静电喷雾法制备纳米类球形TKX-50晶体及性能研究

王 茜，黄欣阳，唐小丫，刘瑞星

(西南科技大学四川省新型含能材料军民融合协同创新中心，四川 绵阳 621010)

摘 要：纳米炸药具有能量释放更充分、安全性能高、爆轰临界直径小等优点，因此其制备技术也成为行业的研究热点。为了对5,5'-联四唑-1,1'-二氧二羟胺盐(TKX-50)的尺寸进行调控，采用静电喷雾法制备了纳米类球形TKX-50,并通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、差示扫描量热仪等，对其形貌尺寸、晶型、热分解性能和安全性能进行了表征与测试。结果表明，纳米TKX-50中位粒径D₃为150mm,粒径分布较窄；纳米TKX-50晶型没有改变，但热分解洁性略微提升，热分解峰温为240.3℃,比原料TKX-50低了4.0℃,放热峰更尖锐和集中；此外，纳米的TKX-50撞击感度特性落高H₀为63.5cm,比原料TKX-50高了5.3cm,安全性能得到一定程度的改善。

关键词：TKX-50;纳米炸药；静电喷雾

引言

单质炸药是一种由单一化合物组成的并具有能量的爆炸性物质,是现代军用武器系统、民用爆装备与航空航天探索的能量来源。随着火炸药技术的飞速发展,单质炸药已经成为各类武器战斗性能的关键影响因素,对我国经济建设和国防事业都起到了极其重要的作用。近年来,寻求新一代高能量低感度环境友好的绿色含能材料以替代传统的硝铵类炸药一直是含能材料领域的重要研究方向。在设计新的含能材料时多氨高能量密度化合物是近年涌现出的一类最具潜力的化合物。

德国慕尼黑大学 Klapotke 课题组首先研制出了5.5'-联四唑-1,1'-二氧二羟胺盐(TKX-50)!1-2单质炸药,它一种白色品体,分子量为236.15,分子式为CHN0,元素组成C为10.17%H为3.41%、N为59.31%,氧平衡为-27.10,分解温度为221℃,理论上的最大密度为1.918g/cm。从分子结构上,该单质炸药脱离了硝基爆炸基团的限制,使得化合物在稳定性方面有了本质的改善,既保证了含能材料的高能量,又使材料具有低感度的特点,能量性能优于HMX且接近CL-20,有望作为RDX的替代物使用。作为一种含能离子盐,该单质炸药具有环境友好、含氮量高、生成热值高、机械感度低等优点,但其在生产中存在晶型较差、粒度分布不均勾等问题,进而影响了其加工工艺性能。

纳米炸药与常规大尺寸炸药相比,极高的比表面积和反应活性使其具有能量释放更充分、安全性能高、爆轰临界直径小等优点,在传爆药、推进剂和爆炸逻辑网络等应用领域越来越被重视。纳米炸药的制备方法主要有机械研磨法、化学重结品法、超临界流体重结晶法、乳液法、气流粉碎法等。静电喷雾技术[-41是一种通过高压静电发生装置使喷出的雾滴带电的喷雾方法,在制备样品时由于带电液滴上库仑力和表面张力的相互作用,使制备的样品组分混合更均匀,粒径分布更窄,粒度更小且不易团聚,通过调整溶液浓度、电压等工艺条件,可以得到尺寸可控的微纳米样品。研究以二甲亚砜为溶剂,采用静电喷雾技术制备纳米TKX-50单质炸药,并对产物的尺寸、晶型、热分解性能和安全性能等进行表征:-61,以期为纳米TKX50在含能材料领域中的应用提供技术支持。