纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的制备及其性能研究

徐 亮,杨 敏,文 韬,高登钊,郭长平,王 茜

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

摘要:高能单质含能材料六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)由于机械感度过高,限制了其在军事领域的广泛应用。以硬脂酸修饰的纳米六硝基茋(HNS)为表面活性剂,CL-20和1,3-二硝基苯(DNB)的乙酸乙酯溶液为油相,在超声波辅助作用下制备稳定的Pickering乳液,研究了纳米HNS的界面性质、改性纳米HNS的用量及乳液的静置时间对乳液稳定性的影响规律,成功制备纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物,并对复合物的形貌、结构、热分解性能及安全性能进行表征。结果表明:改性HNS含量为10%~20%,静置时间小于200 min时,可以制备均匀稳定的Pickering乳液;核壳复合物粒径约为5 μm左右,表面包覆一层改性纳米HNS;由于共晶结构,复合物的热分解峰温为247.7 ℃,其热分解放热峰温较原料CL-20提高了7.9 ℃;复合物的特性落高H50为43 cm,摩擦感度爆炸概率为36%,相较于原料CL-20,安全性能大幅提升。本研究所采用的制备方法安全简单且组分无非含能材料,理论上未降低核壳复合物的能量,有望为含CL-20的复合炸药的设计和制备提供新思路,提升CL-20在军事领域的适用性。

关键词:六硝基六氮杂异伍兹烷;1,3-二硝基苯;六硝基茋;Pickering乳液;共晶

0 引言

笼型多环硝胺结构六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20或HNIW)相比现今的主流炸药奥克托今(HMX)爆速约提升6%,能量输出约提升13%,是目前为止已知能够实际应用的能量最高、威力最大的非核单质炸药[1]。然而机械感度过高,限制了CL-20在军事领域的广泛应用[2-4]。协调CL-20的能量与安全是研究人员关注的焦点,基于此,国内外学者对CL-20的降感技术进行深入研究。

目前CL-20降感研究主要集中在共晶、包覆、球形化、微纳米化等[5-8]。共晶是指将2种及2种以上分子通过分子间非共价键(氢键、范德华力和π-π键等)作用,在同一晶格中形成超分子晶体。通过共晶技术,可以有效地降低CL-20的感度,提升其安全性[9]。宋小兰等[10]利用蒸发结晶法制备的CL-20/DNT共晶炸药在具有高能量水平和很好的稳定性的同时,机械感度大幅下降;杭贵云等[11]利用喷雾干燥法制备的CL-20/RDX共晶炸药,其撞击感度和摩擦感度与原料CL-20相比分别下降24%、36%。包覆是使用高分子材料或钝感炸药对高能含能材料进行包覆,形成具有较低机械感度、较强力学性能及良好安定性能等优点的复合含能材料。陈鲁英等[12]使用高聚物Estane和石墨G组成的Estane-G复合黏结剂对CL-20进行包覆,制备的CL-20/Estane-G复合物与原料CL-20相比,机械感度大幅降低,能量略有降低;董璐阳等[13]采用原位合成法制备的CL-20/TATB复合炸药与原料CL-20相比,感度降低,安全性提高。综上所述,在组分中添加钝感含能材料是调控CL-20的能量与安全的重要手段;共晶技术和包覆技术在降低CL-20的感度,提升其安全性能方面均有较好的效果,但是共晶技术产率低下,包覆技术不完全、不均匀的缺陷仍未解决。将多种降感技术有机结合制备含能材料复合物,在保证CL-20能量输出的同时对其进行降感成为目前的研究趋势。

Pickering乳液法具有操作简单、成本低廉、安全性高及适合工艺化生产的特点,在食品、石油、化工等行业均有广泛的应用。Pickering乳液以极细的固体粒子取代了传统乳液中的表面活性剂,在减少了有害乳化剂使用的同时,大幅提高了乳液的稳定性。本课题组先分别以明胶、吐温80为乳液的表面活性剂,制备了系列CL-20基共晶炸药球形复合物;然后以全氟羧酸修饰的纳米铝粉为Pickering乳液的表面活性剂制备了球扁形CL-20-TNT共晶@Al炸药复合物[14-16]。研究结果表明,表面活性剂包覆在油相小液滴的表面,均匀分散在水相中,形成稳定的O/W型乳液;萃取过程中,随着油相中溶剂的减少,CL-20和钝感炸药迅速达到过饱和浓度,在氢键的作用下,形成共晶结构;结晶过程在微小液滴内外浓度差的作用下由外向内进行;最终形成表面被极细固体粒子包覆的共晶炸药复合物。将多种降感技术有机结合制备CL-20基炸药复合物,能大幅降低CL-20的机械感度,提升其安全性能。

