CL-20降感處理技術(shù)及在CMDB推進(jìn)劑中的應(yīng)用

任曉斌，李軍強(qiáng)，宋秀鐸，劉所恩，武宗凱

(1.西安近代化學(xué)研究所， 西安 710065; 2.山西北方興安化學(xué)工業(yè)有限公司， 太原 030008)

1 引言

六硝基六氮雜異伍茲烷(HNIW，CL-20)，分子式CHNO，是一種具有籠型結(jié)構(gòu)的高密度、高能量、高爆速和高爆壓的硝胺類(lèi)炸藥。1987年，美國(guó)海軍武器中心Nielsen首次合成CL-20，國(guó)內(nèi)則是北京理工大學(xué)于1990年合成，自問(wèn)世以來(lái)，就獲得廣泛關(guān)注。CL-20作為目前最有吸引力的高密度含能材料，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者已著手開(kāi)展其在火箭推進(jìn)劑、炸藥和發(fā)射藥等領(lǐng)域的應(yīng)用研究工作。在NEPE推進(jìn)劑中，CL-20基推進(jìn)劑燃速是奧克托今(HMX)基推進(jìn)劑燃速的2倍左右。在CL-20、GAP、高氯酸銨和鋁粉四元混合炸藥中，通過(guò)水下爆炸試驗(yàn)數(shù)據(jù)估算其能量密度可達(dá)到2.88倍TNT當(dāng)量。在含75%的高能添加劑黑索今(RDX)、HMX或CL-20的發(fā)射藥中，CL-20基發(fā)射藥燃速分別是RDX基和HMX基發(fā)射藥的2.4倍和1.4倍。

CL-20雖然具有優(yōu)異的爆炸性能和高能特性，但因其本身較高的機(jī)械感度、沖擊波感度、靜電火花感度使其在制備、貯存、運(yùn)輸和應(yīng)用過(guò)程中存在較大風(fēng)險(xiǎn)，造成了CL-20適用范圍小、應(yīng)用推廣難度大。通過(guò)探索CL-20降感的技術(shù)來(lái)獲得低感CL-20，使其符合安全應(yīng)用條件，是拓展CL-20應(yīng)用范圍的重要途徑。因此，在保證CL-20自身高能特性的基礎(chǔ)上，制備低感CL-20的研究成為當(dāng)前含能材料的研究熱點(diǎn)，同時(shí)，性能穩(wěn)定的低感CL-20對(duì)研究高能、鈍感、低特征信號(hào)固體推進(jìn)劑的發(fā)展也具有特別重要的意義。

本文介紹了國(guó)內(nèi)外制備低感CL-20的方法及其在CMDB推進(jìn)劑中應(yīng)用的有關(guān)研究現(xiàn)狀；總結(jié)了表面包覆降感技術(shù)、共晶降感技術(shù)及微納米球形化降感技術(shù)來(lái)制備低感CL-20的研究進(jìn)展，就低感CL-20在CMDB推進(jìn)劑中的應(yīng)用研究展開(kāi)討論，并對(duì)CL-20在未來(lái)的發(fā)展及在CMDB推進(jìn)劑中的應(yīng)用進(jìn)行展望；基于本文的分析和討論，以期為該領(lǐng)域研究者提供有價(jià)值的參考資料。

2 低感CL-20制備技術(shù)

含能材料的可控靈敏度和最大能量釋放率一直是武器裝備迫切需求的，CL-20作為高能量密度含能材料(能量及機(jī)械感度數(shù)據(jù)見(jiàn)表1)雖早已研制成功，但由于其較高的感度，嚴(yán)重限制了其在固體推進(jìn)劑中的應(yīng)用。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者試圖通過(guò)將CL-20鈍感化使其達(dá)到工程化應(yīng)用的目標(biāo)。目前，制備低感CL-20的方法有表面包覆降感技術(shù)、共晶降感技術(shù)和微納米球形化降感技術(shù)。

表1 RDX、HMX與CL-20能量指標(biāo)及機(jī)械感度數(shù)據(jù)

2.1 表面包覆降感技術(shù)

在CL-20降感研究中常采用原位包覆和復(fù)合包覆對(duì)其進(jìn)行表面包覆，降感效果顯著，這得益于包覆后的CL-20表面尖銳棱角被覆蓋、粒度分布變窄、粘結(jié)劑的塑性在發(fā)生形變時(shí)消耗能量多，不利于熱點(diǎn)形成；同時(shí)其晶型狀態(tài)也未發(fā)生改變。

