六硝基六氮杂异伍兹烷

高温下含缺陷CL⁃20初始化学反应的分子动力学模拟胡靖伟，甘强，冯长根，李昌霖，朱双飞，程年寿（北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京100081）摘要：为研究晶体缺陷对六硝基六氮杂异伍兹烷（CL‑20）初始化学反应影响规律，采用分子动力学方法和ReaxFF‑lg 反应性力场，对1500~3500K 高温下含空位缺陷CL‑20的初始反应路径、热分解产物和反应动力学进行了研究。

结果表明，1500~3500K 时，含空位缺陷CL‑20的初始分解路径与完美晶体基本相同，首先N —NO 2键断裂生成NO 2。

空位缺陷增大了CL‑20开环反应频次、增加了NO 2的生成量。

比较完美晶体CL‑20可见，空位缺陷可降低CL‑20活化能，加速CL‑20的热分解进程。

2000K 和3000K 时含16.7%空位CL‑20反应速率常数分别是完美CL‑20的1.7倍和1.4倍。

空位缺陷其周围的CL‑20分子更容易发生热分解反应，导致CL‑20的感度提高。

关键词：分子动力学模拟；六硝基六氮杂异伍兹烷（CL‑20）；ReaxFF‑lg 反应性力场；热分解；晶体缺陷中图分类号：TJ55；O643文献标志码：ADOI ：10.11943/CJEM20202451引言六硝基六氮杂异伍兹烷（简称HNIW ，或CL‑20）是已应用能量密度最高的单质炸药，1986年由美国Nielsen ［1］首次合成，其热安定性较好，最大爆速、爆压、密度等均高于奥克托今（HMX ），能量输出比HMX 高10%~15%［2］。

为深入研究CL‑20爆轰机理，近年来许多理论模拟和实验研究CL‑20的初始化学反应，较少考虑缺陷的影响。

研究含缺陷CL‑20的初始化学反应，对于了解其复杂的微观反应机理以及安全应用均具有重要意义。

1993年Patil 等［3］首先采用光谱法研究了CL‑20热分解，计算出CL‑20的热分解动力学参数。

Tureotte 等［4］通过热重分析研究了CL‑20的热分解过程，并对热分解产生的气体进行表征。

六硝基六氮杂异伍兹烷的粒度控制生产工艺王家伦1，张洪宝1，2，刘春竹2，李航2，孟子晖1，薛敏1（1.北京理工大学化学与化工学院，北京100081；2.辽宁庆阳特种化工有限公司，辽宁辽阳111000）摘要：六硝基六氮杂异伍兹烷（CL‐20）的粒度和形貌对其感度、安全性以及填药密度有重要的影响。

研究通过控制和优化重结晶工艺条件，分别探索超声辅助重结晶法和反溶剂法中不同因素以及搅拌器类型对CL‐20晶体粒度的影响。

在超声辅助重结晶法中，考察了超声连续震动和间歇震动频率以及不同超声频率（20~40kHz ）对生产小粒经产品的影响；在反溶剂法中，以乙酸乙酯和三氯甲烷为良溶剂和不良溶剂，考察了三氯甲烷滴加速度（20、50、100mL·h -1）、三氯甲烷与乙酸乙酯滴加量比例（1∶1、1∶2、1∶3），重结晶时间（24、48、72h ）以及重结晶温度（30、40、50℃）对大粒径产品的影响。

通过设计正交试验，确定了最优条件；在对搅拌器对产品影响的研究中，选择了四直叶开启涡轮式、六直叶涡轮式和双层分散盘三种搅拌器类型以及相应的多种转速对产品的粒度和形貌的影响。

结果表明，间歇超声辅助重结晶可显著减小晶体粒度，采用频率40kHz ，每震动30min ，停5min 的超声方式，可以获得平均粒度为14μm 的CL‐20颗粒；反溶剂法控制粒径的研究中，结晶时间72h 、结晶温度30℃、三氯甲烷滴加速度为20mL·h -1、滴加量为150mL 时，可获得大粒径的CL‐20产品（平均粒度为140μm ）；采用双层分散盘制备的CL‐20晶体外形为类球形，表面光滑均匀，粒径在40~100μm 之间可控。

