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醛胺缩合双环HMX的母体合成及硝解反应研究(3)

时间:2021-03-14 17:32来源:毕业论文
发展HEDM的关键技术之一是合成它的主要组分HEDC。当前,黑索今(RDX)和奥克托今(HMX)是应用比较广泛的HEDC,在世界范围内得到大规模生产。其中,19

发展HEDM的关键技术之一是合成它的主要组分HEDC。当前,黑索今(RDX)和奥克托今(HMX)是应用比较广泛的HEDC,在世界范围内得到大规模生产。其中,1941年G.F.Wright和W.E.Bachmann所发现的HMX是目前实际应用于弹药和推进剂系统中能量最高、使用性能也相对较优的HEDC,至今仍是炸药家族的娇子。三氨基三硝基苯(TATB)对外界刺激(包括热的、机械的和其它形式的)高度钝感,被认为是目前最为安全的钝感炸药,但是TATB能量较低(约为HMX的60%)。新开发的HEDC的性能,通常以HMX和TATB为参照依据,一般要求为:能量性能优于HMX(密度>1.9 g/cm3,爆速>9 km/s,爆压>40 GPa),安定性和感度与TATB相近。

可以认为,HEDC仍处于蓬勃发展的初级阶段,目前的研究主要集中在以下几种物质:张力环化合物和笼状化合物、氮杂环化合物、无环化合物、氮簇和氧簇分子、激发态材料。上述的五类HEDC大致可以分成三个层次。第一个层次是张力环和笼状化合物、氮杂环化合物、无环化合物,也是近期内开发的重点。第二个层次为氮簇、氧簇分子,美国在这个领域的研究工作已有一些进展,并已在N5+的合成上有了突破性进展。这类HEDC的能量较高,但是稳定性相对较差,合成工艺也比较难,在推进剂中应用可能还需要很长的时间,是中期开发的重点。第三个层次是亚稳态材料、金属氢及同核异构体,开发前景十分诱人,但从现在的理论水平和实验手段来看,这方面的研究是可望而不可及的,应当看作为远期目标。下面是关于氮杂环化合物、张力环化合物、笼状化合物及氮簇和氧簇分子的简单介绍。源[自[优尔``论`文]网·www.youerw.com/

(1)氮杂环化合物

氮杂环化合物中很多具有高生成焓和高能量密度的特征。其中,含能五元氮杂环(呋咱、咪唑、三唑、四唑)和六元氮杂环(二嗪、三嗪、四嗪),以及它们的稠环衍生物,具有很高的研究价值。呋咱类是和高能推进剂与高能炸药最密切相关的一类,具有一定代表性。美国和俄罗斯都报道了一些呋咱类衍生物的成功合成。呋咱环(又称噁二唑环)是一种含有1个氧原子和2个氮原子的五元环。呋咱环的环内存在活性氧,本身是一种非常有效的爆炸性基团,具有很高的生成焓。即使是最简单的取代呋咱,其分子能量也具有较高水平。呋咱环可以与各种高能基团连接,如硝基、硝酰氧基、偶氮基、氧化偶氮基、腈基等,从而进一步提高氮含量和能量密度。比如当结构中引入偶氮基和氧化偶氮基时,通过基团加和法计算可得,标准生成焓增加了211.6 kJ/mol。另外,呋咱环可以和其它含能氮杂环结合成稠环,还可以相互连接成二呋咱、大环呋咱、长链呋咱等衍生物。分子结构中各种高能基团密集排列使它们可以有很高的能量密度。3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF),密度达1.94 g/cm3,最大理论爆速可达9.25 km/s,可认为其能量水平优于HMX而与HNIM相近。且其熔点低(101 ℃),感度适中,热安定性好,合成工艺简单,成本较低,是一种易于推广使用的HEDC。DNTF可用于高能熔铸炸药及推进剂中,在无烟、微烟双基推进剂中,DNTF对比冲的贡献几乎可与HNIW比肩。

(2)张力环化合物

由于成键电子的位移,通过键的变形程度和键角大小变化,张力环化合物可以将能量以张力能的形式贮存在分子内,而后通过化学反应的形式将能量释放出来。美国的高能量密度材料计划已经合成了一系列的张力环化合物。其中,以1983年合成的1,3,3-三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)为代表。它是一个高张力的小环化合物(分子内张力使其内能增加了约155 kJ/mol),分子中含有一个硝胺基和一个偕二硝基。TNAZ的能量密度与HMX相近(TNAZ的密度为1.84 g/cm3,氧平衡为16.66%,最大爆速约8.8 km/s),但由于它的机械感度远低于HMX,熔点低(101 ℃~103 ℃),热稳定性优异(DSC曲线上的分解放热峰约为258 ℃),所以备受人们关注,是一种公认的很有应用前景的HEDC。文献综述 醛胺缩合双环HMX的母体合成及硝解反应研究(3):http://www.youerw.com/yixue/lunwen_71444.html

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