董璐陽(yáng)等采用原位包覆方法，以三氯三硝基苯和氨水生成三氨基三硝基苯(TATB)，并在超聲波作用下，TATB作為鈍感劑沉積在CL-20表面，制得CL-20/TATB復(fù)合物。SEM表征照片顯示TATB在CL-20表面形成了均勻的包覆層；摩擦感度測(cè)試結(jié)果(表2)顯示隨著TATB含量增加，其摩擦感度會(huì)降低，表現(xiàn)出了很好的鈍感效果。在DSC測(cè)試中，CL-20/TATB復(fù)合物中CL-20分解溫度為250 ℃，要比純CL-20分解溫度高11 ℃，CL-20的熱穩(wěn)定增強(qiáng)。

表2 不同配比的CL-20/TATB摩擦感度測(cè)試結(jié)果

尙鳳琴等選用復(fù)合包覆方法，采用粘結(jié)劑氟橡膠和復(fù)合鈍感劑進(jìn)行CL-20的高品質(zhì)化和表觀形貌修飾；包覆后的CL-20撞擊感度由100%降低到24%，摩擦感度由100%降低到18%，爆速降低了5.2%。邢江濤等以丙烯酸酯橡膠為粘結(jié)劑、己二酸二辛酯為增塑劑完成對(duì)CL-20降感包覆，均對(duì)CL-20降感包覆有很好的指導(dǎo)意義。

表面包覆降感技術(shù)對(duì)制備低感CL-20確有很大幫助，在今后的包覆技術(shù)中還應(yīng)將包覆層厚度的控制、包覆均勻性以及包覆后分散一致性等問(wèn)題開(kāi)展深入研究。另外，采用非含能或者低含能包覆劑對(duì)CL-20進(jìn)行表面包覆，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致CL-20能量釋放率的降低，還原氧化石墨烯(rGO)和碳納米管(CNT)進(jìn)入了人們的視線。YU Lan等采用乳液聚合法制備了CL-20/551粘合劑/rGO基復(fù)合材料，其機(jī)械感度要比不含rGO的低，能量及熱穩(wěn)定要比不含rGO的高。這可能是由于當(dāng)復(fù)合材料遇到機(jī)械激勵(lì)時(shí)，rGO可以將機(jī)械激勵(lì)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為石墨層滑動(dòng)勢(shì)能，消耗了部分的機(jī)械能，阻礙熱點(diǎn)形成，使其機(jī)械感度進(jìn)一步降低；另外，rGO的導(dǎo)熱性差和熱穩(wěn)定較高，可以看作是CL-20的隔熱層，rGO分解的熱量輸出可作為復(fù)合材料體系的能量補(bǔ)充；CL-20/rGO基復(fù)合材料機(jī)械感度及熱性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。為增強(qiáng)rGO在復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，WANG Shuang等采用水懸浮法制備了CL-20/rGO/ CNT/Estane復(fù)合材料，較僅添加rGO的復(fù)合材料熱分解峰溫度提高了5.83 ℃，特性落高增加了2.9 cm，這可能是在復(fù)合材料內(nèi)部形成的三維網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)改善了自身的熱效應(yīng)。但是，CNT的加入會(huì)導(dǎo)致體系能量的降低，因此，應(yīng)嚴(yán)格控制CNT在復(fù)合材料中的添加量。rGO和CNT作為包覆劑用于CL-20降感包覆技術(shù)中尚處于探索階段，其作用機(jī)理、配比及實(shí)現(xiàn)工藝穩(wěn)定性還應(yīng)繼續(xù)深入研究。

表3 CL-20/rGO基復(fù)合材料機(jī)械感度及熱性能測(cè)試結(jié)果

綜上所述，采用鈍感類(lèi)物質(zhì)對(duì)CL-20進(jìn)行表面包覆處理，可有效降低CL-20的機(jī)械感度；但鈍感類(lèi)物質(zhì)往往是不含能或含能較低，就會(huì)造成CL-20自身能量釋放率的降低， rGO可作為理想添加劑來(lái)改善其能量釋放率低的問(wèn)題。

2.2 共晶降感技術(shù)