对比四直叶开启涡轮式和六直叶涡轮式搅拌器制备的晶体，采用双层分散盘制得的产品撞击感度和摩擦感度较低，撞击感度特性落高值和摩擦感度爆炸概率分别为23.5cm 和44%。

关键词：六硝基六氮杂异伍兹烷（CL‐20）；粒度；形貌；撞击感度；摩擦感度中图分类号：TJ55文献标志码：ADOI ：10.11943/CJEM20203131引言六硝基六氮杂异伍兹烷（CL‐20）是目前已知的能量最高的一种单质炸药，具有高密度、高能量等特点，其爆炸性能比奥克托今（HMX ）约高14%［1］，在炸药、固体推进剂、发射药等领域具有广泛的应用前景［2-5］。

六硝基六氮杂异伍兹烷维基百科，自由的百科全书跳转到：导航, 搜索六硝基六氮杂异伍兹烷2,4,6,8,10,12-hexanitro-2,4,6,8,10,12-hexaazatetracyclo[5.5.0.05,9.03,11]dodecane2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂四环[5.5.0.05,9.03,11]十二烷IUPAC名称化学式C6H6N12O12摩尔质量438.187 g/mol 外观白色结晶SMIL ES C12N(C4C(N1[N+](=O)[O-])N(C3C(N(C2N3[N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-])N4[N+](=O)[O-] )[N+](=O)[O-])[N+](=O)[O-]2,4,6,8,10,12-六硝基-2,4,6,8,10,12-六氮杂异伍兹烷，简称六硝基六氮杂异伍兹烷、HNIW，俗称CL-20，是具有笼型多环硝胺结构的一个高能量密度化合物，分子式为C6H6N12O12，为白色结晶。

它由美国的尼尔森（Nielson）博士于1987年首先制得，主要用作推进剂的组分。

[1]HNIW的氧平衡为-10.95%，最大爆速、爆压、密度等几个材料参数都优于HMX，能量输出比HMX高10-15%，自首次合成便引起了广泛关注。

它在常温常压下有四种晶型：α-、β-、γ-及ε-晶型，其中以ε-晶型的结晶密度最大，最为实用。

HNIW有两个缺点限制了其应用：1.生产成本昂贵，为工业化造成了阻碍。

可通过改进或创造出新的合成路线来解决。

2.感度较高，安全性不佳。

可通过改善结晶方式、结构及包覆钝感改善。

虽然HNIW目前没有应用于武器中，但对HNIW的性能测试、合成路线及生产的研究已初现端倪。

现在合成方法大多沿用尼尔森首次合成的线路：用苄胺与乙二醛缩合生成六苄基六氮杂异伍兹烷（HBIW），脱苄生成乙酰基或其他前体官能团取代物，接着硝解得到α-及γ-晶型，最后转晶为ε-CL-20。

亚微米六硝基六氮杂异伍兹烷的制备及其性能研究欧阳刚;郭效德;席海军;刘杰;韩华;李凤生【摘要】采用HLG-50型粉碎机,成功制备了亚微米六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20).运用激光粒度仪和扫描电子显微镜(SEM)对产品的粒度分布、颗粒大小及形貌进行了表征;采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、激光拉曼光谱(Raman)、X射线粉末衍射(XRD)仪及高效液相色谱(HPLC)仪分析了产品的晶型和纯度;使用热重(TG)和差示扫描量热(DSC)法分析其热分解特性,同时表征了产品的冲击波感度.研究结果表明:亚微米CL-20颗粒呈类球形,其平均粒径d50为210 nm,并保持着原料的ε晶型且纯度高;与原料相比,亚微米CL-20的热分解峰温度稍有提前,其冲击波感度下降了53.1％,降感效果明显,有利于CL-20的应用.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2015(036)001【总页数】6页(P64-69)【关键词】兵器科学与技术;CL-20;机械粉碎;冲击波感度;降感机理【作者】欧阳刚;郭效德;席海军;刘杰;韩华;李凤生【作者单位】南京理工大学国家特种超细粉体工程中心,江苏南京210094;南京理工大学国家特种超细粉体工程中心,江苏南京210094;辽宁庆阳特种化工有限公司,辽宁辽阳111002;南京理工大学国家特种超细粉体工程中心,江苏南京210094;辽宁庆阳特种化工有限公司,辽宁辽阳111002;南京理工大学国家特种超细粉体工程中心,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TJ55六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）与黑索今（RDX）、奥克托今（HMX）相比，能量及密度更高，是目前公认能够投入使用的能量最高的单质炸药，自20世纪80年代由美国的Nielsen［1］成功合成以来一直都是含能材料领域的研究热点。

