一种DNTF-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法

本发明涉及复合含能材料，尤其涉及一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法。

背景技术：

1、3，4-二硝基呋咱基氧化呋咱(dntf)是一种综合性能较好的高能炸药，新的爆炸性混合物的引入有助于提高dntf的性能，如安全性和操作性能。不同炸药在分子结构、分子量、特征官能团等方面存在差异，dntf与其他不同炸药在复合应用过程中存在较严重的相容性问题，组分的不相容性可能导致混合物不受控制的放热分解，从而导致热爆轰。新的高能混合物应具有稳定性，同时耐分解的特点，即使在长期储存期间也是如此，故测试组分混合物的相容性是开发高能材料新配方的一个极其重要的步骤，现有实验技术研究相容性的方法常用热力学方法，即基于高温下样品分解进行测试，例如差示扫描量热测试(dsc)、热重分析(tg)、维卡软化温度(vst)等。但由于温度的变化率增加会导致分解反应发生显著变化，转化率较低时也有可能发生热爆轰，通常采用该类方法进行样品测试时，会重点研究初始热分解阶段，避免样品的全部分解，但这种测试需严格控制测试条件，带来测试结果的不可靠性。

2、随着计算机技术的飞速发展，可以通过电子及原子层次计算实现对材料本质的认识，其研究方法主要为量子力学和分子动力学模拟。对于多组分构成的复合炸药体系，在实验技术难以达到的条件下，用量子化学和分子动力学模拟方法模拟其化学演变过程显得尤为重要。量子化学的计算是通过研究热分解过程各基元反应历程，建立反应物、过渡态和产物之间的联系，在多组分体系中，可揭示另一组分的加入改变原来单分子的分解历程。从头算分子动力学(ab initio molecular dynamics,aimd)模拟不需要提供力场参数，只需要提供原子初始结构，就能根据电子波函数正交化产生的虚拟力，求解牛顿运动方程，对于研究化学反应等具有重要的价值。炸药的热分解机理不熟悉也会为升温实验来带危险性，现有方案也未对于dntf复合炸药热分解机理建立模型。因此针对复合炸药体系，需要一种更为可靠的不相容性机理模型构建方法，从而为高能炸药复合的不相容性预警等提供数据支持。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法。本发明能够建立高可靠的dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型，适用于dntf-硝胺类复合炸药新配方的开发，为高能炸药复合的不相容性预警等提供数据支持。

2、本发明实施例提供了一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法，包括以下步骤：

3、s1、对目标dntf-硝胺类复合炸药体系进行制备，获得形貌尺寸均一的复合粒子，所述dntf-硝胺类复合炸药体系包括硝胺类炸药；

4、s2、对于所述复合粒子和单一dntf炸药，进行差示扫描量热测试，获取复合粒子和单一dntf炸药反应过程中的热动力学参数；

5、s3、根据所述热动力学参数，获得所述复合粒子加入硝铵类炸药后的热分解性能变化，判定dntf-硝胺类复合炸药的不相容性；

6、s4、构建分子模型，在不同温度下采用量子化学的计算方法和从头算分子动力学进行分子动力学模拟，比较预测复合粒子和单一dntf炸药中dntf分子键断裂顺序和初始反应路径，验证dntf-硝胺类复合炸药的不相容性；

7、s5、将所述预测的初始反应路径，与所述热分解性能变化进行结合，构建dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型。

8、可选的，硝铵类炸药包括但不限于2，6-二氨基-3，5-二硝基吡嗪-1-氧化物(llm-105)或硝基胍(nq)。

9、优选的，所述差示扫描量热测试的升温控制在热分解初始阶段，获取复合粒子初始反应过程中的热动力学参数。

10、可选的，所述热动力学参数包括：初始温度、峰温、转化率、反应速率和放热量。

11、可选的，s3还包括步骤：根据所述热动力学参数，计算活化能和临界热爆炸温度，所述活化能和临界热爆炸温度采用kissinger法计算，获得所述复合粒子加入硝铵类炸药后的热分解性能变化。