共晶主要通過(guò)分子間非共價(jià)鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)不同材料結(jié)合，在改善化學(xué)穩(wěn)定性、感度及其能量輸出方面均有較好的表現(xiàn)，共晶作為一種獲取鈍感含能材料的手段而備受關(guān)注；因此，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者開(kāi)展了以CL-20共晶來(lái)實(shí)現(xiàn)其降感的研究。在以往研究中許多非高能、甚至不含能的材料被選作CL-20的共晶配合物，雖然共晶降低了CL-20感度且其安全性也得到了提升，但很遺憾的是其能量釋放率也有下降的趨勢(shì)。因此，開(kāi)展CL-20共晶配合物設(shè)計(jì)與研究的工作是非常必要的。共晶體的形成是由共晶體和共晶配合物間能量差異驅(qū)動(dòng)的，CL-20可以通過(guò)與共晶配合物形成O-O鍵、O-H鍵、O-N鍵和C-O鍵來(lái)穩(wěn)定CL-20共晶體。

..CL-20/HMX共晶

CL-20/HMX共晶體因其高安全性和低敏感度而備受關(guān)注。HANG Guiyun等通過(guò)在Materials Studio中建立CL-20/HMX共晶炸藥模型來(lái)研究共晶體的摩爾配比對(duì)其穩(wěn)定性影響；HAN Gang等研究了不同溫度下溶劑對(duì)CL-20/HMX共晶生長(zhǎng)行為的影響，為溶劑選擇提供了參考意見(jiàn)；LIU Yi等建立了CL-20/HMX溶液界面模型，研究了混合溶劑對(duì)共晶形貌的影響。隨著CL-20/HMX共晶技術(shù)研究的逐步深入，較為系統(tǒng)化的制備方法有溶劑結(jié)晶法和溶劑-非溶劑結(jié)晶法、液相超聲法等。

DIRK HERRMANNSDORFER等采用溶劑結(jié)晶法制備了CL-20/HMX共晶體(摩爾比為2∶1)，平均直徑為30 μm，已通過(guò)中試規(guī)模的分批反應(yīng)共結(jié)晶，每天可試制共晶體250 g；通過(guò)廣泛的溶劑篩選，確定乙腈為最佳結(jié)晶溶劑，因?yàn)樗軌虼偈巩a(chǎn)生致密的平行六面體；并且在60 ℃下進(jìn)行結(jié)晶，能夠提高轉(zhuǎn)化速率和材料利用率。JIA Qian等采用溶劑/非溶劑(乙腈/蒸餾水)法制備了CL-20/HMX共晶體(摩爾比為2∶1)，生成焓為852.71 kJ/mol，爆速為9.32 km/s，爆壓為41.53 GPa，能量與CL-20相當(dāng)。SONG Changkun等采用液相超聲法制備CL-20/HMX共晶體(摩爾比為2∶1)，其粒徑為20 μm，呈片狀；經(jīng)DSC熱分解和撞擊感度測(cè)試，共晶體熱穩(wěn)定良好，撞擊感度特性落高為32.8 cm，要明顯優(yōu)于CL-20自身的13.1 cm。DSC熱分解曲線見(jiàn)圖1(其中a為CL-20/HMX共晶體，b為CL-20與HMX的混合物，c為CL-20，d為HMX)。

圖1 CL-20/HMX的DSC熱分解曲線

..CL-20/PNA共晶

ZHU Yanfang等采用超聲乳化法制備了顆粒相對(duì)均勻的CL-20/對(duì)硝基苯胺(PNA)共晶體(摩爾比為1∶1)，由DSC曲線可知，CL-20/PNA共晶體熱分解峰溫度為254.6 ℃，高于原料CL-20的熱分解峰溫度244.7 ℃，因此，共晶體具有良好的熱穩(wěn)定性；CL-20/PNA共晶體特性落高為60.1 cm，高于料CL-20的特性落高為13.1 cm，因此，共晶體更為鈍感。

