5，5

李媛媛 南海 鄭亞峰

摘 要：從基礎性能、能量特性、配方應用三個方面綜述了新型不敏感含能材料5，5-聯四唑-1，1-二氧化物二羥銨（TKX50）在國內外火炸藥中的研究進展情況。附參考文獻36篇。

關鍵詞：含能材料；TKX-50；能量；配方

一、 基礎性能

1.1 理化性能

TKX-50炸藥的合成得率很高，收率達到81.7%，甚至可達到94.1%。TKX-50氮含量為59.3%，晶體密度為1.879g·cm-3，純度高于99.5%。畢富強等人采用密度瓶法，以無水乙醇為介質，測得HATO的真密度為1.812 g/cm3。該數值稍低于晶體密度，其主要原因是晶體中的一些細小空洞或縫隙無法完全被乙醇占據。密度對于含能材料的能量水平具有決定性的作用，TKX-50具有較高的晶體密度值，預示著該含能鹽具有較高的能量水平。

2015年美國加利福尼亞技術學院材料與過程模擬實驗室，通過分子動力學模擬計算了TKX-50單晶參數及其熱力學和力學性能性能參數。計算結果顯示TKX-50的熱膨脹系數為6.48×10-5K-1，比熱容為292J？mol-1？K-1，剪切模量（G）為12.385GPa。通過大尺寸（50萬倍原子尺寸）晶體在沖擊作用下的力學響應模擬計算，揭示了晶體各向感度異性的特點。

畢福強等人采用掃描電鏡對HATO樣品的形貌進行分析，HATO顆粒呈較規則多面體，顆粒表面光滑平整，缺陷較少，可能是其機械感度較低的原因之一。并采用激光粒度儀對HATO的粒度分布進行了分析，結果表明，表面積平均粒徑為202.426μm，體積平均粒徑為332.253μm。

作為一種離子鹽，吸濕性是關系到應用的重要參數之一。研究表明，25℃條件下，TKX-50在水中的溶解度僅為0.27g/L。隨著溫度的升高，溶解度會增大。將TKX-50樣品在空氣中放置一個月，未見明顯的吸濕現象。

1.2熱分解性

熱分解性對于炸藥的安全性及應用非常重要，通常要求混合炸藥能夠保持穩定的溫度要高于200℃。文獻中采用多種掃描量熱法（DSC）研究了TKX-50的分解溫度，結果表明TKX-50熱安定性能優良，起始分解溫度為221℃，而RDX的起始分解溫度為210℃，TKX-50熱穩定性優于RDX。

王俊峰等人通過DSC、熱重測試了TKX-50的熱分解過程，結果表明不同升溫速率下熱分解峰溫220℃～253℃。HATO的熱分解分為兩個階段，升溫速率為10℃/min時，第一階段的峰值溫度為239.65℃，第二階段的峰值溫度為260.57℃，兩階段質量損失約為84.2%。熱分解第一階段的動力學參數，活化能E和指前因子lg（A/s-1）分別為147.05kJ/mol和12.91。

LMU在熱分解研究方面，通過DSC-TGA研究表明，TKX-50在130℃-200℃之間有明顯的吸熱過程，疑為晶型轉變；209℃-250℃之間有分解過程，分解分兩步，每步分解有相似的活化能，分別為169.5 kJ？？mol-1和169.1 kJ？mol-1。

2015年俄羅斯門德利物化工技術大學（Mendeleev University of Chemical Technology）進行了燃燒、熱分解實驗研究，實驗結果顯示TKX-50的燃燒熱為（2054±16）kJ？mol-1，由此計算的標準生成熱為（111±16）kJ？mol-1，遠低于德國慕尼黑大學的計算值446.6 kJ？mol-1。由生成熱根據有關公式計算的TKX-50的爆速為9190m？s-1（ρ=1.877g？cm-3），比計算的HMX的爆速9230m？s-1（ρ=1.904g？cm-3）還稍微小一些，比RDX的計算爆速8990m？s-1（ρ=1.806g？cm-3）高一些。

1.3感度

TKX-50感度低于RDX、HMX等常用炸藥，撞擊感度和摩擦感度分別為20J、120N， RDX、HMX和CL-20的撞擊感度范圍為4～7.5J，遠遠高于TKX-50。國內測量撞擊和摩擦爆炸概率分別為16%和24%，特性落高為100cm。機械感度遠低于RDX（H50約為25cm）和HMX（H50約為20cm）。