1,3-二硝基苯(DNB)是一种价格低廉、来源广泛,易与CL-20形成共晶结构的钝感炸药。六硝基茋(HNS)具有极高的耐热性能、良好的安定性及较低的感度,是唯一满足引信安全设计规范和有工业生产价值的耐热低感炸药[17]。本研究中首先使用硬脂酸-乙醇溶液对纳米HNS的亲水亲油性能进行改性,然后以改性纳米HNS作为Pickering乳液的表面活性剂,以CL-20和1,3-二硝基苯(DNB)的乙酸乙酯溶液为油相,以去离子水为水相,制备稳定的O/W型Pickering乳液,最后将乳液萃取、干燥得到纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物,并对乳液的稳定性,复合物的形貌、结构、热分解性能及安全性能进行表征。本研究中使用CL-20、DNB及钝感炸药HNS制备CL-20基炸药复合物,理论上没有降低纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的能量,有望为Pickering乳液法在含能材料领域的应用进一步发展及炸药配方的设计和制备提供新的思路。

1 实验

1.1 试剂与仪器

六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20),六硝基茋(HNS),1,3-二硝基苯(DNB),来自成都市科隆化学品有限公司;乙酸乙酯,无水乙醇,硬脂酸,来自阿拉丁试剂厂。以上试剂均为分析纯。去离子水为实验室自制。

电子天平,BSA224S,赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;光学显微镜,ZOOM-620E,上海长方光学仪器有限公司;磁力搅拌器,MSH-20D,韩国DAIHAN Scientific有限公司;数控超声波清洗仪器,KQ5 200DE,昆山市超声仪器有限公司;X射线衍射仪,X’Pert Pro,荷兰帕纳科公司;布鲁克傅里叶红外光谱仪,Tensor27,上海冉超光电科技有限公司;同步热分析仪,STA 449 F5,耐驰科学仪器商贸(上海)有限公司;场发射扫描电子显微镜,ULTRA 55,德国蔡司仪器公司。

1.2 实验过程

使用硬脂酸修饰纳米HNS颗粒:称取0.5 g纳米HNS加至15 mL硬脂酸-乙醇溶液(0.001 g/mL)中,室温下以350 r/min搅伴1 h,最后在35 ℃恒温水浴烘箱内干燥12 h,得到改性纳米HNS。其中无水乙醇的作用是充当溶剂,硬脂酸的作用是改善纳米HNS的亲水亲油性。

纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的制备:按摩尔比1∶1称取总质量为0.18 g的CL-20和DNB,完全溶解于1.5 mL乙酸乙酯中;向溶液中加入15 mL去离子水;再加入0.018 g改性纳米HNS,超声振荡10 min,得到乳白色O/W型Pickering乳液,最后将乳液萃取、干燥,得到纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物。改变改性纳米HNS的含量(CL-20和DNB总质量的1%、10%、20%、30%),研究其对乳液稳定性的影响规律。具体过程如图1所示。

图1 纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物制备流程图
Fig.1 The flow chart of the preparation of spherical composites nano-HNS@CL-20-DNB cocrystal

CL-20/DNB/改性纳米HNS机械混合物的制备:按制备共晶炸药核壳复合物的比例将CL-20、DNB和10%改性纳米HNS加入研钵中,再加入少量乙醇,缓慢研磨片刻后,干燥待用。

1.3 形貌表征和性能测试

形貌分析:ZOOM-620E型光学显微镜,目镜20倍,物镜40倍。UItra55型冷场发射扫描显微镜,加速电压10 kV;发射电流10 μA。

结构分析:X’ Pert pro型X-射线衍射仪,Cu靶Kα辐射;光管电压3 kV;电流5 mA;入射狭缝2 mm;步长0.03°。Tensor27型布鲁克傅里叶红外光谱仪,500~4 000 cm-1 内以0.5 cm-1 的间隔扫描1%的固体样品,分辨率为4 cm-1