..CL-20/TATB共晶

1，3，5-三氨基-2，4，6-三硝基苯(TATB)是一種高熔點(diǎn)、低機(jī)械敏感性和有良好耐熱性的不敏感猛炸藥，常被用作高能炸藥的降感劑，因此備受各國(guó)研究者的關(guān)注。LI Ping等采用非溶劑結(jié)晶方法制備了CL-20/TATB納米共晶體(摩爾比為4∶1)，其內(nèi)結(jié)構(gòu)由CL-20和TATB呈層狀排列，外部由呈樹(shù)枝狀的TATB包裹；由于這種結(jié)構(gòu)的多重脫敏效應(yīng)，CL-20/TATB共晶體較CL-20相比，其沖擊敏感性和熱穩(wěn)定性均得到了較大幅度的提升，沖擊敏感性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2所示，熱穩(wěn)定性TG測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3所示。因此，TATB與CL-20共晶，可以有效降低其敏感度，并對(duì)其熱分解活性和熱穩(wěn)定性都有很大幫助。CLINTON J.CHAPMAN等采用溶劑-非溶劑法制備的CL-20/TATB共晶體經(jīng)DSC分析也得出了相同熱穩(wěn)定性規(guī)律。

圖2 CL-20原料、CL-20/TATB混合物、FOX-7、CL-20/TATB復(fù)合材料和LL-M105的沖擊敏感性直方圖

圖3 CL-20/TATB納米復(fù)合材料的TG曲線

..CL-20/DNDAP共晶

LIU Ning等在以2-丙醇為微溶介質(zhì)，采用自組裝技術(shù)制備CL-20/2，4-二硝基-2，4-二氮戊烷(DNDAP)共晶體(摩爾比為2∶1)，其產(chǎn)率可高達(dá)98.2%。該共晶體具有較高的晶體密度(1.871 g/cm)和爆速(8 997 m·s)，特性落高較原料CL-20提高了32 cm，對(duì)快速制備CL-20共晶體具有很好的指導(dǎo)意義。

綜上所述，在設(shè)計(jì)和篩選CL-20共晶配合物時(shí)，應(yīng)具備以下幾個(gè)特征：首先，共晶配合物比CL-20更難揮發(fā)或熔點(diǎn)更高；其次，共晶配合物與CL-20局部結(jié)構(gòu)相似，同時(shí)共晶配合物還應(yīng)包括給電子基團(tuán)；最后，共晶配合物的選擇應(yīng)兼顧其能量特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)共晶降感不降能的目標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，晶體缺陷會(huì)對(duì)其穩(wěn)定性、感度和能量造成不良影響，因此，后續(xù)還應(yīng)同步開(kāi)展晶體成型質(zhì)量的研究工作。

2.3 微納米球形化降感技術(shù)

單質(zhì)炸藥的安全性與其粒度分布、形貌密切相關(guān)。含能材料的顆粒群在外界刺激條件下會(huì)形成熱點(diǎn)，通過(guò)顆粒之間的相互作用會(huì)轉(zhuǎn)為爆轟等過(guò)程；因此，可以通過(guò)調(diào)整含能材料顆粒粒徑達(dá)到提升其安全性的目標(biāo)，同時(shí)均勻規(guī)則形狀的含能材料也會(huì)提高其堆積密度。王彩玲等制備了不同形貌和粒度的CL-20，經(jīng)測(cè)試得出隨著CL-20粒度的減小，可大大降低表面存在的“晶界”和“位錯(cuò)”，其機(jī)械感度得以明顯降低；CL-20表面在球形化處理后，晶體的晶棱和晶粒界等突出點(diǎn)發(fā)生的局部摩擦、炸藥塑性變形和黏滯流動(dòng)都會(huì)急速減少，其摩擦感度就得以明顯降低，同時(shí)其靜電火花感度也會(huì)大大降低。因此，可以選擇將CL-20微納米球形化來(lái)實(shí)現(xiàn)感度降低的目的。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別以噴射結(jié)晶法、噴霧蒸發(fā)法、機(jī)械研磨法、真空膠束結(jié)晶法和表面活性劑輔助自組裝技術(shù)制備出微納米球形化的CL-20。

李聰聰通過(guò)噴射結(jié)晶法制備微納米CL-20，該方法以乙酸乙酯(EA)為溶劑，正庚烷為非溶劑，對(duì)原料CL-20進(jìn)行重結(jié)晶處理，制備了1～2 μm左右的CL-20，其撞擊感度較原材料特性落高值提高了111.26%。徐文崢等通過(guò)噴霧蒸發(fā)法以丙酮為溶劑，對(duì)原料CL-20進(jìn)行細(xì)化處理制得800 nm左右的CL-20，其撞擊感度較原材料特性落高值提高了47.49%。

