一种优化CL-20分解反应路径并提高其能量释放效率的方法技术

技术编号:21192191 阅读:41 留言:0更新日期:2019-05-24 23:15
本发明专利技术公开了一种优化CL‑20分解反应路径并提高其能量释放效率的方法,属于固体推进剂、猛炸药等技术领域。包括步骤:步骤一:向CL‑20中加入添加剂形成复合材料;步骤二:将步骤一中得到的复合材料进行起始分解和燃烧反应,添加剂对CL‑20的起始分解和燃烧反应具有促进作用,添加剂和CL‑20之间发生了协同化学反应,CL‑20的分解产物也和添加剂及其分解产物发生了化学反应。提高能量释放效率的方法通过优化CL‑20的分解反应路径来实现,CL‑20的分解反应路径的优化通过在CL‑20材料中添加合适的添加剂来实现,添加剂和CL‑20之间可发生协同化学反应,协同化学反应在于添加剂和CL‑20的分解产物发生了化学反应,优化了CL‑20的分解反应路径,提高了能量释放效率。

A Method for Optimizing the Decomposition Reaction Path of CL-20 and Improving Its Energy Release Efficiency

The invention discloses a method for optimizing the decomposition reaction path of CL 20 and improving its energy release efficiency, which belongs to the technical field of solid propellant, explosive, etc. Including steps: step one: adding additives to CL 20 to form composite materials; step two: starting decomposition and combustion reaction of the composite materials obtained in step one, additives can promote the initial decomposition and combustion reaction of CL 20, synergistic chemical reaction occurs between additives and CL 20, and the decomposition products of CL 20 and additives and their decomposition products are also changed. Learning reaction. The method of improving energy release efficiency is to optimize the decomposition reaction path of CL_20. The optimization of the decomposition reaction path of CL_20 is achieved by adding appropriate additives in CL_20 material. The synergistic chemical reaction between additives and CL_20 can occur. The synergistic chemical reaction is that the decomposition products of additives and CL_20 react chemically, and the decomposition reverse of CL_20 is optimized. The energy release efficiency can be improved by adjusting the path.

