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HMX基O/W型悬浮油墨的喷墨打印成型及性能

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含能材料 2024年第5期32卷 492-500页

作者：闫晓虹徐传豪李千兵牛康高磊安崇伟王晶禹中北大学环境与安全工程学院山西太原030051 江西新余国科科技股份有限公司江西新余338018

为探究乳液型炸药油墨与喷墨打印工艺结合的可行性,设计了以氟碳树脂(FEVE)的乙酸乙酯溶液为油相,聚乙烯醇(PVA)水溶液为水相的水包油(O/W)型双组分黏结剂体系,并选用微纳米HMX为主体炸药,制备O/W悬浮型炸药油墨进行了喷墨打印。采用电... 详细信息

为探究乳液型炸药油墨与喷墨打印工艺结合的可行性,设计了以氟碳树脂(FEVE)的乙酸乙酯溶液为油相,聚乙烯醇(PVA)水溶液为水相的水包油(O/W)型双组分黏结剂体系,并选用微纳米HMX为主体炸药,制备O/W悬浮型炸药油墨进行了喷墨打印。采用电子密度测试仪、激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、纳米压痕仪、同步热分析TG-DSC、撞击和摩擦感度测试仪对喷墨打印成型样品的密度、形貌、力学性能、热安全性能、撞击感度和摩擦感度进行了表征,对喷墨打印成型样品的爆速和临界尺寸进行了测试。结果表明:喷墨打印成型样品表面较平整,线平均粗糙度为7.346µm,且内部颗粒分布紧实,内部的HMX未转晶,热稳定性及力学性能较好。样品的实测密度为1.5326 g·cm^(-1)(83%TMD);样品的撞击能为7 J,摩擦荷重为144 N,截面尺寸1 mm×1mm打印样品的爆速为7076 m·s^(-1)和临界尺寸为1 mm×0.087 mm,具有优异的安全性能和微尺度爆轰性能。

关键词：水包油型黏结剂体系炸药油墨微纳米HMX 喷墨打印微尺度爆轰

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改性双基推进剂压伸成型工艺安全的数值模拟

火炸药学报 2024年

作者：仇友圣叶宝云张致源王润馨邓文文李鑫丰安崇伟王晶禹山西省超细粉体工程技术研究中心中北大学环境与安全工程学院

螺旋压伸是改性双基推进剂成型主要的工艺之一，为了深入研究压伸工艺参数对改性双基推进剂成型过程安全性能的影响。本文对压缩熔融段、熔体输送段和口模成型段进行整体建模，对改性双基推进剂物料的密度、流变特性等物料参数进行了测... 详细信息

螺旋压伸是改性双基推进剂成型主要的工艺之一，为了深入研究压伸工艺参数对改性双基推进剂成型过程安全性能的影响。本文对压缩熔融段、熔体输送段和口模成型段进行整体建模，对改性双基推进剂物料的密度、流变特性等物料参数进行了测定，基于Polyflow软件，对流体域网格无关性进行了验证，研究了改性双基推进剂物料在非等温条件下的压伸过程的安全特性。结果表明，螺杆转速的增加会使物料温度、压力、剪切速率升高，存在燃爆风险，为保证安全性，压伸成型过程中适宜的螺杆转速为10r/min；螺杆温度增加，剪切速率降低，物料的塑化程度会变差，温度升高易使物料分解，结合改性双基推进剂敏感物料成分特性考虑，螺杆温度为85℃相对安全；相较于螺杆温度，套筒温度的变化对物料流场的影响较小，结合改性双基推进剂实际生产条件考虑，70℃套筒保温温度适合改性双基推进剂生产。结合模拟结果，得出在推进剂生产过程中需注意压力和温度的快速变化带来的影响。

关键词：改性双基推进剂螺压工艺工艺安全压伸数值模拟

Pickering乳液聚合法制备TATB/HMX基复合微球

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火炸药学报 2024年第2期47卷 145-151,I0002页

作者：侯聪花马静静李培英王晶禹贾雪茹许语谦郑学明中北大学环境与安全工程学院山西太原030051 邯郸学院机电学院河北邯郸056005 黑龙江北方工具有限公司黑龙江牡丹江157013