梁力等通過(guò)機(jī)械研磨法制備微納米CL-20，該方法以氯化鋯為研磨介質(zhì)，達(dá)到細(xì)化CL-20的目標(biāo)。通過(guò)采用機(jī)械研磨法制備了微米級(jí)(粒徑為3.43 μm)和亞微米級(jí)(粒徑為320 nm)的2種類(lèi)球形CL-20，較原料CL-20相比，微米級(jí)和亞微米級(jí)的CL-20的撞擊感度分別降低了24.6%和108.4%，摩擦感度下降了8%和20%。

KAIFU BIAN等通過(guò)真空膠束結(jié)晶法制備微納米CL-20，該方法以EA為溶劑，辛烷為表面活性劑，在真空狀態(tài)下將CL-20在膠束內(nèi)形成過(guò)飽和并逐漸沉淀，制備出粒徑約為1～2 μm的CL-20顆粒。在真空膠束結(jié)晶法基礎(chǔ)上，KAIFU BIAN等又研發(fā)了表面活性劑輔助自組裝技術(shù)；該技術(shù)在反應(yīng)體系中加入有助于包裹溶液中膠束促進(jìn)自組裝進(jìn)行的Span，制得了高質(zhì)量類(lèi)球形CL-20，其粒徑達(dá)到985 nm。在真空膠束結(jié)晶法和表面活性劑輔助自組裝技術(shù)中，有幾個(gè)因素是形成球形形貌的關(guān)鍵：首先，溶劑(如EA)應(yīng)具備易揮發(fā)和低沸點(diǎn)，且CL-20在其中的溶解度要大，這樣以便通過(guò)真空去除溶劑；其次，表面活性劑在形成膠束和控制粒徑方面有非常重要作用。

CL-20自身感度能否有效降低和確保在應(yīng)用過(guò)程中能量釋放率高，都會(huì)直接關(guān)系到其在固體推進(jìn)劑中的應(yīng)用前景。無(wú)論是通過(guò)表面包覆技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)CL-20低感，還是共晶技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)CL-20低感，都會(huì)不同程度地造成CL-20能量釋放率的降低；然而，微納米球形化的CL-20在保留其高能量密度的優(yōu)異性能外，還具有更低的摩擦感度和撞擊感度，這對(duì)CL-20應(yīng)用范圍的拓展和武器系統(tǒng)性能的提升都會(huì)有很大幫助，因此，在低感CL-20的制備研究中，微納米球形化技術(shù)很可能成為主要的研究方向。

3 CL-20在CMDB推進(jìn)劑中應(yīng)用研究進(jìn)展

CMDB推進(jìn)劑具有能量高、特征信號(hào)低、燃燒性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，是目前遠(yuǎn)程投送的主要?jiǎng)恿υ?。二代含能材料的典型代表RDX和HMX已成功應(yīng)用在CMDB推進(jìn)劑中。為進(jìn)一步提高CMDB推進(jìn)劑能量，就迫切需要開(kāi)展能量更高的三代含能材料在其中的應(yīng)用研究。CL-20作為三代含能材料的典型代表，有望實(shí)現(xiàn)CMDB推進(jìn)劑能量的進(jìn)一步提高。

3.1 CL-20對(duì)CMDB推進(jìn)劑性能的影響

燃燒特性及能量釋放水平是推進(jìn)劑的主要性能指標(biāo)，CL-20的熱分解特性直接影響CMDB推進(jìn)劑的燃燒性能。XU Siyu等采用差示掃描量熱法(DSC)研究了CL-20-CMDB推進(jìn)劑在0.1 MPa、4 MPa和7 MPa下的熱分解行為，研究發(fā)現(xiàn)放熱峰溫度隨壓力的升高而降低，并隨著升溫速率的增大而升高。結(jié)果表明，推進(jìn)劑燃燒性能受壓力和升溫速率影響較大，CL-20的引入導(dǎo)致推進(jìn)劑壓強(qiáng)指數(shù)和溫度敏感系數(shù)增加。JOSEPH KALMAN等在研究CL-20粒徑對(duì)推進(jìn)劑燃燒性能的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)含微納米球形的CL-20(粒徑為3μm)推進(jìn)劑壓強(qiáng)指數(shù)要明顯低于含未經(jīng)處理CL-20(粒徑為30μm)推進(jìn)劑的壓強(qiáng)指數(shù)。

