CL-20填充新型碳基多孔材料复合结构的制备及性能研究

作     者：朱帅达 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曹雄;李连强

授予年度：2022年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：CL-20 碳基多孔材料 复合结构 机械感度 热分解性能 爆轰参数 

摘      要：六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20),是一种能量密度大、释能速率快,特征信号低的新型含能材料。然而,其较差的安全性能(高机械感度)及较低的自持燃烧性能极大地制约其实际装药应用。因此,选用合适的方法提升CL-20的综合性能显得尤为重要。目前,新型碳基材料凭借其优异的物理化学性能常被当作添加剂用于CL-20改性中。但是,当前碳基复合含能材料的性能研究,主要侧重于配方设计,忽视了纳米碳基材料的团聚效应,其安全性能以及能量特性都受到约束。本文采用多种方法制备了新型碳基多孔框架材料,并将CL-20填充至框架孔洞内,为解决纳米碳基材料在复合含能材料中团聚问题,提高CL-20的综合性能探索一条新途径。主要研究内容与成果如下:(1)以纳米多孔碳支架薄膜(NCS)为模板,通过模板吸附溶剂的方法将CL-20填充进NCS孔洞内,制成CL-20/NCS三明治复合结构。使用多种表征方法分析了 NCS及CL-20/NCS复合结构的形貌特征,晶体结构,及元素分布。并对复合结构的热分解性能进行测试,结果表明,CL-20/NCS三明治复合结构的热分解性能明显提高且孔径为15 nm的NCS催化效果最佳,在20%质量分数的NCS作用下,CL-20的峰值温度降低了16.9 ℃,活化能(Ea)减少了 100.1 kJ/mol。(2)以氧化石墨烯(GO)为原料,采用水热法制备了石墨烯泡沫(GF)。通过模板吸附溶剂的方法将CL-20填充进GF框架结构中,获得CL-20/GF复合结构。使用多种表征方法分析了 GF及CL-20/GF复合结构的形貌特征,晶体结构,元素分布及官能团组成。并测试了复合结构的热分解性能,感度特性,计算了复合结构的爆轰参数。结果表明:CL-20/GF复合结构的热分解性能提高,峰值温度降低了 13.1℃,Ea减少了23 kJ/mol。撞击感度相对于CL-20提高了16%,摩擦感度降低了69%。复合结构的爆速降低为9024 m/s,爆压降低至40.59 Gpa。(3)以GO,葡甘露聚糖(KGM)为原料,采用冰模板法制备了 GO/KGM气凝胶(KGA)。通过模板吸附溶剂的方法将CL-20填充进KGA框架结构中,获得CL-20/KGA复合结构。使用多种表征手段分析了 KGA的形貌特征,晶体结构,元素分布及官能团组成,并测试了复合结构的热分解性能,感度特性,计算了复合结构的爆轰参数。结果表明:CL-20/KGA复合结构的热分解性能提高,峰值温度降低了 5.0℃,Ea减少了 61.1 kJ/mol。复合结构的撞击感度相对于CL-20提高了 8%,摩擦感度降低了 69%。复合结构的爆速降低为9061 m/s,爆压降低至41.01 Gpa。