新型高能化合物CL-20的應(yīng)用研究

趙泓哲(鄭州市第四十七中學(xué)， 河南 鄭州 450000)

新型高能化合物CL-20的應(yīng)用研究

趙泓哲(鄭州市第四十七中學(xué)， 河南 鄭州 450000)

CL-20是一種具有高能量特性的新型化合物，它表現(xiàn)為籠狀結(jié)構(gòu)，分子式為C6H6N12O12，其分子上存在6個(gè)硝基。常溫常壓下，在它的四種晶型α-、β-、γ-及ε-晶型中，ε-晶型為白色晶體，密度最大，最有實(shí)用價(jià)值。目前，CL-20應(yīng)用于武器方面還在探索過程中，但對(duì)其各方面性能測(cè)試已初現(xiàn)端倪。本文簡(jiǎn)述了近年來(lái)CL-20在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用研究與發(fā)展，例如CL-20應(yīng)用于混合炸藥、發(fā)射藥、高性能固體推進(jìn)劑中的部分成果。目前CL-20的發(fā)展正向著軍用規(guī)?；a(chǎn)的方向進(jìn)行，有些已達(dá)到武器使用水平。

CL-20 ；混合炸藥；發(fā)射藥；固體推進(jìn)劑

0 引言

從20世紀(jì)90年代開始，高能量密度化合物(HEDC)逐漸被各國(guó)所關(guān)注，六硝基六氮雜異伍茲烷(CL-20)就是其中一種有很大應(yīng)用前景的高能量化合物，它已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批量合成，被廣泛應(yīng)用于各種武器裝備中。從1987年美國(guó)海軍武器中心的A.T.Nielsen等首次合成CL-20以來(lái)，其合成方法得到了不斷研究和改進(jìn)。近期CL-20的應(yīng)用受到高度關(guān)注，全球研究高能化合物的專家對(duì)CL-20的前景均十分看好，較之于奧克托今(HMX)，其在密度、爆熱、爆速等方面都有所提高，可應(yīng)用于許多領(lǐng)域，尤其是用于混合炸藥、發(fā)射藥、固體推進(jìn)劑的能量提升，以及降低特征信號(hào)方面上。

1 CL-20應(yīng)用于混合炸藥

ε晶型的CL-20的密度可達(dá) 2.04-2.05g·cm-3，無(wú)論是它的密度或是能量，都是目前所研究的單質(zhì)炸藥中非常出色的，是一種軍用高爆猛炸藥，而且CL-20相較于HMX具有更高的能量，是目前非常有應(yīng)用前景的一種有望代替HMX的高能量密度化合物。

2 CL-20應(yīng)用于發(fā)射藥

CL-20因?yàn)榫哂泻芨叩哪芰亢陀欣难跗胶?，被廣泛應(yīng)用于高能低敏感發(fā)射藥。例如可以在發(fā)射藥配方中添加 CL-20，使其代替部分常規(guī)氧化劑的含量，這樣一來(lái)可以使發(fā)射藥的能量性能提高10%～15%。

美國(guó)對(duì)于發(fā)射藥方面的研究相當(dāng)重視。例如美國(guó)TACOM-ARDEC 研究中心和聚硫橡膠公司合作開發(fā)了一種高能量發(fā)射藥，這是以CL-20為主要成分，同時(shí)以含能熱塑性彈性體BAMO與AMMO的共聚物為黏合劑而制備的一種新型發(fā)射藥。相比較于傳統(tǒng)的發(fā)射藥是以RDX或者HMX為主，同時(shí)采用硝化纖維為基體，很明顯，這種新型發(fā)射藥則可以提供更高的能量，以此滿足新一代的火炮需要。

3 CL-20應(yīng)用于固體推進(jìn)劑

火箭運(yùn)行過程中需要高能物質(zhì)來(lái)提供巨大動(dòng)能以支持升空，而CL-20恰恰可以滿足這一點(diǎn)。此外，在固體推進(jìn)劑中，加入CL-20后，可減少HMX、高氯酸銨(AP)、Al的含量，從而降低特征信號(hào)，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略導(dǎo)彈或火箭的隱身技術(shù)。因此CL-20在提高固體推進(jìn)劑能量水平的同時(shí)，還可以廣泛應(yīng)用于固體推進(jìn)劑的低特征信號(hào)方面的研究。