張建侃等將PbSnO@還原氧化石墨烯(rGO)納米復(fù)合物與CL-20按質(zhì)量比1∶5混合，由于rGO具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性和較大的比表面積，使PbSnO@rGO作為催化劑對(duì)CL-20的分解有更好的催化作用，可有效降低CL-20分解峰溫和表觀活化能，同時(shí)也有助于提高表觀分解熱。采用傳統(tǒng)螺壓成型工藝制備了CL-20-CMDB推進(jìn)劑，對(duì)其燃燒性能研究發(fā)現(xiàn)，CL-20有助于提高推進(jìn)劑的燃速，并且現(xiàn)有的鉛-銅-炭黑催化劑體系可用于調(diào)節(jié)推進(jìn)劑的燃燒性能。在CL-20-CMDB推進(jìn)劑中加入納米鎳粉，推進(jìn)劑燃速在10 MPa下可突破至35.59 mm/s，在8～20 MPa下其壓強(qiáng)指數(shù)可低至0.17。說(shuō)明通過(guò)調(diào)節(jié)催化劑種類(lèi)及用量可有效解決因添加CL-20引起的壓強(qiáng)指數(shù)升高問(wèn)題。

ZHANG Honglei等在研究CL-20/納米鋁的熱分解時(shí)發(fā)現(xiàn)，納米鋁可以使CL-20從高應(yīng)變分子鍵斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)楸碛^活化能增加，有益于能量特性的發(fā)揮。CMDB推進(jìn)劑配方設(shè)計(jì)時(shí)通常將氧系數(shù)控制在0.55～0.65，但CL-20-CMDB推進(jìn)劑氧系數(shù)卻能達(dá)到0.70～0.75，非常不利于其能量釋放，經(jīng)理論測(cè)算比沖僅為256.6 s。王江寧等采用在CL-20-CMDB推進(jìn)劑配方中引入Al粉，推進(jìn)劑理論畢沖可達(dá)到262.8～267.5 s，這得益于降低了推進(jìn)劑氧系數(shù)，同時(shí)認(rèn)為CL-20基CMDB推進(jìn)劑中Al粉的最優(yōu)添加范圍為5%～10%。

綜上所述，添加CL-20可有效提高CMDB推進(jìn)劑的燃速及能量水平，因CL-20引入導(dǎo)致的壓強(qiáng)指數(shù)升高及能量釋放不完全等問(wèn)題，可通過(guò)調(diào)節(jié)催化劑及添加Al粉等手段解決，因此，CL-20在高能CMDB推進(jìn)劑中的應(yīng)用具有廣闊的發(fā)展前景。

3.2 低感CL-20對(duì)推進(jìn)劑感度的影響

添加CL-20可有效提高推進(jìn)劑的能量水平，但因CL-20較高的機(jī)械感度，導(dǎo)致制備的CL-20基CMDB推進(jìn)劑感度大，制約了CL-20在CMDB推進(jìn)劑中的應(yīng)用；因此，將低感CL-20應(yīng)用于CMDB推進(jìn)劑中，就有望解決這一難題。

張超等在螺壓硝銨CMDB推進(jìn)劑(配方中Al粉含量為6%)中加入由包覆制備的低感CL-20(包覆劑為T(mén)PU)，制備的TPU/CL-20-CMDB推進(jìn)劑較普通CL-20-CMDB推進(jìn)劑，其摩擦感度可降低67%，撞擊感度可降低49%，這是由于TPU可降低CL-20顆粒間摩擦和應(yīng)力集中，引爆“熱點(diǎn)”生成概率降低，同時(shí)TPU也可以吸收“熱點(diǎn)”的部分能量，延緩熱量傳播，從而降低了推進(jìn)劑感度。TPU/CL-20-CMDB的力學(xué)性能在高、低、常溫條件下抗拉強(qiáng)度提高了33%，這是由于TPU包覆后的CL-20增強(qiáng)了與推進(jìn)劑其他組分的粘結(jié)作用。