为了提升HMX的安全及应用性能,采用Pickering乳液聚合法,以固体粒子氧化石墨烯(GO)为稳定剂,分别以聚醋酸乙烯酯(PVAc)和聚苯乙烯(PSt)为黏结剂制备了两种TATB/HMX基复合粒子;通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热... 详细信息

为了提升HMX的安全及应用性能,采用Pickering乳液聚合法,以固体粒子氧化石墨烯(GO)为稳定剂,分别以聚醋酸乙烯酯(PVAc)和聚苯乙烯(PSt)为黏结剂制备了两种TATB/HMX基复合粒子;通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和X射线光电子能谱仪(XPS)对样品进行了表征,并测试了其撞击感度和摩擦感度。结果表明,制备的TATB/HMX基复合粒子均为表面均匀密实的球形颗粒,所含HMX和TATB的炸药晶型均未改变;与HMX原料相比,复合粒子的表观活化能(E_(a))提高,其中TATB/HMX/PVAc/GO复合粒子的E_(a)提高了44.18 kJ/mol,TATB/HMX/PSt/GO的E a提高了40.5 kJ/mol;撞击感度和摩擦感度明显降低,以PVAc为黏结剂更适合复合粒子的制备,其临界撞击能量由5.5 J提升至60 J,临界摩擦压力由128 N提升至324 N,说明制备的复合微球的热安全性和机械安全性大大提高。

关键词：物理化学 HMX TATB Pickering乳液聚合法 GO

微流控技术制备微米级DAP-4基含能复合微球及性能研究

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含能材料 2024年第3期32卷 249-255页

作者：李佳伟李佳飞张东旭薛志华李柘嫱雷金山王晶禹武碧栋中北大学环境与安全工程学院山西太原030051

为提高分子钙钛矿含能材料(DAP-4)的装药工艺安全性,采用同轴型液滴微流控技术,改变黏结剂聚叠氮缩水甘油醚(GAP)和硝化纤维素(NC)的复合比例(占DAP-4质量的2%)实现了DAP-4基含能复合微球的球形化造粒。通过扫描电镜、X射线衍射仪、差... 详细信息

为提高分子钙钛矿含能材料(DAP-4)的装药工艺安全性,采用同轴型液滴微流控技术,改变黏结剂聚叠氮缩水甘油醚(GAP)和硝化纤维素(NC)的复合比例(占DAP-4质量的2%)实现了DAP-4基含能复合微球的球形化造粒。通过扫描电镜、X射线衍射仪、差热扫描量热仪、热失重分析仪、高速摄影、撞击感度测试仪和摩擦感度测试仪等系统测试和分析了样品的宏微观形貌、晶体结构、热性能、燃烧性能、机械感度等。结果表明:黏结剂GAP与NC的比例为4∶1时,DAP-4基复合微球(GN41)的球形化效果最好;对DAP-4进行球形化造粒后不会改变其晶体结构,热分解峰温略有提前;DAP-4基复合微球的燃烧时间比原料有轻微延长,总体依然表现出非常平稳的持续燃烧,保留了其优异的燃烧性能;GN41微球在降低机械感度的同时显著改善了流动性,提高了装药工艺安全性。

关键词：微流控分子钙钛矿含能材料(DAP-4) 微球流散性燃烧

纳米多孔CuO对硼基铝热剂药线燃烧性能的影响

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火工品 2024年第1期 53-59页

作者：宋浩宇李晨阳安崇伟王晶禹景小飞何建忱中北大学环境与安全工程学院山西太原030051 陆军装备部驻成都地区第一军事代表室四川成都610110

为研究多孔Cu O对B/Cu O药线燃烧性能的影响,选用多孔、立方和针状Cu O分别与无定型硼进行微观复合,借助微笔直写技术制得相应配方的药线。使用流变仪对油墨的动态粘度进行测试,通过高速摄影技术测试药线的线性燃速,并采用扫描电镜、X... 详细信息

