فهرست مطالب

مجله تحقیق و توسعه مواد پرانرژی
سال شانزدهم شماره 2 (پیاپی 36، پاییز و زمستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1401/11/09
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مرتضی رضوی*، علیرضا زارعی صفحات 1-10

    دترنت ها موادی هستند که به منظور کنترل نرخ سوزش اولیه پیشرانه تفنگی و جلوگیری از رسیدن به فشارهای بالا در اوایل چرخه بالستیک داخلی سلاح ، بر سطح گرین های پیشرانه اعمال می شوند. با این حال دترنت های مرسوم از یک سو غالبا سمی و سرطان زا بوده که آن ها را جزو مواد شیمیایی خطرناک قرار می دهد و از سوی دیگر فاقد انرژی بوده که انرژی شیمیایی کلی پیشرانه را کاهش داده و موجب افت عملکرد نهایی پیشرانه می گردند. اصلاح فرمولاسیون پیشرانه از طریق جایگزینی دترنت های مرسوم می تواند تاثیر قابل توجهی بر سمیت و خوردگی محصولات احتراق پیشرانه، نرخ آزادسازی انرژی و تمیزی سوزش آن داشته باشد. استفاده از مواد پرانرژی غنی از نیتروژن با نرخ سوزش پایین به عنوان دترنت های نوین می تواند موجب بهبود خواص سوزشی پیشرانه بدون کاهش محتوای انرژی آن گردد.

    کلیدواژگان: پیشرانه تفنگی، دترنت، کنترل نرخ سوزش اولیه، محتوای انرژی
  • منوچهر فتح اللهی*، محمدجواد حسینی، محمد دهقانی صفحات 11-26

    مطالعه نقاط داغ به‌عنوان عامل آغازش تصادفی یا غیر تصادفی در واکنش‌های مواد پرانرژی به‌منظور افزایش ایمنی کار و انبارداری این مواد از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. نقاط داغ با تبدیل انواع مختلف نیروهای مکانیکی، اصطکاک، حرارتی و... به شکل گرما، سبب بالا رفتن تصاعدی دما حدود 700 کلوین در زمان 3- 10 تا 5- 10 ثانیه در آن نقطه می‌گردد، اگر این دما بالاتر از آستانه انرژی مورد نیاز برای آغازش مواد پرانرژی باشد موجب شروع واکنش‌های سوختن و یا انفجار در آن نقطه می‌شود و سپس ممکن است توده ماده پرانرژی دچار آغازش شود. مکانیزم‌های ده‌گانه تشکیل نقاط داغ (مانند ضربه، برش آدیاباتیک، گرمایش گاز جذب‌شده، انواع جرقه و...) شناخته ‌شده‌اند. نوع مکانیزم دخیل در ایجاد نقطه داغ به نوع انرژی فرودی، ماهیت و اجزاء مخلوط، خواص فیزیکی مواد سازنده و همچنین شرایط محیطی ماده بستگی دارد که بسته به شرایط ممکن است به‌طور هم‌زمان یکی یا چند مکانیزم عمل مشارکت داشته باشند و تاثیر هر مکانیزم نیز در شرایط مختلف متفاوت است.

    کلیدواژگان: نقاط داغ، ضربه، شوک، ریزساختار، اصطکاک، تریبولومینسانس
  • مهدی نوروزی*، زهرا حسنی، سید علیرضا رضوان لیلان صفحات 27-36

    ترکیبات نیتریدی از جمله ترکیبات مهم و پرکاربرد در زندگی بشر به حساب می‌آیند. پایداری بالای شیمیایی، حرارتی و مکانیکی ترکیبات نیترید ناشی از اثر متقابل دو عامل یعنی پیوندهای بسیار محکم بین عناصر و وجود ساختارهای کووالانسی کاملا متقاطع است. تری فسفرو پنتا نیترید (P3N5) یک ترکیب نیتریدی مهم می‌باشد. از P3N5 سه ساختار آلفا، گاما و دلتا شناخته‌شده است که به ترتیب در فشارهای پایین تا بالا سنتز می‌شوند ولی بیشترین ساختار شناخته‌شده و مورد استفاده، آلفا تری فسفرو پنتا نیترید (α- P3N5) است. روش‌های سنتز P3N5 به‌طورکلی شامل آمونولیز ساده، تراکم حرارتی، تکنیک های رسوب بخار حرارتی، پلاسما و فتوشیمیایی است. P3N5 درزمینه های مختلف نظامی، الکترونیکی و مواد پیروتکنیک کاربرد دارد. در این مقاله؛ ابتدا یک معرفی از ترکیب P3N5 ارایه می گردد و در ادامه خواص فیزیکی – شیمیایی، داده‌های ترمودینامیکی، روش‌های سنتز و کاربردهای مهم P3N5 ارایه می‌شود.

