共晶炸药及其高分子复合材料结构、性能的分子动力学研究

To explore cocrystal explosives deeply and systematically in micro level essence and push on their application in energetic materials field, typical cocrstal explosives CL-20/HMX，CL-20/TNT，CL-20/BTF and CL-20/DNB and their macromolecular composites consisting of four kinds of macromolecules such as polyolefins, polyether, polyurethane and fluoropolymer are chosen to be investigated by classical molecular dynamics (MD) and quantum (MD) methods. With large and detailed simulation computations, their internal and interfacial structures, molecule and component interactions, formation mechanisms, miscibility, safety (sensitivity), thermal stability, mechanisms of pyrolysis and shock decomposition, mechanical properties and relations between structures and properties as well as progressive rules of structure-property with changing temperature and shock strength are studied and compared. Plentiful and novel academic achievements for cocrystal and their macromolecular composites will be obtained and guidance and reference will be provided for practical applications.

为了从微观本质上系统深入地研究共晶炸药，推进其在含（高）能材料领域的实际应用，本申请项目选择和设计CL-20/HMX、CL-20/TNT、CL-20/BTF和CL-20/DNB等典型共晶炸药及其与聚烯烃、聚醚、聚氨酯和含氟聚合物四类高分子构成的高分子高能复合材料作为研究对象，主要运用经典分子动力学（MD）和量子MD方法，通过大量细致的模拟计算，比较研究它们的内部和表界面结构，分子间和组分间的相互作用，共晶和复合材料的形成机制，相容性，安全性（感度），热稳定性，热分解和冲击分解机理，力学性能，以及结构与性能之间的关系，结构与性能随温度和冲击强度的递变规律等。预计可提供共晶炸药及其高分子复合材料的丰富原始性学术成果，并为其实际应用提供参考和指导。

共晶是由两种或两种以上组分的分子在分子间氢键或其他非键作用下，以固定化学计量比结合而形成的具有特定结构和性能的分子型晶体。由于共晶的形成能改善物质熔点、溶解度、化学稳定性等重要性能，故在药学、化学和纺织等领域得到广泛研究和应用。在高（含）能材料领域，由于制备高能、钝感和价廉的炸药一直是国内外追求的目标，故以溶剂法制备CL-20/TNT共晶的通讯一经发表，立刻引起高度关注并在全球形成研究热点。.本项目对典型共晶炸药及其与聚烯烃、聚醚和含氟聚合物等高分子构成的高分子共晶炸药复合体系，运用经典分子动力学（MD）、量子 MD 以及耗散粒子DPD等理论方法，进行大量细致的模拟计算，比较研究它们的内部和表界面结构，分子间和组分间的相互作用，共晶和复合材料的形成机制，相容性，安全性，冲击分解机理，力学性能，以及结构与性能之间的关系，结构与性能随冲击强度的递变规律等。一方面共晶炸药较好地解决了炸药的爆炸性能与钝感性能相矛盾的问题，实现了能够同时获得良好爆轰性和安全性的目标，而本项目的研究揭示了其中的机理和本质原因——共晶中分子间作用力大于同分子晶体中分子间作用力，也大于及两种同分子晶体共混物中不同分子用力以及共晶的延展性较好——稳定，耐冲击；另一方面炸药的实际应用时大都与聚合物形成复合物，而本项目通过对体系相互作用结合能、粘结机理以及力学性能等方面的比较研究进一步发现体系中高分子的致钝机理。.因此本项目的研究成果在高聚物混合炸药和固体火箭推进剂方面有潜在应用。.