为研究多孔Cu O对B/Cu O药线燃烧性能的影响,选用多孔、立方和针状Cu O分别与无定型硼进行微观复合,借助微笔直写技术制得相应配方的药线。使用流变仪对油墨的动态粘度进行测试,通过高速摄影技术测试药线的线性燃速,并采用扫描电镜、X射线衍射装置对固体反应物、产物进行测试。结果表明:借助微笔直写技术制得的B/Cu O药线中各组分分布均匀、燃烧性能稳定;多孔Cu O的加入最高可将B/Cu O药线的燃烧速度提升300%,氧化物形貌的改变并不会改变B/Cu O的反应进程,多孔Cu O的加入提高了药线反应过程中的热对流,从而提升了药线的燃烧性能。

关键词：铝热剂微笔直写 B/Cu O 形貌燃烧性能热对流

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火炸药安全与环保专刊序言

火炸药学报 2023年第10期46卷 F0002-F0002,I0001页

作者：王晶禹山西省超细粉体技术工程研究中心中北大学环境与安全工程学院中北大学

火炸药是含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行化学反应并输出能量的化合物或混合物,包括炸药、火药和烟火药剂。火炸药在武器系统点火、起爆、发射、推进和毁伤过程中具有不可替代的作用,是实现武器系统远程精确打击、高效... 详细信息

火炸药是含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行化学反应并输出能量的化合物或混合物,包括炸药、火药和烟火药剂。火炸药在武器系统点火、起爆、发射、推进和毁伤过程中具有不可替代的作用,是实现武器系统远程精确打击、高效毁伤的重要能源保障。火炸药的本质特征表明其具有易燃易爆的特性,在生产加工、使用、贮存和运输等过程中易发生分解、燃烧、爆炸、殉爆或从热分解到燃爆的链式反应,因此火炸药的安全性始终是火炸药需要解决的首要问题。

关键词：火炸药烟火药剂输出能量殉爆链式反应能源保障爆炸性热分解

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硼/氧化铜延期药线燃烧性能及延期性能研究

火炸药学报 2022年第5期45卷 722-729页

作者：宋浩宇李晨阳安崇伟王晶禹中北大学环境与安全工程学院山西太原030051

为实现硼系延期药的线性和延期网络的构筑,并研究药线形态下的延期性能,以硼、氧化铜为延期药主体装药,F2602橡胶为黏结剂,选择N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,设计了适用于微笔直写工艺的油墨配方,采用微笔直写工艺对不同硼/氧化铜油墨... 详细信息

为实现硼系延期药的线性和延期网络的构筑,并研究药线形态下的延期性能,以硼、氧化铜为延期药主体装药,F2602橡胶为黏结剂,选择N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,设计了适用于微笔直写工艺的油墨配方,采用微笔直写工艺对不同硼/氧化铜油墨配方进行直写成型,并设计了简单的延期网络。使用流变仪测试了油墨的动态黏度,通过高速摄影技术测试了延期药线的线性燃速,并借助扫描电镜、X射线衍射装置表征了固体反应产物的形貌和组成。结果表明,借助微笔直写技术制备的定制化延期药线打印精度高,厚度控制在(0.90±0.03)mm,燃速的最大相对误差为5.8%,可实现6~20mm/s燃速范围内的精准调控;当硼质量分数5%时,燃速可达20.96mm/s;当硼质量分数为10%~30%时,燃速先从11.76mm/s平缓上升至12.91mm/s左右。之后,燃速随着硼含量的增加急速下降至6.78mm/s;当硼质量分数为25%时,硼/氧化铜延期药线可在列间距大于5mm的延期网络中稳定燃烧。对硼/氧化铜的燃烧产物进行XRD分析说明,硼与氧化铜在硼质量分数为5%时燃烧生成Cu_(2)O和Cu,随着硼含量的升高,反应完全,燃烧产物为Cu。

关键词：硼/氧化铜延期药含能油墨微笔直写延期精度

黏结剂对喷雾干燥FOX⁃7基PBXs的性能影响

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含能材料 2023年第5期31卷 457-466页

作者：杨玥李小东董子文孔松王晶禹宁波工程学院材料与化学工程学院安全工程学院浙江宁波315211 中北大学环境与安全工程学院山西太原030051 山西省超细粉体工程技术研究中心山西太原030051