12、可选的，当所述复合粒子热分解反应提前于单一dntf炸药，判定dntf-硝胺类复合炸药的不相容性。

13、更进一步的，所述复合粒子热分解反应提前于单一dntf炸药体现为所述复合粒子的放热峰峰温、峰值温度、热爆炸临界温度低于单一dntf炸药。

14、可选的，所述s4还包括步骤：

15、s41、通过所述量子化学的计算方法对所述复合粒子的组分分别进行计算，分析各组分的得失电子优势，预测各组分间互相反应基团与第一dntf分子初始断裂化学键；

16、s42、从头算分子动力学进行分子动力学模拟dntf分子的热分解反应过程，预测第二dntf分子初始断裂化学键；

17、s43、比较所述第一dntf分子初始断裂化学键和第二dntf分子初始断裂化学键，若预测结果相吻合，确定复合粒子中dntf分子初始反应路径；

18、s44、根据复合粒子中dntf分子初始反应路径相较于单一dntf炸药初始反应路径发生的变化，验证所述复合粒子的不相容性。

19、可选的，当所述所述预测的初始反应路径与所述热分解性能变化能够对应，则dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型构建成功。

20、可选的，本发明提供了一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法，还包括如下步骤：

21、s6、将待开发的dntf-硝胺类复合炸药利用所述dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的测试方法进行预测，若预测结果与dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的数据规律相同，验证待开发的dntf-硝胺类复合炸药的不相容性。

22、本发明的有益效果是：

23、本发明对dntf-硝胺类复合炸药体系进行热分解初始阶段的参数测试，且采用量子化学计算法和从头算分子动力学进行初始反应机理模拟，解析dntf-硝胺类复合炸药初始反应路径，通过实验和模拟结合，建立dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型，实现可靠性高的dntf-硝胺类复合炸药不相容性分析。

24、热分解全过程的测试和模拟耗费时间长、成本高、且安全性较差，从头算分子动力学计算精度较高，但是伴随着高昂的计算成本。本发明仅通过初始反应的热动力学参数测试和初始路径的预测，获得成本低、速度快的dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型，有利于dntf-硝胺类复合炸药新配方的开发进程。

25、本发明为dntf-硝胺类复合炸药研发提供重要依据与预测评价手段，有望提高研发效率并大幅度节省实验费用，成为研发的有效辅助工具。

技术特征：

1.一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法，其特征在于，所属硝铵类炸药包括2，6-二氨基-3，5-二硝基吡嗪-1-氧化物(llm-105)或硝基胍(nq)。

3.根据权利要求1所述的一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法，其特征在于，所述差示扫描量热测试的升温控制在热分解初始阶段，获取复合粒子和单一dntf炸药初始反应过程中的热动力学参数。

4.根据权利要求1或3所述的一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法，其特征在于，所述热动力学参数包括：初始温度、峰温、转化率、反应速率和放热量。

5.根据权利要求1所述的一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法，其特征在于，s3还包括步骤：根据所述热动力学参数，计算活化能和临界热爆炸温度，所述活化能和临界热爆炸温度采用kissinger法计算，获得所述复合粒子加入硝铵类炸药后的热分解性能变化。

6.根据权利要求1所述的一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法，其特征在于，当所述复合粒子热分解反应提前于单一dntf炸药，判定dntf-硝胺类复合炸药的不相容性。

7.根据权利要求6所述的一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法，其特征在于，所述复合粒子热分解反应提前于单一dntf炸药体现为所述复合粒子的放热峰峰温、峰值温度、热爆炸临界温度低于单一dntf炸药。

8.根据权利要求1所述的一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法，其特征在于，所述s4还包括步骤：

9.根据权利要求1所述的一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法，其特征在于，当所述所述预测的初始反应路径与所述热分解性能变化能够对应，则dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型构建成功。

10.根据权利要求1所述的一种dntf-硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法，其特征在于，还包括如下步骤：

技术总结本发明公开了一种DNTF‑硝胺类复合炸药不相容机理模型的构建方法，包括如下步骤：对目标DNTF‑硝胺类复合炸药体系进行制备，获得形貌尺寸均一的复合粒子，所述DNTF‑硝胺类复合炸药体系包括硝胺类炸药；对于所述复合粒子和单一DNTF炸药，进行差示扫描量热测试，获取复合粒子和单一DNTF炸药反应过程中的热动力学参数；根据所述热动力学参数，获得所述复合粒子加入硝铵类炸药后的热分解性能变化，判定DNTF‑硝胺类复合炸药的不相容性；构建分子模型，在不同温度下采用量子化学的计算方法和从头算分子动力学进行分子动力学模拟，比较预测复合粒子和单一DNTF炸药中DNTF分子键断裂顺序和初始反应路径，验证DNTF‑硝胺类复合炸药的不相容；将所述预测的初始反应路径，与所述热分解性能变化进行结合，构建DNTF‑硝胺类复合炸药不相容机理模型。本发明实现了高可靠性、成本低、速度快的DNTF‑硝胺类复合炸药不相容机理模型建立，有利于DNTF‑硝胺类复合炸药新配方的开发进程。技术研发人员：韩志伟,张馨跃,贺彪受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5