ε-CL-20与高分子二元体系模拟研究(3)
1.2 CL-20概述
CL-20炸药,是一种新的军用高爆猛炸药。2,4,6,8,10,12-吹冰硝基-2,4,6,8,10,12-吹冰氮杂异伍兹烷，简称吹冰硝基吹冰氮杂异伍兹烷、HNIW，俗称CL-20，分子式为C6H6N12O12，为白色结晶。HNIW的氧平衡为-10.95%，最大爆速、爆压、密度三个材料参数都比HMX好，输出能量也比HMX高10-15%，自首次合成便引起了广泛关注。常压下有四种晶型：α-、β-、γ-及ε-晶型，其中以ε-晶型的结晶密度最大，最为实用。
CL-20的主要用作混合炸药。由于CL-20的密度较高,化学和热稳定性较好,可以与许多黏结剂和增塑剂相容，将它用作高能组分是一种提高火药性能有效方法。在炸药配方中用CL-20取代HMX,可使其性能提高10%~15%[4]。此外,中国工程物理研究院化工材料研究所徐容和西安近代化学研究所陈鲁英等均对CL-20进行了钝感研究[5-6] ，虽然在改进配方后，许多含CL-20的混合炸药的能量有了较大的提高,但是同时也使其感度提高，使混合炸药的安全性有所降低。目前，许多高校都对CL-20进行钝感技术研究,通过对含CL-20的炸药添加钝感含能材料(如TATB),或者添加黏结剂、钝化剂(比如石蜡),使其在有高爆炸能量的同时，更具稳定性 ，可适于国防的实际应用。目前,研究人员仍在对含CL-20混合炸药的钝化技术作进一步的深入研究。
CL-20也主要运用于推进剂，它用作推进剂的含能组分,在能量、 安全和环境方面均优于常规的含能组分 (如 HMX、RDX ),能够制备出高性能，低特征信号及环保的新型推进剂。
目前,法国、 德国、 美国、 印度等国已研制出含CL-20的推进剂配方。法国 SNPE研制的 GAP /CL -20推进剂配方由 60 % CL-20、黏结剂 CAP、增塑剂TMETN /BTTN 和 4 % 弹道改良剂组成, 比冲为2 524 ( N• s ) /kg ,密度 1 . 73 g /cm3,燃速 13 . 4mm / s 。该推进剂配方具有低特征、低毒性、高燃速、低压力指数和低温度系数的特点, 可满足大多数火箭发动机的要求[ 7 -9]。此外, 该公司还研制了用 CL -20替代RDX的一种 CL -20填充型交联改性双基( XLDB)推进剂,这种低特征信号推进剂的一次烟和二次烟均为 A 级, 标准比冲达 2 458 ( N • s) /kg , 密度1 . 72 g /cm3,体积冲量较 RDX配方提高 11 %以上。
德国化学工艺研究所 ( ICT ) 采用 BTTN /TMETN /GAP A混合含能增塑剂研制的 GAP/CL -20低特征信号推进剂, 其配方为 20 % AP、42 % CL -20、35% GAPA (含叠氮端基 CAP)和 BTTN /TMETN及3 %添加剂, 标准比冲达2500 ( N•s) /kg , 密度1176 g /cm3~ 1177 g /cm3, 10MPa燃速达 50 mm / s ,4MPa~ 25MPa的压力指数为 0.13~ 0.15[10],其加工性能好、化学温度性高、力学性能优良;尽管机械感度略高,但仍在高燃速复合推进剂允许范围内。这类推进剂的综合性能基本满足新一代超高速导弹具有高加速能力的超高速拦截导弹和高速动能弹的要求, 应用前景良好。
此外，SNPE 公司还研制了一种以CL-20代替 RDX的填充型交联改性双基（XLDB）推进剂，该推进剂的一次烟和二次烟均为 A 级，标准比冲 2458 N•s/kg，密度 1.72 g/cm3，体积冲量比相应的 RDX配方提高了11%以上[11]。
1.3研究方法
1.3.1 计算机模拟方法概述
一直以来，在人们的普通认识中，认识和发展物质无非理论与实验两种方法。然而现如今，得益于现代科技的快速发展，计算机的深度运用，使得人们可以通过大量的计算来模拟自然事物的发展和变化，称之计算机模拟。由于其不同于传统的理论和试验方法，故可认为其是人类认识客观世界的第三种方法。
当代理论和计算机化学常用三大类方法来研究和探索物质的结构和性能：第一性原理从头算和密度泛函理论法，半经验分子轨道方法和力场方法。力场方法立足于牛顿经典力学，其包括分子力学（MM）和分子动力学（MD）两种方法,由于其数学模型简单，体系能量的计算方便求得，因而对于大体系的物质结构，运用计算机模拟计算可方便求得。因此，本次课题采用分子动力学模拟（MD）
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