为研究喷雾干燥制备高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosives,PBXs)的包覆机理和黏结剂种类及含量对PBXs性能的影响,分别以聚酯型热塑性聚氨酯(Estane 5703)、氟树脂(F_(2314))、氟橡胶(F_(2602))和丙烯酸酯橡胶(ACM)为黏结剂,采用喷... 详细信息

为研究喷雾干燥制备高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosives,PBXs)的包覆机理和黏结剂种类及含量对PBXs性能的影响,分别以聚酯型热塑性聚氨酯(Estane 5703)、氟树脂(F_(2314))、氟橡胶(F_(2602))和丙烯酸酯橡胶(ACM)为黏结剂,采用喷雾干燥技术制备细化FOX-7和含有不同黏结剂种类和含量的1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)基PBXs。分别采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)、撞击感度测试仪测试样品的表面形貌、晶型、热分解特性和撞击感度,研究黏结剂种类和含量对FOX-7基PBXs性能影响。结果表明,喷雾干燥包覆样品晶型均为α-FOX-7;Estane 5703包覆样品拥有最佳的球形度、表面光滑度和机械安全性,但表观活化能降低10.61%,F_(2602)包覆样品的热稳定性好,二者作为黏结剂均可有效降低FOX-7的撞击感度;黏结剂含量为3%~5%时,FOX-7基PBXs造型粉颗粒表面光滑,包覆黏结效果好;黏结剂含量为5%时,FOX-7基PBXs安全性能最佳。由FOX-7在熔融态下PBXs的微观形貌,分析喷雾干燥制备PBXs中黏结剂的包覆结构和降感机理,对比细化FOX-7和PBXs的撞击感度和表面元素原子比及化学态变化对其进行验证。

关键词： 1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7) 高聚物黏结炸药(PBXs) 复配黏结剂喷雾干燥

微纳CL⁃20颗粒悬浮型炸药油墨的3D微喷打印成型及性能

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含能材料 2023年第6期31卷 552-560页

作者：李春燕陈娇安崇伟叶宝云王晶禹中北大学环境与安全工程学院山西太原030051 太原工业学院环境与安全工程系山西太原030008

为了解决六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‑20)基全液型炸药油墨微喷成型的主体炸药转晶和成型效率低等问题,以聚乙烯醇(PVA)的水溶液为胶体悬浮液,以微纳CL‑20颗粒为悬浮颗粒,设计并配制了与3D微喷打印相兼容的悬浮型炸药油墨,并采用3D微喷技... 详细信息

为了解决六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‑20)基全液型炸药油墨微喷成型的主体炸药转晶和成型效率低等问题,以聚乙烯醇(PVA)的水溶液为胶体悬浮液,以微纳CL‑20颗粒为悬浮颗粒,设计并配制了与3D微喷打印相兼容的悬浮型炸药油墨,并采用3D微喷技术对炸药油墨进行打印成型。通过密度计、激光共聚焦显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪对成型样品的性能进行表征,并测试了样品的撞击感度、摩擦感度和爆速,在此基础上研究了微纳CL‑20颗粒含量与微型传爆药性能之间的关系。结果表明:随着炸药油墨中微纳CL‑20颗粒含量的增大,墨滴成型后“咖啡环”现象逐渐明显,药线单层沉积厚度增加,打印成型效率增大,但孔隙率则逐渐增大。主体炸药CL‑20在3D微喷打印过程中没有晶型的转变,仍为ε型。当成型样品中微纳CL‑20颗粒的含量与黏结剂的比例为9∶1时,样品的实测密度为1.638 g·cm^(-3)(86.19%TMD),弹性模量为5.43 GPa;其撞击感度、摩擦感度和爆速分别为4 J、240 N和7689 m·s^(-1),展现了较好的安全性能及微尺度传爆能力。

关键词：微纳CL‑20颗粒悬浮型炸药油墨 3D微喷打印晶型