TATB炸药颗粒品质与起爆性能关系研究

TATB (1,3,5-triamino-2,4,6-trinitrobenzene), applied in bulk plowshare of USA and the only compound wholly measured up to the requirements of Insensitive High Explosive (IHE) by US Department of Energy, is insoluble in common solvent and could not be recrystallized to obtain various particles with controlled quality for scientific research and engineering application. In this research, the protonation mechanism of strong hydrogen bond structure in TATB molecule should be theoretically discussed and imidazole ion liquid with reasonable solubility to TATB should be developed. TATB - ion liquid solution system would be experimented to produce the recrystallization method and crystals quality modulation techniques. Then various recrystallization particles with modulated quality should be obtained. These TATB particles would then be meaured and characterized, their particle qualities (ie. purity & impurity, morphology & surface characteristics, particle density, particle size distribution & specific surface area, inner defects & crystallinity, and etc.) and initiation performances (ie. mechanical sensitivity, flying flapper initiation performance, shock initiation performance) should be connected, main quality parameters shall be extracted and their effets shall be evaluated. The experimental results herein shall be discussed theoretically to explore the coupling relationship of quality parameters and their effects on initiation performances, which would lead to their intrinsic mechanism explanation and some quantitative relationship. The achievements should be beneficial to modulation of TATB partilce quality and amelioration of their initiation performance.

TATB（1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯）炸药是美国能源部批准唯一能全面满足钝感炸药（IHE）标准的单质炸药，获得了日益广泛的研究和应用。TATB在常用溶剂中溶解度极低，缺少适用的重结晶溶剂，无法研究其颗粒品质与起爆性能的关系。本项目拟理论研究TATB分子强氢键结构的质子化机制，设计研制出对TATB炸药具有较好溶解性的离子液体，开展基于离子液体重结晶的TATB炸药颗粒制备与颗粒品质调控技术研究，获得多种品质的TATB炸药颗粒，在此基础上研究炸药颗粒品质（拟包括纯度与杂质、颗粒形貌与表面特性、颗粒密度、粒度分布与比表面积、结晶度等）与起爆性能（拟包括机械感度、飞片起爆性能、冲击起爆性能等）的关系，提取出对起爆性能起主要作用的影响参数，评估其影响程度，结合实验和理论，探究颗粒品质多参数关联耦合关系对起爆性能影响作用过程与理论机制，为TATB炸药颗粒品质调控及起爆性能优化等提供基础。

本项目结合理论和实验研究了TATB炸药颗粒的制备技术和方法，并开展了TATB炸药颗粒品质与起爆性能关系的探索研究，取得主要进展如下。.1.理论研究发现了TATB与常用溶剂的相互作用，形成分子间氢键和多氢键复合物的过程，由此解释了TATB在普通溶剂溶解机制。.2.实验研究了TATB炸药的通道合成反应体系。从TCTNB到TATB的通道合成反应体系，存在三个相和四个反应、互为关联、互相竞争的机制。相对于经典釜式合成工艺具有本质安全性和可替代性。从TETNB合成TATB的通道合成反应体系，具有原料易得、成本较低、工艺更绿色、无氯杂质等优点，可彻底消除氯杂质对TATB炸药成形和应用环节的腐蚀问题，相比于TCTNB路线，具有可替代性。.3.实验发现并系统研究了TATB炸药的高温升华现象，完整地实现了炸药升华-凝华-沉积-成形一体化的技术，沉积过程安全可控，沉积厚度可调，沉积物晶粒度在纳米尺度范围，可应用于制备爆炸逻辑网络，获得授权专利。.4.实验研究了微流体法制备重结晶TATB颗粒的相关工作，探索获得了微流体、计量化、无返混、连续化和自动化重结晶生成TATB炸药超细颗粒的方法，所得TATB炸药颗粒适合应用于起爆传爆药。.5.理论和实验研究了全新离子液体溶剂。一是理论研究揭示了TATB在DMImF离子液体中发生碰撞生成Zundel型络合物的过程，创新性提出以具有 共轭结构的碳酸氢根为离子液体阴离子的设想。二是探索制备出N3333HCO3和BmimHCO3两种离子液体，溶解度超过20%，是文献值的两倍多。三是重结晶TATB炸药颗粒显示出高度规整度和流散性，粒径分布更加集中，纯度升至99.9%，颗粒密度升至1.9341 g.cm-3，撞击感度大于100J，摩擦感度大于360N，成为目前已知机械感度最低的TATB炸药颗粒，应用前景巨大。.6.理论研讨和总结了TATB炸药颗粒起爆性能的影响因素，从多尺度多参数耦合机制等角度阐述各个影响因素，总结认为，TATB炸药起爆性能在本质上仍遵循热点起爆理论，影响TATB炸药颗粒起爆性能的本质因素可依次叙述为颗粒度、颗粒度与比表面积及颗粒形貌等的关联、控制原生粒子和团聚过程等，由此可较好地控制颗粒品质，获得重复性较好的起爆性能结果。