热分解性能分析:DSC-131型热流型差示扫描量热仪,升温速率为10 K/min,N2气氛,流速为10 mL/min,取样量为1 mg。

感度测试:按照GJB772A—97《炸药实验方法》方法601.2和602.1的规定对原料及样品的撞击感度和摩擦感度进行测试。撞击感度测试:药量(30±1) mg,落锤质量2 kg;摩擦感度测试:样品(20±1) mg,摆角90°。

2 结果与讨论

2.1 纳米HNS改性前后的分析

极细固体粒子分布在Pickering乳液的油水界面时,由于亲水亲油性能的不同,会形成O/W型Pickering乳液或W/O型Pickering乳液。本研究使用的是CL-20和DNB的乙酸乙酯溶液为油相,去离子水为水相,改性纳米HNS为表面活性剂,最终形成表面被改性纳米HNS包覆的共晶炸药复合物。纳米HNS本身并不具备亲水亲油性,理论上并不能形成稳定的CL-20-DNB乳液,因此使用既具有亲油性的长碳链,又具有亲水性的羧基的硬脂酸对纳米HNS的亲水亲油性能进行改性,结果如图2—图5所示。

图2 纳米HNS改性前后扫描电镜图
Fig.2 The scanning electron micrographs of nano-HNS modification before and after

由图2可以看出,HNS颗粒的平均尺寸约为200 nm左右,部分HNS的颗粒尺寸在100 nm以下,改性前后颗粒尺寸及形貌无明显变化,颗粒间分散性良好。从图3可知,改性纳米HNS的衍射峰位置与纳米HNS的衍射峰位置基本一致,说明改性前后并未出现转晶现象。如图4所示,纳米HNS在3 097.4 cm-1处-CH=键的伸缩振动峰,1 601.5 cm-1处苯环骨架中C=C键的伸缩振动峰,1 348.2 cm-1处-NO2基团的对称伸缩振动峰以及1 540.2 cm-1处-NO2基团的反对称伸缩振动峰在改性纳米HNS中均有体现,证明使用硬脂酸对纳米HNS的亲水亲油性改性并不会改变HNS的分子结构,HNS的化学性质并未改变[18]。与原料纳米HNS不同的是,改性纳米HNS在3 667.2-3 788.0 cm-1区间处出现了硬脂酸中羟基的伸缩振动峰,在1 550.7 cm-1处出现了硬脂酸中羧基的不对称伸缩振动峰。图5 (a)、图5 (b)证明,在一定比例乙酸乙酯油相和水相的混合悬浮液中,纳米HNS的界面性质和改性纳米HNS的含量影响着乳液的稳定性。未改性纳米HNS制备的乳液有分层现象,瓶底有白色沉淀,炸药结晶为不规则晶体;使用改性纳米HNS制备的乳液均匀稳定。分析认为,硬脂酸成功修饰在纳米HNS的表面,形成一层硬脂酸膜,纳米HNS的亲水亲油性能发生改变。硬脂酸的含量极少,且大部分仍存于乙醇中,其主要作用是改善纳米HNS的亲水亲油性能。以改性纳米HNS为表面活性剂制备稳定的O/W型CL-20-DNB乳液,对成功制备炸药核壳复合物至关重要。

图3 纳米HNS和改性纳米HNS的X射线衍射图谱
Fig.3 X-ray diffraction patterns of nano-HNS and modified nano-HNS

图4 纳米HNS和改性纳米HNS的傅里叶红外光谱图
Fig.4 The fourier transform infrared spectrum of nano-HNS and modified nano-HNS

图5 纳米HNS改性前后油水悬浮液及其显微镜图
Fig.5 Oil-water suspension and micrographs of nano-HNS and modified nano-HNS

2.2 乳液稳定性分析

乳液的稳定性对纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的形貌及性能有重要的影响,是制备球形复合物的必要条件。研究了改性纳米HNS的含量及乳液静置时间对乳液稳定性的影响,结果如图6所示。

图6 改性纳米HNS的含量对乳液稳定性影响
Fig.6 The effect of the content of modified nano-HNS on the stability of the emulsion