TKX-50存在較低的撞擊感度，可考慮其在混合炸藥配方應用中可以不需要鈍感處理，從而提高炸藥的固含量，進而提升炸藥的能量。而TKX-50的摩擦感度與RDX、HMX和CL-20的摩擦感度相當或者較低，靜電感度也高于25mJ，低于人體產生的靜電，可以安全操作。

Alexander A. Gidaspov等人采用俄羅斯標準方法對含能材料進行了熱感度測試。結果表明TKX-50的5s爆發點為277℃，高于RDX（262℃），和ε-CL-20（275℃）相當，而低于β-HMX（308℃）。

1.4相容性

國內已有研究顯示，HATO與CL-20、HMX、RDX、AP、CL-20、TNT、DNTF、DNAN、Al等含能材料相容，與炸藥中常用的端羥、氟橡膠、硅橡膠、石蠟、石墨等粘結劑、鈍感劑等相容。

畢富強等人采用差示掃描量熱法（DSC）和真空安定性試驗（VST）法研究了5，5-聯四唑-1，1-二氧化物二羥胺鹽和CMDB推進劑組分的數相容性，DSC結果表明，HATO與NC、NC/NG、DINA及RDX不相容，與HMX、NTO-Pb、Al粉相容。VST結果表明，HATO與NC/NG、DINA不相容，與RDX中等反應，與NC相容。

黃海峰等人采用DSC法研究了TKX-50和常見火炸藥組分的相容性，結果表明TKX-50/HNE和TKX-50/DNAN的相容性良好，TKX-50和HMX有中度的相容性，而和TNT、CL-20、中定劑、NC、AP、Al和GAP的相容性較差，另外，TKX-50/RDX、TKX-50/NC+NG，TKX-50/硼和TKX-50/HTPB的相容性較差。

二、能量特性

2.1 爆轟性能

伴隨著TKX-50這一新型含能材料的問世，國外研究者相繼對比分析了其與CL-20、RDX等高能炸藥的能量特征。計算的爆轟性能優于HMX且接近CL-20，爆速達9698m/s；計算生成焓為446.6kJ/mol，計算爆速為9698m/s、爆壓為42.4GPa，爆速大于CL-20，爆壓介于HMX和CL-20之間。

2012年Niko Fischer 等用EXPLO5 V6.01軟件計算的理論爆速為9781m/s，沖擊波感度遠低于RDX、HMX和CL-20，屬于高能不敏感炸藥，具有非常好的應用前景。

LMU在爆轟性能研究方面，基于EXPLO5 V6.01軟件計算了主要性能參數。從計算結果看，HATO爆速、生成焓、爆轟氣體量大于CL-20，爆熱低于CL-20、與RDX、HMX接近。對爆轟產物進行了計算并與硝胺化合物RDX進行了比較，結果顯示，HATO爆轟產物H2O、N2、C含量高，而CO、CO2含量很少。這些計算研究表明，HATO在爆轟方面具有自己獨特的特點和優勢。

朱周朔等人通過Kamlet-Jacob公式計算了TKX-50的爆轟性能。結果表明，TKX-50在爆速和爆壓方面有明顯的優勢，達到了9698m·s-1，爆壓較之已報道的含能離子鹽（最大爆壓35Gpa），提高了20%以上，并且超過了FOX-7和TATB，相當于HMX，稍低于CL-20。另外，TKX-50由于其高達59.3%的含氮量和較佳的氧平衡（-27.10%），可用作推進劑混合物中的高能燃燒劑成分，具有良好的應用前景。

張為鵬等人采用三種方法理論計算了1，1'-二羥基-5，5'-聯四唑二羥胺鹽的理論爆速，采用自編FORTRAIN軟件基于BKW方程計算的HATO的理論爆速為9441m/s，利用Gaussian軟件（V09）結合Kamlet-Jacbos公式計算的理論爆速為9186 m/s，根據Urizar公式計算的爆速約為9432 m/s。并根據計算結果結合實測結果的差異原因進行了分析，為尋找HATO炸藥的應用方向提供理論指導。

