ε-CL-20与高分子二元体系模拟研究(2)
3.3.1 引发键键长 19
3.3.2内聚能密度 20
3.3.3 结合能 20
3.3.4 力学性能 21
3.4 本章小结 22
4 HNIW/PVA晶体不同切面上的性能 23
4.1引言 23
4.2计算方法和模型搭建 23
4.2.1 立场选择和模型搭建 23
4.2.2 模拟细节 24
4.2.3 平衡判别和平衡结构 24
4.3结果与讨论 25
4.3.1引发键键长 25
4.3.2内聚能密度 26
4.3.3结合能 26
4.3.4 力学性能 27
4.4 本章小结 28
5 HNIW与不同高分子复合效应MD模拟研究 29
5.1引言 29
5.2计算方法和模拟细节 29
5.2.1立场选择和模型搭建 29
5.2.2模拟细节 31
5.3结果与讨论 33
5.3.1 引发键键长 33
5.3.2内聚能密度 33
5.3.3结合能 34
5.3.4 力学性能 35
5.4 本章小结 36
结 论 37
致谢 38
参考文献39
绪论
1.1课题背景及研究意义
吹冰硝基吹冰氮杂异伍兹烷( 简称 HNIW，俗称 CL-20) 是拥有笼型多环硝胺结构的一种高能量密度化合物，其外形为白色结晶体。其首先是在美国的海军武器中心（NWC）由其科研人员合成而来，其代号中的‘CL’就是该中心开发研制的HEDM化合物的代号。NWC是美国加利福尼亚的中国湖，china lake两字字音的首字母缩写就是‘CL’。CL-20的结构式如下：
图1.1 HNIW结构示意图
我国从1990年最先进行CL-20合成研究,于1994年由北京理工大学CL-20合成课题组攻关成功[1]，而且生产出了在常温常压条件下已知4种晶型(α、β、γ及ε)的HNIW。在这四种晶型中,ε型有着最高的的分子对称性,在热力学上最稳固,并且ε型密度也最大,所以有着极大的使用价值 [2]。经后人创新,科研学者挖掘出了CL-20合成分3步走的途径:第一,N-取代的吹冰氮杂异伍兹烷衍生物的合成;第二,该衍生物取代基的转化;第三,该转化物的硝化[3]。
CL-20(吹冰硝基吹冰氮杂异伍兹烷)是现今最具实用价值的HEDC,以其为基(主体炸药)添加少量高分子黏结剂,从而形成高分子黏结炸药(PBXs),这就是非常具有价值的 HEDM.。如美国著名的劳伦斯莫尔实验室(LLNL)已分别制备了以 CL-20 为基、以Estane5703(聚氨基甲酸乙酯)和 EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)为黏结剂的四种 PBXs；Bircher 等制备了以聚 GAP(聚叠氮甘油醚)和 HTPB(端羟基聚丁二烯)为黏结剂的CL-20基PBXs, 并测量了它们的爆炸性、相容性和感度等性能。
高聚物粘结炸药(polymer bonded explosive, PBX)拥有许多显著优点，其安全性能好、机械强度大和易于加工成型，在国防和国民经济等许多方面已获得越来越广泛的运用。PBX研制仍有不少难题，而且其重点在于挑选与基炸药粘接强度大、力学性能好的高分子材料，这通常费力耗时欠安全, 所以迫切希望配方设计的理论指导。以前用酸碱、扩散和界面等理论来解释PBX中炸药与高聚物之间的相互作用；现在，可以用先进技术实测 PBX表面和界面性能。运用分子动力学(MD)方法模拟研究炸药或高聚物各种性能。本文用分子动力学(MD),选择综合性能最优的常用高能炸药为ε-CL-20(吹冰硝基吹冰氮杂异伍兹烷)基(主体炸药)，将其与几种高聚物构成PBX原子簇模型，通过模拟优化计算，求得系列超分子(ε-CL-20/高聚物)在稳定构型下的结合能、内聚能密度和力学性能。
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