WU Zongkai等在CMDB推進(jìn)劑中加入CL-20/HMX共晶體，研究了溫度和壓力對(duì)共晶體穩(wěn)定性的影響，研究發(fā)現(xiàn)，在吸收、離心驅(qū)水過(guò)程CL-20/HMX共晶具有良好的穩(wěn)定性，壓延塑化有少量的CL-20/HMX共晶分解形成CL-20及HMX的混合物，原因可能是在高溫、高壓環(huán)境下CL-20/HMX共晶的表面與硝化甘油等溶劑接觸，誘使部分共晶發(fā)生了解離，但解離應(yīng)只發(fā)生在共晶體與其他組分的接觸界面上，共晶體粒子內(nèi)部的穩(wěn)定性并沒(méi)有受到破壞。制備的推進(jìn)劑撞擊感度、摩擦感度、熱分解峰溫度、抗拉強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知：CL-20/HMX共晶體-CMDB推進(jìn)劑在試制過(guò)程中，其機(jī)械感度、熱穩(wěn)定性、燃燒性能和力學(xué)性能方面都表現(xiàn)出了良好的性能，也證實(shí)CL-20/HMX共晶體在CMDB推進(jìn)劑中是有應(yīng)用價(jià)值的。

表4 CL-20/HMX-CMDB、CL-20-CMDB和HMX-CMDB推進(jìn)劑部分性能測(cè)試結(jié)果

張超等在CMDB推進(jìn)劑中加入微納米球形化CL-20，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，含細(xì)顆粒CL-20(=230 nm)的推進(jìn)劑沖擊波感度比含等量粗顆粒CL-20(=25.12 μm)推進(jìn)劑的低35.8%，這是由于不同粒徑顆粒的界面?zhèn)鬟f應(yīng)力的能力不同，大顆粒的CL-20比小顆粒的更有利于沖擊波在推進(jìn)劑中的傳播；推進(jìn)劑沖擊波感度隨著CL-20含量的增加總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；并且惰性鉛-銅-炭黑催化劑可以降低推進(jìn)劑沖擊波感度。但是，微納米CL-20在CMDB推進(jìn)劑使用過(guò)程中容易發(fā)生團(tuán)聚且分散不均勻的問(wèn)題，因此，在后續(xù)的工作中還應(yīng)開(kāi)展其在推進(jìn)劑中分散技術(shù)的研究。

綜上所述，通過(guò)表面包覆降感技術(shù)、共晶降感技術(shù)及微納米球形化降感技術(shù)制備的低感CL-20對(duì)降低CMDB推進(jìn)劑機(jī)械感度，提高推進(jìn)劑力學(xué)性能方面有明顯效果，低感CL-20的研究可有效拓寬CL-20的應(yīng)用范圍。表面包覆、共晶降感技術(shù)會(huì)不同程度降低CL-20的能量水平，微納米CL-20應(yīng)用過(guò)程存在工藝適應(yīng)性問(wèn)題，降低包覆劑用量、尋找高能低感CL-20基共晶及改進(jìn)工藝技術(shù)是低感CL-20能否推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

4 結(jié)論和展望

通過(guò)本文的綜述研究分析可以認(rèn)為，低感CL-20在CMDB推進(jìn)劑中具有巨大的應(yīng)用潛力，后續(xù)CL-20在推進(jìn)劑中的應(yīng)用研究應(yīng)著重從以下2個(gè)方面進(jìn)行：

1) CL-20的降感處理多集中在包覆、共晶這2種方式，會(huì)不同程度造成CL-20能量釋放率的降低，而微納米球形化技術(shù)卻避免了這一問(wèn)題。后續(xù)研究應(yīng)將CL-20微納米球形化作為研究其降感的突破口，開(kāi)展適用于螺壓CMDB推進(jìn)劑制備的CL-20粒徑范圍的研究；同時(shí)進(jìn)一步研發(fā)新型含能包覆劑、高能共晶配體制備更高能量水平的低感包覆CL-20及CL-20基共晶材料。

2) CL-20在CMDB推進(jìn)劑中的應(yīng)用尚處于探索階段，低感CL-20與CL-20在推進(jìn)劑應(yīng)用制備過(guò)程有明顯的差別，后續(xù)研究應(yīng)著重就含低感CL-20的CMDB推進(jìn)劑在燃燒性能調(diào)節(jié)、能量釋放規(guī)律、感度、力學(xué)性能、制備工藝性及彈道性能等方面開(kāi)展系統(tǒng)性研究，為在武器系統(tǒng)中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。