【技术实现步骤摘要】
一种优化CL-20分解反应路径并提高其能量释放效率的方法
本专利技术涉及固体推进剂、猛炸药、起爆药、发射药等
,尤其涉及一种优化CL-20分解反应路径并提高其能量释放效率的方法。
技术介绍
能量密度是含能材料,包括炸药,推进剂,发射药,烟火剂等,做功的源泉。进一步大幅度提高能量密度是含能材料研究的重要课题。为了提高含能材料的能量密度,合成新的含能分子是一条最为重要的途径。经过多年的发展,可实用的含能材料已经经历了从梯恩梯(TNT)到黑索金(RDX)、奥克托今(HMX)和CL-20等高能炸药的历程。然而,现有高能含能材料的能量密度已经逼近化学能释放的极限,导致新的含能材料发展速度极为缓慢,能量增加幅度也日趋缓慢。另外,在获得高能量的同时其他性能,如安全性也会显著降低。因此,在发展新的含能材料,提高其能量密度的同时,探索如何利用好现有高能含能材料是另一条实现高性能武器和推进剂的途径。例如通过添加催化剂,助燃剂等来改善含能材料的燃烧和爆炸性能。CL-20是一种高能量密度的笼形硝铵化合物,是目前能量密度最高的单质炸药。除了可作为高能炸药,CL-20还是一种极具潜力的氧化剂,可代替固体推进剂中的传统氧化剂高氯酸铵。然而,CL-20的分解或燃烧反应并不完美,其产物中包含较多的NO2和未分解完全的含C、H、O、N的固体颗粒产物。这些产物在热力学上并非最稳定的产物,意味着其能量未能完全释放。因此,通过外加添加剂来优化CL-20的反应通道,提高其能量释放量是CL-20进入实用化的关键科学技术问题。针对该问题,现有手段包括加入纳米碳催化剂,金属氧化物催化剂等。这些催化剂的加入确实可以改善CL-20的反应过程,提高其能量释放效率。然而,这些催化剂本身不参与或很少参与能量释放反应,导致能量释放提高不明显。因此需要探索一种新的方法来提高CL-20的能量释放效率,包括能量释放量和能量释放速率。
技术实现思路
针对CL-20在分解和燃烧等能量释放过程的不足,及现有的通过添加催化剂来改善其能量释放反应过程所面临的问题,本专利技术的目的在于提供一种优化CL-20分解反应路径并提高其能量释放效率的方法,所述提高能量释放效率的方法通过优化CL-20的分解反应路径来实现,所述CL-20的分解反应路径的优化通过在CL-20材料中添加合适的添加剂来实现,所述添加剂和CL-20之间可发生协同化学反应,所述协同化学反应在于添加剂和CL-20的分解产物发生了化学反应,优化了CL-20的分解反应路径,从而提高了能量释放效率;同时CL-20的分解产物也和添加剂及其分解产物发生了化学反应,促进了添加剂的分解和能量释放。进一步,向CL-20中添加添加剂的基础上加入少量的钾盐可进一步促进CL-20和添加剂间的协同化学反应,并进一步优化其分解反应路径。所述方法可显著提高CL-20及其复合材料的能量密度级能量释放速率。其在高性能固体推进剂、猛炸药、起爆药、发射药等领域具有很好的应用前景。为了实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:一种优化CL-20分解反应路径并提高其能量释放效率的方法,包括以下步骤:步骤一:向CL-20中加入添加剂形成复合材料;所述复合材料的分解产物相比其单一组分的气体产物量更多,气体产物中热力学上更稳定的产物增多,固体残留物显著减少。步骤二:将步骤一中得到的复合材料进行起始分解和燃烧反应,添加剂和CL-20之间发生了协同化学反应,所述协同化学反应在于添加剂和CL-20的分解产物发生了化学反应,优化了CL-20的分解反应路径,从而提高了能量释放效率。同时CL-20的分解产物也和添加剂及其分解产物发生了化学反应,促进了添加剂的分解和能量释放。所述协同化学反应的作用体现在两者复合后的能量释放量或能量释放效率比单独一种成分相比有显著提高。所述添加剂在所述复合材料中的质量占比为0.001%-50%。所述添加剂具有一定的还原性并在高温下可以和所述CL-20的初始分解产物NO2发生氧化还原反应,生成N2O和CO,CO2,H2O等热力学上更稳定的产物。所述添加剂同时含有含氧官能团,能够和CL-20脱硝基后的中间产物进一步发生化学反应,促进其中间产物分解为更加彻底的气体产物和少量固体产物。添加剂同时含有羟基,羰基等含氧官能团,能够和CL-20脱硝基后的中间产物进一步发生化学反应,促进其中间产物分解为更加彻底的气体产物和少量固体产物,如CO2,N2,CO,H2O,NO,N2O等。所述步骤一中的添加剂为氧化石墨烯(GO)或石墨烯量子点或化学修饰的单壁碳纳米管或化学修饰的多壁碳纳米管或富勒烯。所述部分添加剂具有独特的一维或二维结构,有利于形成自支撑复合材料。在复合材料中进一步加入钾盐会促进两者间协同反应的进行,使得燃烧反应更加剧烈。所述钾盐在所述自支撑复合材料中的质量占比为0.01%-2%。所述钾盐为KOH或KNO3或KCL或KMnO4。本专利技术与现有技术相比具有的有益效果是:1、所述提高能量释放效率的方法通过优化CL-20的分解反应路径来实现,所述CL-20的分解反应路径的优化通过在CL-20材料中添加合适的添加剂来实现,所述添加剂和CL-20之间可发生协同化学反应,所述协同化学反应在于添加剂和CL-20的分解产物发生了化学反应,优化了CL-20的分解反应路径,从而提高了能量释放效率;同时CL-20的分解产物也和添加剂及其分解产物发生了化学反应,促进了添加剂的分解和能量释放。所述方法可显著提高CL-20及其复合材料的能量密度级能量释放速率。其在高性能固体推进剂、猛炸药、起爆药、发射药等领域具有很好的应用前景。2、另外,从燃烧应用的角度,本专利技术的中的添加剂之一GO具有单原子厚度的二维结构,该二维结构为CL-20微米颗粒的镶嵌提供了支撑,同时GO二维材料之间相互连接形成了三维网络结构。由于GO本身在有钾盐(如KOH,KNO3,KCL,KMnO4等)存在时具有良好的燃烧传播性能,因此,在本专利技术所述的复合材料中,GO的燃烧为CL-20的燃烧反应提供了初始能量,且为CL-20颗粒间的燃烧传播提供了接力,形成了类似接力赛的多米诺骨牌效应燃烧传播模式。这一传播模式是燃烧性能较差的CL-20应用的创新发展。附图说明图1为由实施例3得到的GO/CL-20复合材料的扫描电子显微镜照片;图2a为实施例3中GO薄膜在激光照射下的燃烧过程截图,2b为CL-20粉末在激光照射下的燃烧过程截图,2c为利用实施例3制备的GO/CL-20复合材料在激光照射下的燃烧录像正面观察截图,2d为利用实施例3制备的GO/CL-20复合材料在激光照射下的燃烧录像侧面观察截图;图3为实施例3中不同样品的差示扫描量热(DSC)曲线;图4为实施例3中不同样品的放热量对比;图5为实施例3中不同样品在热分解过程中产生的气体产物的傅里叶变换红外吸收谱(FTIR);图6为实施例3中不同样品在热分解过程中产生的代表性气体产物的傅里叶变换红外吸收谱(FTIR)吸收强度随热分解温度的变化;图7为实施例3中不同样品的热重曲线对比。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描述,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,并不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例,本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种优化CL‑20分解反应路径并提高其能量释放效率的方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一:向CL‑20中加入添加剂形成复合材料;步骤二:将步骤一中得到的复合材料进行起始分解和燃烧反应,添加剂对CL‑20的起始分解和燃烧反应具有促进作用,且添加剂和CL‑20之间发生了协同化学反应,同时CL‑20的分解产物也和添加剂及其分解产物发生了化学反应。

【技术特征摘要】
1.一种优化CL-20分解反应路径并提高其能量释放效率的方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一:向CL-20中加入添加剂形成复合材料;步骤二:将步骤一中得到的复合材料进行起始分解和燃烧反应,添加剂对CL-20的起始分解和燃烧反应具有促进作用,且添加剂和CL-20之间发生了协同化学反应,同时CL-20的分解产物也和添加剂及其分解产物发生了化学反应。2.根据权利要求1所述的一种优化CL-20分解反应路径并提高其能量释放效率的方法,其特征在于:所述添加剂在所述复合材料中的质量占比为0.001%-50%。3.根据权利要求1所述的一种优化CL-20分解反应路径并提高其能量释放效率的方法,其特征在于:所述添加剂具有一定的还原性并在高温下可以和所述CL-20的初始分解产物NO2发生氧化还原反应。4.根据权利要求3所述的一种优化CL-20分解反应路径并提高其能量释放效率的方法,其特征在于:所述添加剂同时含有含氧官能团,能够和CL-20脱硝基后的中间产物进一步发...

【专利技术属性】
技术研发人员:李小东杨光成李瑞黄兵谯志强刘有松
申请(专利权)人:中国工程物理研究院化工材料研究所
类型:发明
国别省市:四川,51

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1