    کلیدواژگان: تری فسفرو پنتا نیترید P3N5، معرفی، خواص، روش های سنتز و کاربردها
  • علیرضا زارعی*، رضا فلاح زاده ابرقوئی، غلامرضا کوزه گری صفحات 37-44

    ترک عبارت است از شکسته شدن پیوندها در قسمتی از پلیمر پیشرانه در اثر تنش‌های موجود که باعث تغییر ساختار پلیمر پیشرانه می‌شود و به دو دسته کلی درشت ترک و ریزترک طبقه بندی می شوند. طول عمر موتورهای موشکی عمدتا تابعی از خصوصیات مکانیکی پیشرانه‌های جامد موشکی، خصوصیات پیری پیشرانه‌های موشکی، طراحی دانه و شرایط محیطی است که در حین استفاده از آن در عملیات متحمل می‌شود. خصوصیات مکانیکی پیشرانه‌های جامد موشکی برای عملکرد خوب موتورهای موشکی بسیار مهم است. افزایش سطح سوختن دانه‌های پیشرانه به دلیل وجود ترک‌ها و حفره‌های نامطلوب می‌تواند باعث عملکرد نامناسب آن شود. در این مقاله مروری بر دلایل ایجاد ترک ناشی از تنش گرمایی، خستگی مکانیکی، رطوبت، دما، خوردگی، نور و همچنین روش‌های شناسایی ترک مانند رادیوگرافی، امواج مکانیکی، میکروسکوپی و امواج فروسرخ، بررسی‌شده است.

    کلیدواژگان: ترک، ریزترک، پلیمر، پلیمرهای پرانرژی، پیشرانه، شکستگی
  • امیررضا احدزاده، مرتضی غفوری* صفحات 45-52

    نوع عامل حساس‌کننده مورد استفاده در مواد منفجره تجاری یکی از عوامل مهم در تعیین قیمت تمام‌شده تولید و همچنین مشخصات ایمنی، عملکردی، طول عمر و کاربردی ماده منفجره تجاری است. در این مقاله عوامل حساس‌کننده مختلف که در حال حاظر مورد استفاده قرار می‌گیرند از جمله پودر آلومینیوم، مونومتیل آمونیوم نیترات، گازدهی شیمیایی، میکروبالون و گرانول‌های متخلخل آمونیوم نیترات مورد بررسی قرار گرفته‌اند. در گذشته از مواد منفجره مولکولی همچون نیتروسلولز و TNT به منظور حساس‌کردن مواد منفجره تجاری استفاده می‌شد. با هدف کاهش مشکلات و مخاطرات تولید، حمل و نقل و کاربری به مرور روش‌های نوین جایگزین مواد خود-منفجرشونده شدند. استفاده از پودر آلومینیوم یا آمین نیترات‌های آلی در ترکیب با منابع حباب‌های هوای میکرونی همچون میکروبالون‌ها، گازدهی شیمیایی و مواد متخلخل موجب آزادسازی کامل ظرفیت پرانرژی مواد منفجره تجاری همراه با افزایش عملکرد، تعدیل هزینه تولید و افزایش بازدهی عملیات انفجار شده است. استایروفوم، پرلیت و برخی دیگر از مواد متخلخل نیز آزمایش شده‌اند اما به علت برخی مشکلات، استفاده عملیاتی ندارند. عوامل حساس‌کننده بهینه موجب حفظ مزیت حساسیت نسبی کم کاربری مواد منفجره تجاری و در عین حال آغازش مطلوب این ترکیبات با استفاده از آغازگرهای مناسب در عملیات انفجار می‌شود. بنابراین نیاز به ترکیبات با کلاس خطر بالاتر برای آغازش مواد منفجره تجاری برطرف شده و هزینه تولید کاهش می‌یابد.

