高聚物粘结炸药结构与性能的计算模拟研究

高聚物粘结炸药结构与性能的计算模拟研究以高聚物粘结炸药（PBX）为主的高能复合材料的出现，赋予含能材料（如混合炸药、发射药、推进剂和传爆药等）以更多优良的综合性能，如较高的能量密度、优良的机械性能和较高的安全性能等，在现代国防和国民经济各相关领域获得极为广泛的应用。探讨高能复合材料的结构与性能，为其配方设计提供信息、规律和指导，具有理论和实际双重意义。本文以分子动力学（MD）为主结合量子化学等理论方法，对以PBX为主的多类型高能复合材料，进行了较为系统的模拟和计算，获得了一些有价值的结果。首先，对以TATB为基的聚三氟氯乙烯（PCTFE）粘结炸药（TATB／PCTFE PBX）通过“吸附包覆”型MD模拟，发现添加高聚物于主体炸药中，使其弹性系数和模量减小，表明刚性减小，弹性增大，机械力学性能大为改善；TATB与PCTFE的相互作用较强，多为氢键和范德华作用。

还发现在一定范围内，随高聚物PCTFE在PBX中浓度的增加，体系结合能逐渐增大，刚性逐渐减弱，弹性逐渐增强；而随温度升高，PBX刚性减弱、弹性增强，结合能则逐渐减弱。对4种不同氟聚物(PVDF，F₂₃₁₁，

F₂₃₁₄和PCTFE)粘结TATB形成的PBX，MD模拟和爆轰性能计算表明，4种氟聚物均能增强体系的弹性，改善其力学性能，但同时又均降低体系的爆热和爆速。求得爆热的大小顺序为TATB／PVDF＞TATB／F₂₃₁₁＞TATB ／F₂₃₁₄＞TATB／PCTFE，爆速的大小顺序则相反。这些规律的发现，为优选粘结剂提供了依据和指导。

其次，将“吸附包覆”型MD模拟应用于四组分体系，模拟研究了两个HMX基PBX实际配方JOB-9003(即HMX／TATB／F₂₃₁₁／石蜡)和

JO-9159(即HMX／NC／F₂₃₁₁／石蜡)，求得它们的结构、结合能、力学性能、计算了爆热和爆速，探讨了感度性质和各添加组分的作用。借助对相关函数理论分析，结合DFT-B3LYP计算，揭示了PBX中其它组分对主体炸药HMX 的影响以及相互作用的本质。我们的研究表明，TATB与HMX之间形成很多强氢键，它的作用主要增加体系的密度和强度；氟粘结剂F₂₃₁₁主要增强体系的弹性；钝感剂（石蜡）主要以其很大的热容值降低体系的感度，其与主体炸药的相互作用较小，钝感作用不是由电子结构因素所造成。硝化棉（NC）是

高能粘结剂，不仅改善体系的力学性能，而且使体系能量增加，补充因惰性粘结剂和钝感剂引起的能量减少。

类似地，通过搭建典型单基（NC）、双基（NC／NG）发射药和多组分火药（HMX／NG／PU）模型，对其结构与性能进行了MD模拟。发现双基与单基发射药相比，刚性增强，爆热和爆速增大，且均主要归因于硝化甘油（NG）。三组分火药的弹性强于主体炸药（HMX），该弹性增强主要归因于PU加入而形成的三维网状结构。双基发。