CN114230423B - 低机械感度高爆轰性能cl-20/bodn共晶炸药、制备方法及应用 - Google Patents

低机械感度高爆轰性能cl-20/bodn共晶炸药、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种低机械感度高爆轰性能CL‑20/BODN共晶炸药、制备方法及应用，该共晶炸药由CL‑20和BODN制成，CL‑20与BODN的摩尔比为1:1。该共晶炸药相对于CL‑20的机械感度的削弱度为133％。该共晶炸药的共晶属于正交晶系，P212121空间群。该共晶炸药中，CL‑20分子与BODN分子通过CL‑20分子环上的硝基与BODN分子上的噁唑环之间的硝基‑π作用结合。本发明的低机械感度高爆轰性能CL‑20/BODN共晶炸药，相对于CL‑20而言，其机械感度大幅度降低，同时具有优良的爆轰性能。本发明制备方法的工艺流程简单，反应条件温和，在0～18℃的条件下即能完成制备，制得的共晶炸药具有良好的爆轰性能和安全性，能够用于高能钝感弹药中。

Description

低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药、制备方法及 应用
技术领域
本发明属于含能材料技术领域，涉及CL-20类共晶炸药，具体涉及一种低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药、制备方法及应用。
背景技术
由于现有技术中CL-20类炸药难以兼顾高爆轰性能和低机械感度，从而限制了CL-20类炸药用于高能钝感弹药中。
近年来在钝感高能炸药研究发展方面，主要思路有两种：一种是设计与合成新的单质炸药分子，这种方法可以从分子设计层面来调节高能量密度与安全性之间矛盾，但缺点是研发成本高、周期长、大部分产率较低以及工艺复杂；另一种是针对已有高能量密度炸药进行改性。常用的改性手段包括：第一，含能材料纳米化和纳米结构化；第二，对含能材料分子进行包覆和复合；第三，通过晶体工程，改进结晶工艺，在重结晶过程中使用加入添加剂等手段，以达到改善晶体品质目的。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药、制备方法及其应用，解决现有技术CL-20类炸药难以兼顾高爆炸性能和低机械感度的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药，由CL-20和BODN制成。
本发明还具有如下技术特征：
具体的，CL-20与BODN的摩尔比为1:1。
具体的，该共晶炸药相对于CL-20的机械感度的削弱度为133％。
具体的，该共晶炸药的共晶属于正交晶系，P212121空间群。
具体的，该共晶炸药中，CL-20分子与BODN分子通过CL-20分子环上的硝基与BODN分子上的噁唑环之间的硝基-π作用结合。
本发明还保护一种如上所述的低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的制备方法，该制备方法具体如下：
将CL-20和BODN加入结晶溶剂中，在0～18℃下进行恒温反应，制得粗混合物；所述的粗混合物经过滤后，制得混合饱和结晶溶液；将所述的混合饱和结晶溶液在25～60℃的温度下进行蒸发，制得混合共晶体；所述的混合共晶体依次经过滤和干燥后，制得低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药。
具体的，所述的结晶溶剂为甲醇、二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯、四氢呋喃或甲苯。
具体的，所述的蒸发的时间为2～3天。
如上所述的低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药用于高能钝感弹药中的应用。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明的低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药，相对于CL-20而言，其机械感度大幅度降低，同时具有优良的爆轰性能。
(Ⅱ)本发明的首次公开了低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的制备方法，该制备方法的工艺流程简单，反应条件温和，在0～18℃的条件下即能完成制备。
(Ⅲ)本发明的低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药具有良好的爆轰性能和安全性，能够用于高能钝感弹药中。
附图说明
图1为低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的单晶衍射图。
图2为低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的制备方法的工艺流程示意图。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
CL-20，即六硝基六氮杂异伍兹烷，是一种能量密度最高且实现了工业化大批量生产的高含能化合物，但由于其具有较高的机械感度和静电火花感度，若加入其他组分降低机械感度，又容易导致CL-20类炸药的相关爆轰性能(如爆速爆压等)大幅度降低。
BODN，即3,3'-联(1,2,4-噁二唑)-5,5'-二甲硝酸酯，是一种新型的二噁唑类含能化合物，其能量性能表征显示其物理性能优于TNT；晶体密度高(295K时为1.83g/cm3)，含氧量适中(OB＝-33.3％)，机械感度为8.6J，摩擦感度为282N，安全性能优于RDX。爆速和爆压分别为8180m/s和29.4GPa。BODN除了具有良好的能量性能外，还具有熔点为84.58℃、以及熔点与热分解温度有着98.9℃的温度差的优势。BODN不仅能够作为一种含能增塑剂，也是能够作为一种独立的可熔铸材料，替代性能较差的TNT。
采用BODN和CL-20制成混合共晶炸药，将有效降低CL-20类共晶炸药的机械感度，同时能够使得CL-20类共晶炸药保持较高的高爆炸性能，实现高能低感的有机结合，而现有技术中尚无关于CL-20/BODN共晶炸药的公开文献报道。
共晶本质上是一种分子自组装行为，通过分子识别、共晶热力学和动力学作用，在不同分子之间形成非共价键的弱相互作用力，将主客体分子连接成特殊的分子构型，分子构型再经过有序的排列组装，最终形成共晶颗粒。将主客体组装起来的分子间作用力主要是氢键、π堆积、卤键和范德瓦尔斯力。这些分子间二次键的键能远低于主配体内部的共价键或离子键，因此，主客体形成共晶后不会影响组分的化学性质。利用共晶技术对含能材料进行改性，不仅制备工艺简单，且更经济实用，已经成为近年来的研究热点。
基于上述分析和现状，本发明首次公开了一种低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药、制备方法及应用，以实现CL-20类共晶炸药在降低机械感度的同时，仍能保持优良的爆轰性能，使得CL-20类共晶炸药的应用前景得到拓宽。
本发明中，低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的爆轰性能测试和机械感度测试均采用现有技术中已知的方式和测试设备。
本发明中制得的共晶炸药的共晶的分子式为C12H10N18O20。
本发明中，机械感度的削弱度按照如下公式进行计算：
W＝(Ms1-Ms2)+Ms2；
式中：
W表示机械感度的削弱度，单位为％；
Ms1表示低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的机械感度，单位为N/m；
Ms2表示CL-20的机械感度，单位为N/m。
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
本实施例公开了一种低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的制备方法，如图2所示，该制备方法具体如下：
将0.438g的CL-20和0.288g的BODN加入至20mL的结晶溶剂中，在10℃的恒温浴槽中进行恒温反应24小时后，制得粗混合物；将粗混合物进行过滤后，制得混合饱和结晶溶液；结晶溶剂为甲醇。将混合饱和结晶溶液置于置于用塑料薄膜封口的烧杯中，再在薄膜上扎6个小孔，将烧杯置于30℃的恒温浴槽中进行蒸发，缓慢蒸发2天析出混合共晶体；将混合共晶体过滤和干燥，制得低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药。
实施例2：
本实施例公开一种低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的制备方法，该方法与实施例1基本相同，区别在于，恒温反应的温度为5℃，结晶溶剂为二氯甲烷，蒸发的温度为25℃。
实施例3：
本实施例公开一种低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的制备方法，该方法与实施例1基本相同，区别在于，恒温反应的温度为0℃，结晶溶剂为丙酮，结晶溶剂的体积为25mL。
实施例4：
本实施例公开一种低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的制备方法，该方法与实施例1基本相同，区别在于，恒温反应的温度为18℃，结晶溶剂为乙酸乙酯，结晶溶剂的体积为30mL；蒸发的温度为40℃，蒸发的时间为3天。
实施例5：
本实施例公开一种低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的制备方法，该方法与实施例1基本相同，区别在于，恒温反应的温度为15℃，结晶溶剂为四氢呋喃。
实施例6：
本实施例公开一种低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的制备方法，该方法与实施例1基本相同，区别在于，恒温反应的温度为18℃，结晶溶剂为甲醇，结晶溶剂的体积为30mL；蒸发的温度为60℃，蒸发的时间为3天。
实施例7：
本实施例公开一种低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药，该共晶炸药采用实施例1的低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的制备方法制得。该共晶炸药由CL-20和BODN制成。
本实施例中，该共晶炸药相对于CL-20的机械感度的削弱度为133％。
本实施例中，采用单晶衍射分析确认了该共晶炸药的分子结构，如图1所示。该共晶炸药中，CL-20与BODN的摩尔比为1:1。该共晶炸药的共晶属于正交晶系，P212121空间群。该共晶炸药中，CL-20分子与BODN分子通过CL-20分子环上的硝基与BODN分子上的噁唑环之间的硝基-π作用结合。
本实施例中，采用本领域常用的已知技术手段对低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的爆轰性能和机械感度进行了测试，机械感度测试采用2kg的落锤，落高为50cm。测试结果如表1所示。
表1低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药及组分样品的爆轰性能和机械感度
Figure BDA0003406673610000071
由表1中可知：
该低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的机械感度为42N/m；该低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的爆轰性能具体为：能量密度为1.965g/cm3，爆速为9123m/s，爆压为40.85GPa。
该低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药较CL-20而言，其机械感度降低了133％；爆速较CL-20仅降低了2.8％，爆压仅降低了10.4％，能量密度仅降低了4.0％。
综合上述分析可知，本发明的低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药，相对于CL-20而言，其机械感度大幅度降低，同时具有优良的爆轰性能。

