Studium nových energetických materiálů

MSc. Ahmed Ikhlas Mohamed Elbeih

Disertační práce

Study of new energetic materials; plastic explosives based on selected cyclic nitramines

Abstract:

cis-1,3,4,6-tetranitro-octahydroimidazo-[4,5-d]imidazole (BCHMX, bicyclo-HMX) is a new polycyclic nitramine which had been prepared by economic method for its synthesis. The experimental applications of this new energetic material were unpublished. In the present work a series of plastic explosives and plastic bonded explosives based on BCHMX as explosive filler and several polymeric matrices were prepared and studied. Seven polymeric matrices, including C4 matrix (polyisobutylene plasticized by dioctylsebacate and oily material), semtex matrix (nitrile rubber plasticized by a non energetic plasticizer), silicone matrix (polydimethyl siloxane), formex matrix (butadiene-styrene rubber plasticized by oily material), acrylate matrix (polymethyl-methacrylate plasticized by dioctyl adibate), viton A and fluorel binders, were used. For comparison, 1,3,5-trinitro- 1.3.5-triazinane (RDX), 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane (HMX) and 2,4,6,8,10,12- hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaza-isowurtzitane (HNIW) were used as explosives fillers with the same selected polymeric matrices. Pentaerythritol-tetranitrate (PETN) based commercially available explosives Semtex 10 and Formex P1 were included in the study. Impact and friction sensitivities of the prepared samples were measured, thermal stability of the prepared samples and the pure explosives fillers was studied by differential thermal analysis technique (DTA), detonation velocity of each prepared sample was measured by the ionization copper probe method and the workability of selected samples was studied by the ballistic mortar where the results were recorded as relative strength of each sample with respect to a standard material (Trinitrotoluene, TNT). Shaped charges were prepared and filled by selected type of plastic explosives based on the different studied nitramines. The volume of each hole formed inside the target as a result of the jet penetration was measured and gave indication about the performance of the studied samples. The detonation characteristics of all samples were studied by two thermodynamic codes (EXPLO 5 and CHEETAH codes) and the empirical equations known by Kamlet & Jacobs method. A comparison between the three methods of calculations is included. Regarding to all the results obtained, the aim of the study was achieved and it was concluded that samples based on BCHMX bonded by semtex and silicone matrices have good characteristics as plastic explosives and might have some applications in the future.

Abstract:

cis - 1,3,4,6-tetranitro-octahydroimidazo-[4,5-d]imidazole (BCHMX, bicyclo- HMX) je nový polycyklický nitramin který bylo připravený schůdnou metodou. Experimentální aplikace tohoto nového aktivního materiálu nebyla zatím publikována. V rámci této práce série plasty pojených výbušnin s obsahem BCHMX jak aktívní náplně byla připravena a studována. Sedm polymerních matric, konkrétně C4 martice (polyisobutylen měkčený dioctylsebakátem a olejem), semtexová matrice (nitridový kaučuk měkčený neaktivním změkčovadlem), silikonová matrice (polydimethyl siloxan), formexová matrice (butadien-styrénový kaučuk měkčený olejem), polymethylmtaakrylátova matice (polymethyl metakrylát měkčený dioktyladipátem), Viton A a fluorel byly pouřitti. Pro srovnání byly jako aktivní náplně použity i následující nitraminy 1,3,5 - trinitro-1.3.5 - triazinan (RDX), 1,3,5,7 - tetranitro-1,3,5,7-tetrazokan (HMX) a 2,4,6,8,10,12-hexanitro -2,4,6,8,10,12-hexaza-isowurtzitan (HNIW), pojené stejnými polymerními matricemi. Také pentaerythritoltetranitrát (PETN) akomerčně dostupné výbušniny na jeho bázi, Semtex 10 a Formex P1, byl zahrnutý do zkoumíní. U připravených trhavin, ale i výchozích čistých nitraminů, byly stanoveny citlivosti k nárazu a tření, tepelná stálost (pomocí DTA), detonační rychlost relativní pracovní schopnost (pomocí balistického moždíře).Byly také připravené kumulativní náložky, plněné vybraným typem plastické trhaviny, které byly na penetraci studovány pomocí hliníkových bloků; objemy vzniklých kráterů v těchto blocích korelovaly dobře s detonačními rychlostmi použitých trhavin. Teoretické studium detonačních parametrů připravených plastických trhavin bylo realizováno pomocí dvou termodynamických kódů (EXPLO 5 a CHEETAH) a pomocí semi-empirické rovnice dle Kamleta & Jacobse. Cíl práce byl splněn, v němž zejména dominuje poznatek, že vzorky plastické trhaviny na bázi BCHMX a semtexové matrice a dále polydimethylsiloxanová matrice pro všechny studované nitraminové náplně daly nejnadějnější výsledky.

Keywords

detonační parametry, citlivost, plastické trhaviny, nitraminy, pracovní schopnost.

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 12. 1. 2012

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 13. 2. 2012

Univerzita Pardubice

Fakulta chemicko-technologická

Doktorský studijní program / obor:
Chemistry and Chemical Technology / Organic Technology