CL-20基高能低感炸药的制备与表征

摘要

在含能材料领域中，高能低感炸药是研究者们长期追求的目标。但是，炸药的能量与安全性存在本质的矛盾，能量越高、安全性越差。随着军事武器的发展，提高炸药的安全性及环境适应性成了当今武器发展的重点。C L-20是目前能量最高、密度最大、热稳定性最好的单质炸药之一，但由于较高的机械感度导致其应用受到限制。为了在保持高能的前提下降低CL-20的感度，本论文结合共晶炸药和包覆炸药的研究思路，以 CL-20为研究对象，以“木头炸药”TATB为降感剂，通过溶剂体系和结晶方法的合理选择，采用快速成核的溶剂/非溶剂法，成功制备高能低感的CL-20/TATB共晶炸药和CL-20&TATB包覆炸药，并对其结构和性能进行表征。主要研究内容如下：
　　（1）CL-20/TATB共晶炸药的制备及表征：由于TATB在大多数有机溶剂中的难溶特性，而CL-20较易溶于有机溶剂，因此CL-20/TATB共晶的制备非常困难。本文通过溶剂的合理筛选和配置，并采用快速成核的溶剂非溶剂法，成功制备出物质的量比为3:1的CL-20/TATB共晶炸药，并采用各种技术对其结构和性能进行表征。SEM测试结果发现，CL-20/TATB共晶形貌规整，大小均匀且缺陷较少，为表面光滑的四面体形，粒径分布约在3-5μm。可以看出，共晶的形貌与粒径与原料均差异较大。由IR和Rama n光谱推测，共晶中CL-20和TATB发生了分子间氢键作用。对CL-20/TATB共晶进行密度测试时未发生分层现象，测得的密度值为1.960 g·cm-3，介于CL-20和TATB之间。TG曲线上的一步失重及DSC曲线上仅有的一个热分解峰，可以进一步证明制备得到的CL-20/TATB共晶为一种新的纯物质相，排除了机械混合的可能。由热分析和爆轰参数计算结果可以看出，CL-20/TATB共晶具有良好的热稳定性和高的能量释放效率。感度测试结果表明，CL-20/TATB共晶的感度优于CL-20，和HMX较为接近，但其密度高于HMX，爆轰性能优于HMX。
　　（2）CL-20&TATB包覆炸药的制备及表征：采用简单经济快速成核的重结晶方法，成功制备出由亚微米TAT B包覆的C L-20炸药。该方法采用原料为几十微米的TATB，借由强烈的溶剂效应和温度效应，并通过控制CL-20和TATB的结晶速率，获得粒径约600 nm的TATB棒状颗粒包覆在CL-20表面的结晶样品。SEM和XRD测试结果表明，由于超细TATB的表面效应，TATB均匀完整地包覆在C L-20的表面，形成一层致密的包覆层，其含量约为14％。由TG-DSC测试结果可以看出，CL-20&TATB包覆炸药具有良好的热稳定性。感度测试结果显示，该包覆炸药的感度远低于CL-20，接近于不敏感单质炸药LLM-105。