由图6可知,改性纳米HNS含量为1%、10%、20%时,制备的乳液均匀稳定,当其含量为1%时,炸药结晶中出现大量不规则晶体;当其含量为10%、20%时,炸药结晶为类球形结构;改性纳米HNS含量为30%时,乳液失去稳定性,底部出现大量白色沉淀,炸药结晶的晶体尺寸变大且出现不规则晶体。分析认为,表面包覆有硬脂酸膜的纳米HNS具有硬脂酸的亲水亲油性能,分散在油水界面时,可以制备稳定的乳液;当改性纳米HNS的含量过多时,部分改性纳米HNS从油水界面分离,悬浮在乳液中与微小液滴相互碰撞,使得乳液失去稳定性。

同时,静置时间也影响着乳液的稳定性,结果如图7所示。随着静置的增加,乳液底部的白色沉淀逐渐增多,静置时间为200 min时,炸药结晶中大尺寸晶体增多,静置时间为300 min时,乳白色乳液变得澄清,炸药结晶中出现大量不规则晶体。分析认为,包覆在纳米HNS表面的硬脂酸膜随着静置时间的增加,逐渐溶解在水相中,部分硬脂酸膜被破坏,纳米HNS失去亲水亲油性,最终乳液失去稳定性。

图7 静置时间对乳液稳定性影响
Fig.7 The effect of standing time on emulsion stability

2.3 纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物形貌和结构分析

纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的微观结构、形貌尺寸与其热分解性能、安全性能密切相关。原料及复合物的扫描电镜图如图8所示。

图8 原料及复合物的扫描电镜图
Fig.8 The scanning electron micrographs of raw materials and complexes

由图8可知,原料CL-20为40 μm左右完整的或破碎的纺锤体;原料DNB为400 μm左右棒状结构的晶体;改性纳米HNS为200 nm左右的类球形晶体;纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物为尺寸在5 μm左右的类球形颗粒,表面粗糙,有一层改性纳米HNS包覆在颗粒表面。

分析认为,改性纳米HNS均匀分布在油水界面时,降低了油水界面的表面能,使表面覆有改性纳米HNS的微小油相液滴均匀分散在水相中,形成稳定的O/W型Pickering乳液。由于乙酸乙酯在水中有一定的溶解度,在萃取过程中,乙酸乙酯逐步溶解在水相中,随着油相中乙酸乙酯的减少,微小液滴中的含能材料达到过饱和状态,CL-20和DNB在迅速结晶的同时由于氢键的作用形成共晶[19]结构。随着微小液滴中的乙酸乙酯逐渐减少,微小液滴内外形成浓度差。在浓度差的作用下,结晶过程由微小液滴的表面向内部进行,因此,CL-20-DNB共晶炸药的形状与微小液滴的形状类似。此时,附着在微小液滴表面的改性纳米HNS包覆在共晶炸药的表面,形成纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药球形复合物。部分球形复合物由于乙酸乙酯的减少,壳体力学强度降低,球形结构被破坏,最终形成纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物。

原料CL-20、DNB、纳米HNS、CL-20/DNB/改性纳米HNS的机械混合物及纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的FT-IR图谱如图9所示。机械混合物的红外光谱图是原料CL-20、纳米HNS及DNB红外光谱的叠加。复合物与原料CL-20最大的区别在于3 000~3 100 cm-1区域C-H键的伸缩振动峰,原料CL-20中C-H键在3 044.2 cm-1处的伸缩振动峰在复合物中变为3 027.3 cm-1。依据相关资料[14]分析认为,由于氢键的形成,使C-H键的吸收频率向低频移动,复合物可能并不是原料简单的机械混合。

图9 原料CL-20、DNB、纳米HNS、CL-20/DNB/改性纳米HNS机械混合物及纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的傅里叶红外光谱图
Fig.9 The fourier transform infrared spectrum of raw-CL-20、DNB、nano-HNS、CL-20/DNB/modified nano-HNS physical mixing and nano-HNS@CL-20-DNB eutectic explosive core-shell complex

采用XRD对原料和复合物进行了表征,进一步确认共晶结构的存在,结果如图10所示。从图10可以看出,原料CL-20在2θ为12.1°、15.0°、17.4°、20.1°、27.9°等处出现的衍射峰;原料DNB在9.2°、12.6°、14.7°、18.3°、26.1°等处有衍射峰;改性纳米HNS在8.3°、14.7°、20.0°、21.6°等处有衍射峰;机械混合物的衍射峰为3种原料衍射峰的叠加;复合物在2θ为5.4°、10.5°处出现新的衍射峰,这些衍射峰与文献报道的CL-20/DNB共晶的衍射峰一致[20]。说明纳米HNS@CL-20/DNB核壳复合物并不是原料简单的机械混合,而是具有共晶结构的复合物。