Claims (6)

1.一种低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药，其特征在于，由CL-20和BODN制成，CL-20与BODN的摩尔比为1:1；
该共晶炸药的共晶属于正交晶系，P212121空间群；
该共晶炸药中，CL-20分子与BODN分子通过CL-20分子环上的硝基与BODN分子上的噁唑环之间的硝基-π作用结合。
2.如权利要求1所述的低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药，其特征在于，该共晶炸药相对于CL-20的机械感度的削弱度为133％。
3.一种如权利要求1或2任一项所述的低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的制备方法，其特征在于，该制备方法具体如下：
将CL-20和BODN加入结晶溶剂中，在0～18℃下进行恒温反应，制得粗混合物；所述的粗混合物经过滤后，制得混合饱和结晶溶液；将所述的混合饱和结晶溶液在25～60℃的温度下进行蒸发，制得混合共晶体；所述的混合共晶体依次经过滤和干燥后，制得低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药。
4.如权利要求3所述的低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的制备方法，其特征在于，所述的结晶溶剂为甲醇、二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯、四氢呋喃或甲苯。
5.如权利要求3所述的低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药的制备方法，其特征在于，所述的蒸发的时间为2～3天。
6.如权利要求1或2所述的低机械感度高爆轰性能CL-20/BODN共晶炸药用于高能钝感弹药中的应用。
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