FOX-7的研究进展.pdf

综述 新技术新工艺 综述7 F OX-7的研究进展陈晓锦1,陈锦芳2,毛旭辉3,李烨青4(1.中国人民解放军空军装备部驻太原地区军事代表室,山西 太原 0 3 0 0 0 6;2.山西北方兴安化学工业有限公司,山西 太原 0 3 0 0 0 8;3.晋西工业集团有限责任公司,山西 太原 0 3 0 0 2 7;4.中国人民解放军空军装备部 北京军事代表局,北京 1 0 0 0 7 3)摘 要:1,1-二氨基2,2-二硝基乙烯(F O X-7)是一种综合性能优异的钝感炸药,是今后不敏感和低易损武器应用的主要候选炸药。重点综述了F O X-7的性能、合成途径、热分解特性和在火炸药中的应用进展。指出F O X-7是一种应用价值较高的不敏感炸药,其感度低于常用炸药R D X,具有较好的能量性能、爆轰性能,与改性双基推进剂的主要组分相容性较好,在推进剂方面具有良好的应用前景。但F O X-7合成的得率较低以及在大尺寸战斗部中的应用报到较少,因此F O X-7规模化、低成本的制备工艺研究以及在大尺寸战斗部中的装药技术研究是今后研究的重点方向。关键词:不敏感炸药;F O X-7;应用;性能中图分类号:T J 5 5 文献标志码:AR e s e a r c h i n g P r o g r e s s o f F O X-7CHE N X i a o j i n1,CHE N J i n f a n g2,MAO X u h u i3,L I Y e q i n g4(1.M i l i t a r y R e p r e s e n t a t i v e O f f i c e o f t h e A i r F o r c e E q u i p m e n t D e p a r t m e n t i n T a i y u a n R e g i o n,T a i y u a n 0 3 0 0 0 6,C h i n a;2.S h a n x i N o r t h X i n ga n C h e m i c a l I n d u s t r y C o.,L t d.,T a i y u a n 0 3 0 0 0 8,C h i n a;3.S h a n x i W e s t I n d u s t r i a l G r o u p C o.,L t d.,T a i y u a n 0 3 0 0 2 7,C h i n a;4.B e i j i n g M i l i t a r y R e p r e s e n t a t i v e B u r e a u,t h e A i r F o r c e E q u i p m e n t D e p a r t m e n t o f t h e C h i n e s e P e o p l es L i b e r a t i o n A r m y,B e i j i n g 1 0 0 0 7 3,C h i n a)A b s t r a c t:1,1-d i a m i n o-2,2-d i n i t r o e t h y l e n e(F O X-7)w a s a n i n s e n s i t i v e e x p l o s i v e w i t h e x c e l l e n t c o m p r e h e n s i v e p r o p e r-t i e s,a n d i t h a s b e e n t h e m a i n c a n d i d a t e e x p l o s i v e f o r i n s e n s i t i v e a n d l o w-v u l n e r a b i l i t y w e a p o n a p p l i c a t i o n s i n t h e f u t u r e.T h e p r o p e r t i e s,s y n t h e s i s r o u t e s,t h e r m a l d e c o m p o s i t i o n p r o p e r t i e s a n d a p p l i c a t i o n p r o g r e s s o f F O X-7 i n e x p l o s i v e s w e r e r e v i e w e d i n d e t a i l s.I t w a s p o i n t e d o u t t h a t F OX-7 w a s a k i n d o f i n s e n s i t i v e e x p l o s i v e w i t h h i g h a p p l i c a t i o n v a l u e,i t s s e n s i-t i v i t y w a s l o w e r t h a n t h a t o f t h e c o mm o n l y u s e d e x p l o s i v e R D X,F O X-7 h a d b e t t e r e n e r g y p e r f o r m a n c e,d e t o n a t i o n p e r-f o r m a n c e,a n d g o o d c o m p a t i b i l i t y w i t h t h e m a i n c o m p o n e n t s o f t h e c o m p o s i t e m o d i f i e d d o u b l e b a s e p r o p e l l a n t,s o i t h a d g o o d a p p l i c a t i o n