图10 原料CL-20、DNB、改性纳米HNS、CL-20/DNB/改性纳米HNS机械混合物及纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的X射线衍射图谱
Fig.10 X-ray diffraction patterns of raw-CL-20、DNB、modified nano-HNS、CL-20/DNB/modified nano-HNS physical mixing and nano-HNS@CL-20-DNB eutectic explosive core-shell complex

2.4 CL-20-DNB共晶/HNS球形复合物的热分解性能

对原料CL-20、原料DNB、改性纳米HNS、CL-20/DNB/改性纳米HNS机械混合物及纳米HNS@CL-20/DNB共晶炸药核壳复合物的热性能进行分析,结果如图11所示。

图11 原料CL-20、DNB、改性纳米HNS、CL-20/DNB/改性纳米HNS机械混合物及纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的差示扫描量热分析图谱
Fig.11 The differential scanning calorimetry curves of raw-CL-20、DNB、modified nano-HNS、CL-20/DNB/modified nano-HNS physical mixing and nano-HNS@CL-20-DNB eutectic explosive core-shell complex

从图11可以看出,原料CL-20在温度为178.3 ℃和239.8 ℃处分别有一吸热熔化峰和热分解放热峰。原料DNB在温度为91.5 ℃处有一吸热熔化峰,在温度为219.8 ℃处有一气化产生的吸热峰。改性纳米HNS在温度为331.3 ℃和361.4 ℃处分别有一吸热熔化峰和热分解放热峰。三者的机械混合物在温度为89.2 ℃是DNB的吸热熔化峰,相比原料DNB降低了2.3 ℃,分析是由于研磨的作用,使得原料的晶体尺寸变小,表面积增大,表观活化能升高而造成。纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物在247.7 ℃处有一放热峰,相比于原料CL-20的热分解放热峰温度提高了7.9 ℃;在319.6 ℃处出现的吸热峰为HNS的熔融分解峰,由于HNS含量占比小,其热分解峰在图中几乎没有体现;在曲线上未发现DNB的分解峰,分析认为在形成核壳复合物时,原料之间并不是简单的机械混合,而是形成了共晶结构,产生了新的热分解性能。复合物热分解温度的升高对提升其安全性有重要意义。

2.5 纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的安全性能研究

原料CL-20、DNB、CL-20/DNB/改性纳米HNS机械混合物及纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的撞击感度(H50)和摩擦感度(P)测试结果如图12所示。

图12 原料CL-20、DNB、CL-20/DNB/改性纳米HNS机械混合物及纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的撞击感度(H50)和摩擦感度(P)
Fig.12 Impact sensitivity (H50) and friction sensitivity (P) of raw-CL-20、DNB、CL-20/DNB/modified nano-HNS physical mixing and nano-HNS@CL-20-DNB eutectic explosive core-shell complex

原料CL-20的特性落高H50为13 cm,爆炸概率P为100%;原料DNB的H50大于100 cm,P为0%;CL-20/DNB/纳米HNS机械混合物的H50为21 cm,P为82%;纳米HNS@CL-20/DNB共晶炸药核壳复合物的H50为43 cm,P为36%。机械混合物相比于原料CL-20,H50增加8 cm,P降低18%,分析认为:其一是研磨作用使炸药颗粒尺寸减小,形貌更加规则,晶体缺陷减少;其二是钝感组分纳米HNS和DNB的加入,降低了机械混合物的感度。纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物相比原料CL-20的H50增加30 cm,P降低64%,感度大幅度降低,分析有以下几种原因:其一,复合物的颗粒尺寸及颗粒形貌明显不同于机械混合物,复合物的颗粒尺寸更小,更均匀,形貌更接近球形,能更好的阻止“热点”的产生,降低复合物感度;其二,CL-20与DNB在复合物中是以共晶的形式存在,相比于原料更加稳定,安全性更好;其三,钝感炸药纳米HNS的包覆作用。