CL-20對(duì)于改性雙基推進(jìn)劑性能的提升也能起到很大作用。它對(duì)能量的提升較高，但具有感度較高的特性，為解決這一問題，歐陽(yáng)剛使用機(jī)械碾磨法制取了亞微米CL-20，明顯降低了其感度，并且將制備得到的CL-20應(yīng)用于改性雙基推進(jìn)劑中，并且進(jìn)行了燃燒性能的測(cè)試。得到結(jié)論：CL-20的用量對(duì)于CT-20/HTPB復(fù)合推進(jìn)劑的燃速具有一定影響，燃速會(huì)隨著CL-20的量的增加而提高。

王申等探究了在NEPE固體推進(jìn)劑中以CL-20代替奧克托今(HMX)對(duì)提高固體推進(jìn)劑能量特性和降低特征信號(hào)的影響。他們發(fā)現(xiàn)對(duì)于鋁含量≤8%的少鋁體系，用CL-20代替HMX，固體推進(jìn)劑的理論比沖可以提高近 48 N·s·kg-1，漲幅為 2%；密度比沖提高了 30 kg·m-2·s-1，漲幅為 6 %；特征速度提高了19 m·s-1，提高了1 %。因此可以通過使用CL-20部分代替基礎(chǔ)配方中的HMX將其應(yīng)用于固體推進(jìn)劑中，這對(duì)于提高推進(jìn)劑的能量水平很有大的幫助。還可以將CL-20應(yīng)用于空對(duì)空導(dǎo)彈中以提高其速度和射程。除此之外，他們還在Al 粉含量為 6%的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了CL-20部分替代配方中的AP，由此發(fā)現(xiàn)推進(jìn)劑的理論比沖和特征速度都有所提高，這一重要意義在于CL-20在固體推進(jìn)劑中的應(yīng)用將對(duì)百公里級(jí)的空對(duì)空導(dǎo)彈的性能提高有很大的幫助，尤其是提高射程和速度方面。同時(shí)添加了CL-20的固體推進(jìn)劑的燃?xì)猱a(chǎn)物中 HCl的含量也大大降低，這意味著白色煙霧產(chǎn)生的可能性也隨之減?。欢胰?xì)庵蠬2O和CO2的總含量相較于HMX少鋁體系也相應(yīng)減少，這有利于減弱燃?xì)鈱?duì)紅外輻射的衰減。所以將CL-20應(yīng)用于固體推進(jìn)劑中可以緩解提高能量及其它綜合性能與降低特征信號(hào)之間的矛盾。

4 CL-20的發(fā)展空間

CL-20在制備與應(yīng)用過程中，不可避免要考慮到其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響、人工使用的安全性和市場(chǎng)價(jià)格等實(shí)際性問題。不過，CL-20正是具備合理解決這些問題的能力，才有如此大的發(fā)展空間。CL-20在提供能量方面上已經(jīng)超過了目前使用最廣的HMX，燃速近其2倍，總輸出方面比其高出8%-10%。它與HMX的制備過程大體相似，并不會(huì)帶來(lái)巨大的污染問題。當(dāng)其代替AP作為推進(jìn)劑成分時(shí)，還會(huì)減少氯化氫的排放。除此之外它還有相當(dāng)好的相容性與加工性，這些特性為CL-20應(yīng)用于軍事帶來(lái)了很大優(yōu)勢(shì)。CL-20已經(jīng)達(dá)到了軍事產(chǎn)業(yè)化的各種條件，在各種同類化合物中其性能都是無(wú)與倫比的，且最接近用于生產(chǎn)實(shí)踐的。CL-20具有廣闊的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值，對(duì)于它的后續(xù)研究將集中在降低機(jī)械感度以及生產(chǎn)成本等方面。

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