p r o s p e c t s i n p r o p e l l a n t.H o w e v e r,t h e s y n t h e t i c y i e l d o f F O X-7 w a s l o w a n d t h e a p p l i c a t i o n i n l a r g e-s i z e d w a r h e a d s w a s l e s s r e p o r t e d.T h e r e f o r e,t h e r e s e a r c h o n l a r g e-s c a l e a n d l o w-c o s t p r e p a r a t i o n t e c h n o l o g y o f F O X-7 a n d t h e r e s e a r c h o n c h a r g i n g t e c h n o l o g y i n l a r g e-s i z e d w a r h e a d s w e r e t h e f u t u r e r e s e a r c h i n g f o c u s.K e y w o r d s:i n s e n s i t i v e e x p l o s i v e,F OX-7,a p p l i c a t i o n,p e r f o r m a n c e 含能化合物作为构建含能材料的最基本能量单元,其性能的优劣直接影响武器装备战斗力的强弱。随着高新技术的发展以及高性能武器平台如大型舰船、新式直升机等高价值武器平台在作战中的大量使用,对未来武器的安全特性和能量特性的要求越来越高1-7。为满足武器系统对火炸药钝感和高能特性的要求,研究者们在含能材料的制备领域开展了对新型钝感含能材料的研究,取得了重要的进展。1,1-二氨基2,2-二硝基乙烯(F O X-7)是第3代含能材料的代表之一,在新型武器装备的装药中具有极大的应用前景。F O X-7的能量特性与常用的环三甲基三硝基胺(R D X)相当8-1 0,约为环四亚甲基四硝胺(HMX)能量的8 5%9 0%,相比R D X和HMX,F O X-7对摩擦和冲击更不敏感,密度介于两者之间,是一种密度、能量相对较高而感度较低的含能材料1 1。由于这些特性,F O X-7作为一种有前途的含能材料被广泛研究。本文主要综述了F O X-7的相关研究进展,包括F O X-7的性能、合成、热分解以及在火炸药方面的应用等,以期对其形成一个全面的认识。1 F O X-7的性能F O X-7存在分子内氢键和分子间氢键以及分子间的范德华力1 2-1 3,分子内氢键是影响单质炸药感度的重要因素,炸药中单位质量的氢键数量越多,感度越低。通过对F O X-7的分子结构(见图1)分析可以发现,F O X-7分子具有推-拉型的乙烯结构,在乙烯结构的两端分别连有两个供电子的氨基基团(作为推-拉型乙烯结构的头部)和两个吸电子的硝基基团(作为推-拉型乙烯结构的尾部),在这4个基 新技术新工艺 2 0 2 3年 第7期 8 新技术新工艺 综述团的 相 互 作 用 下,整 个 分 子 结 构 保 持 稳 定。对F O X-7前线轨道组成的计算分析发现,相对于黑索今(R D X)、奥克托今(HMX)等常用炸药而言,该分子结构中含有的C-NO具有强的共轭作用1 4-1 5。因此,该化合物具有良好的耐热性和安全性。a)结构 b)模型图1 F O X-7的分子结构及模型目前,合成路线较为成熟且应用较广的单质含能材料为R D X,R D X拥有较高的能量密度,符合现代战争对火炸药所要求的高效毁伤的性能,但其具有高能高密度的同时机械感度也较高,对外界刺激较为敏感,研究者们在降感方面也进行了研究,但效果却不太理想。而目前合成的F O X-7,其能量接近于R D X,但机械感度却低于R D X,接近于T AT B,具有相对较高的爆速、爆压和密度,是综合性能较优异的新型高能低感炸药。F O X-7与常见炸药的性能比较见表1,从表11 6-2 0可知,F O X-7的晶体密度为1.8 8 5 g/c m3,其密度仅低于C L-2 0和高密度炸药HMX,比T AT B、R D X均高;同时,F O X-7的机械感度远优于目前能量最高的单质炸药C L-2 0,以及目前所广泛使用的单质含能材料R D X、HMX,而且其感度与目前最钝感的单质炸药T AT B相当;在能量方面,F O X-7的能量接近R D X,比HMX略低1 0%,且氧平衡与R D X和HMX接近。与近几年新合成的新型钝感单质含能材料代表T K X-5 0相比,F O X-7的机械感度 性 能 以 及 能 量 明 显 高 于T K X-5 0。F O X-7与T NT、R D X和HMX等含能材料相容性较好2 1-2 3,其放大制备技术也得到了相应的突破。因此F O X-7成为今后高价值武器平台弹药发展不敏感炸药的重要候选材料之一,有望作为R D X和HMX的替代物在推进剂、炸药和发射药中推广应用。表1 F O X-7与常见炸药的性能比较炸药密度/gc m-3冲击感度/J摩擦感度/N爆速/ms-1爆压/G P a氧平衡/%F O X-71.8 8 51 54 02 1 69 0 4 43 6.0 5-2 1.6R D X1.8 1 97.41 2 08 9 7 73 5.1 7-2 1.6HMX1.9 1 07.41 2 09 3 2 03 9.6 3-2 1.6C L-2 02.0 4 445 41 0 0 6 54 8.2 3-1 1.0T A T B1.9 3 75 03 5 38 1 1 43 1.1 5-7 4.0T N T1.6 5 41 53 5 36 8 8 11 9.5 3-7 4.0T K X-5 01.8 7 72 01 2 08 5 6 03 4.9 9-2 7.12 F O X