    کلیدواژگان: آنفو، سدیم نیتریت، مواد منفجره تجاری، امولایت، واترژل، اسلاری، پودر پرک آلومینیوم، متیل آمونیوم نیترات، حساس کننده، گازدهی شیمیایی، آمونیوم نیترات
  • محمدعلی ذرعی*، مریم الهام، مینو صدری صفحات 53-62

    امروزه نیاز به مواد پرانرژی با پایداری حرارتی بالا در صنایع نظامی و غیر نظامی مختلفی احساس می‌شود. ترکیبات پایه ملامینی با دارا بودن ویژگی‌های متنوعی از جمله ساختاری غنی از نیتروژن به همراه پیوندهای هیدروژنی درون و بین مولکولی توجه محققان این حوزه را از سال‌ها پیش به خود جلب کرده است. به کارگیری ساختار ملامینی و نمک‌های آن در فرمولاسیون پیشرانه‌های جامد کامپوزیتی در نقش‌های مختلف، سبب بهبود خواص عملکردی آن‌ها می‌گردد. به علاوه اخیرا با سنتز چند نمونه نمک پرانرژی بر مبنای مولکول ملامین دی اکسید، گامی موثر در جهت توسعه‌ی نسل نوین مواد پرانرژی برداشته شد؛ این نمک‌های نوین به صورت ساختارهایی با سوخت و اکسیدکننده درون مولکولی بوده‌ و بررسی‌ها نشان داده که سه نمک تک آنیونی MDOP، MDOMN و MDONA با دارا بودن نرخ انفجار بین 8711 تا 9085 متر بر ثانیه، با ترکیب رایج RDX قابل مقایسه می‌باشند و این در حالی است که حساسیت به ضربه (J 23-27 IS:) و اصطکاک (J 240< FS:) در این نمک‌ها نسبت به RDX، HMX و AP بسیار کمتر است.

    کلیدواژگان: ملامین، پایداری حرارتی بالا، ساختارهای پرانرژی غیر حساس، مواد پرانرژی درون مولکولی، مواد غنی از نیتروژن
|
  • S. M. Razavi*, A. Zarei Pages 1-10

    Deterrents are materials that use in gun propellant formulations as controlling initial burning rate and to prevent of high chamber pressures in the interior ballistic. However, traditional deterrents are highly toxic and suspected carcinogen which makes them chemicals of concern that are non-energetic inert compound and reduce total chemical energy of propellant and reduce final performance of it. Modifying a propellant formulation via replacement current deterrent, can have a marked effect on the toxicity and corrosiveness of the combustion products, the rate of energy release and the cleanness of burning. Using of nitrogen rich energetic materials with low burning rate as new deterrents can improve burning properties of propellant without reduce total energy content.

    Keywords: Gun Propellant, Deterrent, Controlling Initial Burning Rate, Energy Content
  • M. Fatolahi*, S. M. J. Hosseini, M. Dehghani Pages 11-26

    The Study of Hot Spots as a Cause of Circumstantial Initiation in Energetic Materials in order to Increase Work and Storage Safety of these Materials is of Special Importance. Hot Spots, by Converting Different Types of Force like Mechanical Forces, Friction, Heat, and electro static discharge into Heat, Cause the Temperature to Rise Exponentially by about 700 Kelvin in 10-3 to 10-5 Seconds at that Point. If This Temperature Higher than Energy Threshold Required for the Initiation of Energetic Materials, it will Operate Combustion or Explosion Reactions at that Point, and then the Bulk of Energetic Materials may Initiate. Several different Mechanisms for the Formation of Hot Spots (such as Impact, Adiabatic Cutting, Adsorbed Gas Heating, Sparks, etc.) Are Investigated. The Type of Mechanism Involved in Creating the Hot Spot Depends on the Type of Energy Entering, the Nature and Components of the Mixture, the Physical Properties of the Material as well as the Environmental Conditions. Depending on the Conditions, one or more Mechanisms at the same Time may be Involved, and the Effect of each Mechanism is Different in Various Situations.

    Keywords: Hot spots, Impact, Shock, Microstructure, Friction, Triboluminescence, Energitic Material
  • M. Norouzi*, Z. Hassani, S. A. Rezvan Leylan Pages 27-36

    Nitride compounds are among the most important and widely used compounds in life. The high chemical, thermal and mechanical stability of nitride compounds is due to the interaction of two factors, such as very strong bonds between the elements and the existence of completely covalent structures. Triphosphorus pentanitride (P3N5) is an important nitride compound. Three structures of alpha, gamma and delta are known from Triphosphorus pentanitride, which are synthesized at low to high pressures, respectively, but the most well-known and used structure is alpha triphosphorous pentanitride. P3N5 synthesis methods generally include ammonolysis, thermal compaction, thermal vapor deposition, plasma and photochemical techniques. P3N5 is used in various military, electronic, and construction fields. In this article, first an introduction of P3N5 compound is presented and then physicochemical properties, thermodynamic data, synthesis methods and important applications of P3N5 is provided.