3 结论

以硬脂酸修饰的纳米HNS为表面活性剂,CL-20和DNB的乙酸乙酯溶液为油相,在超声波的辅助作用下,制备稳定的O/W型Pickering乳液,萃取、干燥后得到纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物。对乳液稳定性的影响因素、复合物的形貌、尺寸、热分解性能及安全性能进行表征分析,具体结论如下:

1)使用硬脂酸修饰的纳米HNS为表面活性剂,溶有0.18 g CL-20和DNB (摩尔比1∶1)的乙酸乙酯(1.5 mL)为油相,去离子水(15 mL)为水相,在超声波的辅助作用下制备稳定的O/W型Pickering乳液,乳液稳定的最佳工艺条件为:改性纳米HNS的用量为10%~20%,静置时间少于200 min。

2)纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的尺寸在5 μm左右、表面粗糙。复合物并不是原料简单的机械混合,而是CL-20与DNB分子在氢键的作用下形成共晶结构,改性纳米HNS包覆在共晶结构的表面。复合物的热分解峰温度相比原料CL-20提高7.9 ℃,撞击感度H50增加30 cm,摩擦感度P降低64%,安全性能大幅提升。

3)以改性纳米HNS为Pickering乳液的表面活性剂,在超声波的辅助作用下制备纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物,制备过程中的所有组分均为含能材料,理论上没有降低复合物的能量,对炸药组分设计、拓宽钝感炸药的使用范围及CL-20降感技术工业化有一定的意义。

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Preparation and performance study of nano-HNS@CL-20-DNB eutectic explosive core-shell complex

XU Liang, YANG Min, WEN Tao, GAO Dengzhao, GUO Changpin, WANG Qian

(Sichuan Co-Innovation Center for New Energetic Materials,Southwest University of Science and Technology(SWUST), Mianyang 621010, China)

AbstractHexanitrohexaazaisowurtzitane (CL-20), a high-energy elemental energetic material, has limited its wide application in the military field due to its high mechanical sensitivity. The stable Pickering emulsion was prepared by using stearic acid modified nano-hexanitrostilbene (HNS) as surfactant and ethyl acetate solution of CL-20 and 1, 3-dinitrobenzene (DNB) as oil phase under the assistance of ultrasound. The effects of interfacial properties of nano-HNS, the amount of modified nano-HNS and the standing time of emulsion on the stability of emulsion were studied. The core-shell composite of nano-HNS@CL-20-DNB cocrystal explosive was successfully prepared, and the morphology, structure, thermal decomposition performance and safety performance of the composite were characterized. The results show that uniform and stable Pickering emulsion can be prepared when the content of modified HNS is 10-20% and the standing time is less than 200 min. The particle size of the core-shell composite is about 5 μm, and the surface is coated with a layer of modified nano-HNS; Due to the eutectic structure, the thermal decomposition peak temperature of the composite is 247.7 ℃, and the thermal decomposition exothermic peak temperature is 7.9 ℃ higher than that of the raw material CL-20. The characteristic drop height H50 of the composite is 43 cm, and the friction sensitivity explosion probability is 36%. Compared with the raw material CL-20, the safety performance is greatly improved. The preparation method used in this paper is safe and simple, and the components are not non-energetic materials. In theory, the energy of the core-shell composite is not reduced. It is expected to provide new ideas for the design and preparation of composite explosives containing CL-20, and improve the applicability of CL-20 in the military field.

Key wordsCL-20; DNB; HNS; Pickering emulsions; eutectic

本文引用格式:徐亮,杨敏,文韬,等.纳米HNS@CL-20-DNB共晶炸药核壳复合物的制备及其性能研究[J].兵器装备工程学报,2024,45(6):275-282.

Citation format:XU Liang, YANG Min, WEN Tao, et al.Preparation and performance study of nano-HNS@CL-20-DNB eutectic explosive core-shell complex[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2024,45(6):275-282.

中图分类号:TJ55

文献标识码:A

文章编号:2096-2304(2024)06-0275-08

doi:10.11809/bqzbgcxb2024.06.038

收稿日期:2023-07-31;

修回日期:2023-09-21;

录用日期:2023-11-05

作者简介:徐亮(1993—),男,硕士研究生,E-mail:2350739912@qq.com。

通信作者:郭长平(1982—),男,博士,讲师,硕士生导师,E-mail:guochangping001@163.com。

科学编辑 李海涛 博士(海军工程大学 副教授)

责任编辑 唐定国