，随着温度的升高，β-CL-20转晶为γ-CL-20并在216.8℃左右分解，最后在温度达到242.8℃左右时，DNB分解。（4）共晶炸药爆轰性能的理论计算结果表明，其爆速为8434m/s，爆压为34.07GPa，较ε-CL-20（9386m/s，45.09GPa）稍微下降，但比DNB（5840m/s，14.18GPa）提高很多，且与CL-20/TNT（8466m/s，33.8GPa）共晶炸药相当。究其原因，主要是由于CL-20/DNB共晶炸药较高的分子堆积密度导致其较大的晶体密度所致。（5）共晶炸药机械感度测试结果表明，CL-20/DNB共晶炸药的特性落高（H50）为55cm，摩擦感度以爆炸概率表示为48%，较ε-CL-20以及前驱体的机械混合物大幅改善，较CL-20/TNT共晶炸药更加安全。
【作者】王玉平；
【导师】王建华；李洪珍；
【作者基本信息】中北大学，安全技术及工程，2014，硕士
【关键词】共晶炸药；CL-20；DNB；制备；结构；性能；

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