    Keywords: Triphosphorus Pentaenitride (P3N5), Properties, Synthesis Methods, Applications
  • R. Fallahzadeh Abarghouei, A. R. Zarei*, Gh. R. Kozehgari Pages 37-44

    Cracking is the breaking of bonds in a part of the propellant polymer due to the existing stresses that change the structure of the propellant polymer and they are classified into two general categories: macrocrack and microcrack. The service life of rocket engines is largely a function of the mechanical properties of the solid rocket propellant, the aging characteristics of the rocket propulsion, the grain design, and the environmental conditions that it undergoes during operation. The mechanical properties of solid rocket propellants are critical to the good performance of rocket engines. Increased combustion of propellant grains due to the presence of undesirable cracks and cavities can cause improper performance. This article reviews the causes of cracks due to heat stress, mechanical fatigue, humidity, temperature, corrosion, light, as well as crack detection methods such as radiography, mechanical waves, microscopy and infrared waves

    Keywords: Cracks, Microcracks, Polymers, Energetic Polymers, Propellant, Composite Solid Propellants, Fractures
  • A. R. Ahadzadeh, M. Ghafoori Pages 45-52

    Successful detonation of commercial explosives due to the low sensitivity of these compounds requires the use of sensitizing agents in the formulation. The sensitizer improves the initiation, velocity of detonation and performance of the explosive by improving the propagation of the shock wave caused by the detonation reaction. The type of sensitizer used in commercial explosives is one of the important factors in determining the cost of production as well as the safety, performance, shelf-life and application characteristics of commercial explosives. In this paper, various sensitizing agents that are currently used, including aluminum powder, monomethyl ammonium nitrate, chemical gassing, microballoons and porous ammonium nitrate prills, have been investigated. In the past, molecular explosives such as nitrocellulose and TNT were used to sensitize commercial explosives. In order to reduce the problems and risks of production, transportation and use, self-explosive materials were gradually replaced by new methods. The use of aluminum powder or organic nitrate amines in combination with micrometer air bubble sources such as microballoons, chemical gassing and porous materials completely release the high-energy capacity of commercial explosives along with increasing performance, adjusting production costs and increasing efficiency of blasting operations. Styrofoam, perlite and some other porous materials have also been tested but are not operational due to some problems. Optimal sensitizing agents maintain the advantage of relatively low sensitivity of commercial explosives and at the same time the desired initiation of these compounds by using suitable primers in blasting operation. Thus, the need for higher hazard class compounds for initiation of commercial explosives is eliminated and the cost of production is reduced.

    Keywords: ANFO, Sodium Nitrite, Commercial Explosives, Emulite, Water-gel, Slurry, Aluminum Flake Powder, Monomethyl Ammonium Nitrate, Sensitizer, Chemical Gassing, Ammonium Nitrate
  • M. A. Zarei*, M. Elham, M. Sadri Pages 53-62

    Today, the need for high-energetic materials with high thermal stability is felt in various military and civilian industries. Melamine-based compounds have attracted the attention of researchers in this field since many years ago, with various characteristics, including a nitrogen-rich structure with intra- and intermolecular hydrogen bonds.The use of melamine structure and its salts in the formulation of solid composite propellants in different roles improves their functional properties. In addition, recently, the synthesis of several high-energetic salt based on the melamine dioxide molecule was an effective step towards the development of a new generation of high-energetic materials; These new salts are in the form of structures with intramolecular fuel and oxidizer; and the investigations show that three monoanionic salts (MDOP, MDOMN and MDONA) with having detonation velocities in the range of 8711-9085 (m.s -1 ) are comparable to the conventional compound RDX, while the sensitivies to impact (IS: 23-27 J) and friction (FS: >240 J) in these salts are much lower than RDX, HMX and AP.

    Keywords: Melamine, Thermal Stability, Insensitive Energetic Backbones, Intramolecular Assembly Energetic Materials, Rich Nitrogen Materials