2.2 做功能力及能量輸出

關于HATO的做功能力，LMU計算了HATO加速平板速率、圓筒試驗筒壁膨脹速率以及爆炸沖擊波對接觸靶板的初始作用壓力。計算結果顯示加速平板速率，HATO的做功能力略小于HMX，遠大于RDX；圓筒筒壁膨脹速率，在13μs～14μs之前HATO比HMX有明顯的做功能力優勢，超過這一范圍，則低于HMX；計算爆炸沖擊波對接觸靶板（聚苯乙烯～鎢）的初始作用壓力，HATO與HMX基本一致，小于CL-20，大于RDX。

三、配方應用

印度高能材料研究實驗室目前研究的是在HTPB/AP/Al基推進劑配方中用TKX-50部分替代AP高達10%后，對配方性能的影響，評估裝藥的力學、彈道和感度性質。數據表明，隨著TKX-50在配方中含量提高，推進劑能夠安全地加工和固化。和常規推進劑相比，配方對于撞擊、摩擦更加鈍感，易于處理。綜合考慮性能和燃速，TKX-50基配方能夠在要求更低燃速、高能、少煙和低感度的火箭發動機中應用。

趙昱將TKX-50應用于GAP固體推進劑，研究并確定了GAP/TKX-50推進劑的配方組成，設計的推進劑的理論比沖達到了2684.8N·s·kg-1～2704.6 N·s·kg-1，具有較低的摩擦和撞擊感度。

畢福強等人研究表明TKX-50具有良好的加工性能，不加粘結劑時，同樣具有良好的成型性能。壓藥密度為1.70g·cm-3，單質藥柱的實測爆速為8509m·s-1，實測能量水平高于RDX。另外，其在70℃的工況條件下，向現有CMDB推進劑配方中外加30%的HATO，固化3天后，所得樣品的切面均勻致密，無氣孔或變色，表明在固化過程中HATO未與CMDB推進劑組分發生明顯的化學反應。

李猛等人利用國軍標方法GJB/ZB4-1996及CAD技術軟件，在標準條件下計算了含5，5'-聯四唑-1，1'-二氧二羥胺銨（TKX-50）的復合改性雙基推進劑、端羥基聚丁二烯推進劑、硝酸酯增塑聚醚推進劑及聚疊氮縮水甘油醚推進劑的能量特性。結果表明，TKX-50單元推進劑的理論比沖為2623.7N？s？kg-1，比RDX單元推進劑的理論比沖高6.5N？s？kg-1，說明TKX-50是CMDB推進劑中RDX的較好替代品。

曹一林等人模擬計算了TKX-50替代AP/Al/HTPB和AP/Al/GAP+NE兩個現代復合固體推進劑配方體系中AP的比沖增益，并與HMX替代AP的結果進行比較。結果顯示，在HTPB體系中，TKX-50與HMX相比，能量性能優勢不明顯，TKX-50在高固含量HTPB配方中最高只能表現出比HMX高14.7N？s？kg-1的比沖優勢。在AP/Al/GAP+NE體系中，用TKX-50取代AP，比目前采用HMX取代AP所能達到的最高能量高40.2N？s？kg-1，，因此，它可作為新型高能固體推進劑研制的高能組分。由于TKX-50有效氧低于HMX，因此，它比較適用于鋁含量較低（12%～18%）的配方。

四、結束語

不敏感彈藥已經成為彈藥發展的主流，彈藥的不敏感化是提高彈藥安全性和戰場生存能力的主要途徑，而混合炸藥及裝藥的不敏感化對推進整個彈藥系統不敏感化具有舉足輕重的作用。國內外對TKX-50的研究均已關注到低感度、高能量的特征，而關于新型含能材料TKX-50的應用研究，國內外皆處于探索與起始階段。目前，TKX-50基不敏感炸藥中的研究需要解決以下幾個方面的問題：

（1）TKX-50仍然有一些性能參數不明確，文獻數據有一定的出入，能夠獲得的大部分性能參數是計算值，其可信度和可靠性有待實驗驗證，而掌握TKX-50基本特性是TKX-50在高能推進進和混合炸藥中應用的前提。

（2）TKX-50應用研究的差距主要體現在研究現狀與武器彈藥應

用需求之間的差距。對TKX-50的研究不能停留在“表征”層面，應關注釋能規律、不敏感特性以及其它應用性能，探索TKX-50應用方向和途徑，推進TKX-50在推進劑及炸藥裝藥及武器裝備中的應用。

參考文獻：

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