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奥克托金(HMX)是国内外现用单质炸药中密度高、能量高、感度低、综合性能优良的炸药,被广泛用来制备各种高能混合炸药、高能固体推进剂和高能发射药等。单质炸药的结晶特性(晶形、粒度分布、晶体缺陷、纯度等)对其应用性能有重要的影响,比如晶形不仅对炸药在加工过程中的粒子破损及流散性和安全性有影响,在最终应用中对固含量、冲击波感度、弹道性能和力学性能也有很大的影响,因而炸药的晶体形貌控制是晶体品质控制的一个重要方面。溶液重结晶法是最常用的优化炸药结晶性能的方法。在结晶过程中,溶剂和添加剂是控制晶体形貌的两个重要手段。此外,分子模拟技术对研究添加剂对结晶形貌的微观作用机制提供了一个非常有效的手段。因此,本工作采用实验和理论相结合的方法,研究了不同溶剂中添加剂对HMX结晶形貌的影响。
本文使用溶剂-非溶剂法对HMX进行重结晶,研究了添加剂十六烷基三甲基氯化铵(1631)、吐温20、斯潘80对HMX在乙腈、丙酮、丁内酯、乙酸乙酯、二甲亚砜溶剂中的重结晶形貌影响。结果表明,添加剂对HMX重结晶的晶体形貌有较大的影响。通过观察扫描电镜图片和XRD衍射图谱发现,十六烷基三甲基氯化铵在乙酸乙酯、二甲亚砜和丁内酯溶液内对HMX的重结晶影响最为显著,不但利于HMX晶体成型,而且明显的使其朝着一定的趋势生长。
本文采用Materials Studio软件中的Morphology模块来模拟计算HMX的结晶形貌。通过构建晶面-溶剂(含有添加剂)双层界面模拟盒子,模拟不同溶剂中添加剂和HMX晶面的相互作用,采用校正后的附着能(AE)模型,预测了含有不同添加剂的溶液中HMX的结晶形貌,并和实验的SEM图对比,以解释添加剂对结晶形貌的微观作用机理。