研究发现，其在高能低特征信号推进剂、高能发射药以及高能混合炸药等领域，均具有十分诱人的应用前景。

原位红外光谱研究CL-20分子骨架内外基团的温度响应规律赵浪; 孙杰; 睢贺良; 于谦; 银颖【期刊名称】《《含能材料》》【年(卷),期】2019(027)010【总页数】8页(P845-852)【关键词】六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20); 原位红外光谱; 骨架内外基团; 温度响应规律【作者】赵浪; 孙杰; 睢贺良; 于谦; 银颖【作者单位】西南科技大学材料科学与工程学院四川绵阳 621010; 中国工程物理研究院化工材料研究所四川绵阳 621999【正文语种】中文【中图分类】TJ55; O641 引言六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）是一种具有笼状结构的多硝胺含能化合物，具有多种晶型（α，β，γ，ε）结构［1-5］，不同晶型在一定条件下可以相互转化，例如在受热条件下，稳态ε-CL-20 可以向亚稳态γ-CL-20 进行转变［6］，这种热致相变以及进一步的热分解是一个连续而复杂的过程，原位傅里叶变换红外光谱（in-situ FT-IR）是研究这一过程的有效手段，利用样品腔的原位升温环境，in-situ FT-IR 可以在分子尺度上连续地捕获材料的结构演化信息［7-10］。

例如，Sui 等［11］通过in-situ FT-IR 研究了TATB 在升温过程中基团振动光谱的变化，利用氢键相关的振动频移效应重新确定了TATB 各基团的红外吸收峰归属；刘学涌等［7］基于in-situ FT-IR 研究了HMX 在升温条件下的热分解过程，结果表明C-N 键断裂是HMX 的主要断键方式；肖和淼等［12］采用In-situ FT-IR 对ε-CL-20 的热分解过程进行了研究，结果表明从转晶至155.4 ℃温度区间内，六元环上的硝基均裂引发缓慢的裂解自氧化反应；随后五元环上的硝基均裂引发第二种自氧化反应并开始氧化骨架双键上的碳原子。

然而，由于ε-CL-20 在热分解之前要经历相变过程，对于相变过程中ε-CL-20 在分子层次上的结构变化仍然缺乏认识，同时，对于ε-CL-20 的热膨胀-热致相变-热分解全过程，其分子骨架内、外基团各自的温度响应特点乃至响应规律，目前仍缺少深入的理解。

