奥克托金与高分子二元体系模拟研究(3)

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HMX撞击感度比TNT略高，容易起爆。为了进一步降低HMX的感度，将HMX与高聚物混合成为一个重要的研究领域。HMX基高聚物复合含能材料目前已广泛应用于常规弹药、火箭推进剂以及核武器引信材料。研究、使用和开发新型高聚物复合含能材料，一直以来都是含能材料研究领域的重要任务[2]。高聚物复合含能材料研制的一个重要方面是选择与主基体炸药粘结能力强的高聚物，这需要研究大量预选配方的界面、力学等性质并加以筛选。然而含能材料自身具有不稳定性，在一定温度以上会加速分解导致爆燃甚至爆炸，实验过程具有安全隐患，使得实验研究存在一定的危险性；加之此法研制周期长，需要大量人力物力，为此，人们一直渴望加强基础理论研究，寻求理论预言和配方指导，以便减少盲目性[3]。

通过研究高能晶体和高聚物复合含能材料的组成与性能的关系，为新型、钝感高聚物复合含能材料的配方设计提供理论、方法指导，可以很好的满足这种需求。这方面，计算机模拟技术的安全性和前瞻性愈发突显。用分子动力学(MD)方法模拟计算奥克托金与高分子二元体系混合体系, 获得原子水平上粒子运动的平衡运动轨迹，探讨混合体系各组分相互作用机理，获取体系热力学参数以及探寻引发键最大键长的变化规律，关联其安全性能，从而指导实际配方设计。文献综述

1.2 HMX概述

HMX长期存在于乙酸酐法制得的黑索金(RDX)之中。1941年，Wright和Bachmann在生产RDX的过程中发现，每批次RDX的爆炸效果由RDX中一种杂质的含量所决定：这种杂质的含量越高，这批产品质量就越好，否则就要差一些，经提纯首次分离出奥克托金[4]。HMX被发现之后，各国科学家提出了多种制备方案，目前较为常用的方法是采用硝酸铵的硝酸溶液和乌洛托品的醋酸溶液在乙酸酐中进行反应，生成的HMX必须全部转化成稳定的β晶型。HMX拥有多方面的优异性能，是目前发现的综合性能最佳的猛炸药。

1.2.1 HMX的结构

奥克托金，代号HMX，化学名称环四亚甲基四硝胺或1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(Octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane)，分子式为C4H8N8O8，摩尔质量296.155g/mol，结构式为[5]：

奥克托金的结构式

图1.1 奥克托金的结构式

HMX是无色晶体，存在四种晶型，即α-HMX、β-HMX、γ-HMX和δ-HMX，其中的α、β、δ晶型为纯结晶相，而γ晶型为水合物相；β晶型在室温常压下最稳定，α、γ晶型为亚稳态，δ晶型是不稳定的[6]。因此，β-HMX才符合使用要求。故实验过程中如无特殊说明，均采用β-HMX。β-HMX是单斜晶系晶体，夹角为103°，晶体密度1.96g/cm3，爆速9110m/s，撞击感度100%(10kg/25cm)[7]。

HMX于1941年首次发现并分离后，1952年在美国正式投产。1964年我国工程物理研究院与原五机部西安二〇四研究所协作，进行合成及工艺研究，1971年在中国物理研究院进行十公斤批量的试制，后在八〇五厂生产[7]。上世纪50年代曾将HMX作为单质猛炸药进行了专门研究；60年代以后采用小分子合成制备HMX的研究也有所发展；70年代全世界都在广泛寻找和拓展其应用范围；80年代开始工业化应用。

1.2.2 HMX基高聚物粘结炸药

HMX高能炸药在运输和储存过程中容易爆炸而且难以单独成型。在第二次世界大战后期，随着高分子材料技术的发展以及人们对于导弹、核武器要求的不断提高，塑料作为粘结剂和钝感剂的研究工作不断涌现出来，塑料粘结炸药(Plastic Bonded Explosives, 简称PBX)应运而生，它是由适当的塑料类粘接剂与高能炸药共混制得的。这种处理方法既保持了高能炸药原有的爆炸性能，又利用了塑料容易加工和成型的特点，使PBX具有力学性能优异、安全性能好以及易于加工成型等显著优点。20世纪50年代开始，随着高分子科学的迅猛发展，高分子材料的种类不断增加。到了20世纪60年代，塑料类高分子不再是唯一的PBX粘结剂，PBX粘结剂的备选范围扩展到橡胶类、聚酯类、含氟高聚物和有机硅高分子等。此时，塑料粘结炸药的称呼就不够贴切了，故改称这一类炸药为高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosives)，简写也是PBX。