摘要
TNT（2,4,6-三硝基甲苯），作为一种传统的熔铸炸药载体，已经广泛使用了150多年。但是随着武器系统的不断更新换代，TNT的能量明显不能够满足新型武器对高能量的追求，除此之外，TNT还存在有毒性和漏油等缺点。新的熔铸炸药载体的研究一直是含能材料领域一个重要的研究热点。TNB（1,3,5-三硝基苯）的化学结构与TNT相类似，其爆轰性能优于TNT，感度低安全性能好。但是相比与TNT，其熔点偏高，并不是一种理想的熔铸炸药载体。本文采用共晶策略，选用1,4-DNI（1,4-二硝基咪唑）、2,4-MDNI（1-甲基-2,4-二硝基咪唑）和DNMT（1-甲基-3,5-二硝基-1,2,4-三唑）为TNB的配体，在保持TNB的感度的基础上，降低其熔点并提升其能量，成功制备得到三种TNB基共晶炸药，从而筛选可熔铸的共晶，作为新型熔铸载体。本文的主要研究工作和取得的成果如下： （1）对TNB分子和预选配体分子的表面静电势进行计算，并分析形成共晶的可能性，最终筛选出1,4-DNI、2,4-MDNI和DNMT作为配体分子，并通过溶剂挥发法成功制备出TNB/1,4-DNI、TNB/2,4-MDNI和TNB/DNMT等三种共晶炸药。 （2）采用单晶X射线衍射技术确定三种TNB共晶炸药的单晶结构，结果表明三种共晶的摩尔比都为1∶1，且都属于正交晶系，都属于层状堆积构型，其晶体密度均大于TNB的晶体密度。三种共晶都是依靠CH…O氢键、CH…N氢键和NO2…π作用等三种非共价键的共同作用驱动形成。 （3）对三种共晶的热性能进行测试发现，TNB/1,4-DNI共晶和TNB/DNMT两种共晶炸药的熔点分别为84.4℃和88.8℃，均低于其单组分的熔点，而TNB/2,4-MDNI共晶的熔点为138.4℃。除此之外，形成共晶之后，三种共晶的分解温度也得到了一定的改变。最重要的是，TNB/1,4-DNI共晶炸药的熔融稳定性更优于TNB/DNMT共晶，TNB/1,4-DNI共晶炸药在熔融冷却凝固之后不发生相分离，满足作为熔铸炸药载体的要求，而TNB/DNMT共晶炸药中并未发现这一特性。但TNB/1,4-DNI共晶的分解温度略低，仅有170.6℃。 （4）为了对三种共晶炸药的安全性进行了评估，采用BAM测试法对三种TNB共晶的撞击感度进行了测试。TNB/1,4-DNI共晶、TNB/2,4-MDNI共晶和TNB/DNMT共晶炸药的撞击感度分别为18J、28J和22J，明显优于常用低感炸药TNT的撞击感度。 （5）为了对三种共晶炸药的应用前景进行评估，采用经典氮当量法对其爆轰性能进行了预测，TNB/1,4-DNI共晶、TNB/2,4-MDNI共晶和TNB/DNMT共晶炸药的爆速为7705m/s、7439m/s和7709m/s；爆压分别为26.08GPa、23.47GPa和25.35GPa。原材料TNB（7277m/s,22.4GPa）的爆轰性能得到了明显的提升，而且也明显优于目前最常用的熔铸炸药TNT（6910m/s,19.91GPa）。综合TNB/1,4-DNI共晶炸药的热性能、爆轰性能和撞击感度等方面对比发现，TNB/1,4-DNI共晶炸药有希望代替传统熔铸炸药载体TNT作为一种新型熔铸炸药载体使用。
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