六硝基六氮杂异伍兹烷制取1. 前言嘿，朋友们，今天咱们来聊聊一个听起来有点复杂，但其实挺有趣的化合物——六硝基六氮杂异伍兹烷。

这个名字是不是让你觉得脑袋都有点大？别担心，我们会慢慢来，把这位“化学明星”的背景故事、制备过程以及一些小窍门都给大家捋顺了。

咱们就像是在一起喝茶聊天，轻松点，别太紧张。

2. 六硝基六氮杂异伍兹烷简介2.1 什么是六硝基六氮杂异伍兹烷？首先，这个六硝基六氮杂异伍兹烷可不是一个你能在街头随便遇到的小角色。

它是一种含氮化合物，常用于军事和工业领域，主要是因为它的能量释放和爆炸特性。

想想看，这就像一颗小小的“火药蛋”，潜藏在平静的外表下，随时可能引发一场化学反应的盛宴。

2.2 它有什么用？那么，六硝基六氮杂异伍兹烷有什么用呢？其实，它被广泛应用于炸药制造、火箭推进剂等高能物质的研发。

可以说，它的价值可不一般，简直是化学界的“香饽饽”。

不过，掌握了它的制取方法可不是一件简单的事儿，这就像烘焙蛋糕，配方得对，温度得掌握好，才能做出美味的成品。

3. 制取过程3.1 原料准备话说回来，咱们得先准备一些原料。

一般来说，要制备六硝基六氮杂异伍兹烷，你得有氮气、硝酸和一些基础的有机化合物。

看着这些材料，可能你会想：“这玩意儿听起来挺复杂的。

”其实，不就是把这些东西按一定的比例混合在一起嘛，简单吧？3.2 制备步骤接下来，咱们就开始“动手”了。

首先，把氮气和硝酸按照一定比例混合，接着在控制好的温度下进行反应。

这个过程就像是给化学“调酒”，得慢慢搅拌，别急。

反应的过程中，可能会产生一些气体，别慌，做好通风就好。

等反应完毕，你就会得到一个稠稠的溶液，这可不是巧克力酱，而是六硝基六氮杂异伍兹烷的前身。

接着，进行提纯和结晶，这个步骤可有点考验耐心，得等上一段时间，才能看到结晶析出。

4. 注意事项4.1 安全第一朋友们，在进行这些实验的时候，安全是重中之重。

别小看这些化学反应，稍不留神可就麻烦了。

记得穿上实验服、戴上手套，安全眼镜也不能少，做好这些，才能安心玩转化学实验。

F 2602/GAP/CL⁃20复合纤维的静电纺丝制备及性能郭凯歌1，宋小兰1，高小慧1，寇勇1，王毅2（1.中北大学环境与安全工程学院，山西太原030051；2.中北大学材料科学与工程学院，山西太原030051）摘要：通过静电纺丝工艺制备了氟橡胶/聚叠氮缩水甘油醚/六硝基六氮杂异伍兹烷（F 2602/GAP/CL‐20）复合纤维，研究了不同溶液浓度、黏结剂含量、纺丝电压以及注射速率的影响。

采用扫描电子显微镜（SEM ）观察其微观形貌，发现在溶液质量浓度为20%、黏结剂F 2602/GAP 含量为10%、纺丝电压为14kV 、注射速率为5×10-3L·h -1时，制备的F 2602/GAP/CL‐20复合纤维呈三维网状结构，表面均匀且光滑。

采用X 射线衍射（XRD ）分析、红外光谱（IR ）分析、差示扫描量热仪（DSC ）分析以及机械感度测试分析了F 2602/GAP/CL‐20复合纤维以及原料CL‐20的性能。

静电纺丝后复合纤维中的CL‐20晶型由ε型转变成β型，且静电纺丝过程中CL‐20与F 2602/GAP 未发生化学反应。

经静电纺丝后，F 2602/GAP/CL‐20复合纤维的表观活化能（374.3kJ·mol -1）比原料CL‐20（178kJ·mol -1）提高了196.3kJ·mol -1，热稳定性得到提高。

F 2602/GAP/CL‐20复合纤维的撞击感度H 50（62.6cm ）比原料CL‐20（21.2cm ）提高了41.4cm ，摩擦感度（52%）比原料CL‐20（84%）降低了32%，降感效果显著。

关键词：氟橡胶/聚叠氮缩水甘油醚/六硝基六氮杂异伍兹烷（F 2602/GAP/CL‐20）；静电纺丝；复合材料中图分类号：TJ55文献标志码：ADOI ：10.11943/CJEM20202211引言六硝基六氮杂异伍兹烷（CL‐20）是一种具有笼型多环硝铵结构的化合物，其密度高达2.04g·cm -3，同时也是目前公认的能够投入使用的能量最高的单质炸药［1-2］。