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TATB基高聚物粘结炸药(PBX)配方设计的分子水平研究

谷成刚  
【摘要】:分子化学向材料化学发展是大势所趋。研究复合材料组分分子间相互作用已成为倍受化学家和材料学家关注的领域。本论文主要基于理论计算,研究TATB为基的高聚物粘结炸药(PBX)中的分子间相互作用,亦即从超分子结构和分子水平上解释组分间界面作用,目的是为TATB基PBX配方设计提供丰富数据和理论指导。 借助量子化学半经验MO方法和计算化学MM方法,对TATB/高聚物超分子体系分子间相互作用进行模拟计算。MO方法主要包括AM1、PM3和MNDO等,而MM则基于PCFF和COMPASS二种力场。不同方法或力场的计算结合能可相互比较、共同求证。本论文细致总结了建立计算模型的过程和重要性。MO法计算气相超分子体系只能取有限模型,为了简易直观和便于比较,MM和MO一律采用原子簇模型;从计算实践中总结出“尺寸匹配原则”,以达到消除端基影响和避免模拟偏离实际的目的。TATB/高聚物的相互作用能与链级数n的变化关系证明了遵循此原则的必要性。 考察TATB与各高聚物的作用方式,借助化学直觉,细致优化各种可能的作用构型,并反复比较各稳定构型以确定能反映子体系作用特点且能量相对最小的构型;对于系列TATB/高聚物相互作用能的比较,有了相对意义的结果即能满足要求。相关共聚物与TATB的结合能以“单体或组分加和法则”求得,相对于结构相似的高聚物而言,这些结果是可信的。 通过3种MO方法、2种MM力场计算结合能间的线性相关分析,求得MO与COMPASS的相关性优于与PCFF的相关性。当合理摒弃个别如TATB/PVA和TATB/PVB的结合能时,MO与COMPASS计算结果的线性相关系数(R)达到0.96以上。通过综合比较三种MO方法(AM1、PM3、MNDO)和COMPASS计算TATB与系列高聚物的结合能,按结合能相对大小进行排序,发现PVB(或PVA)、PAN、PVDF、Nylon系列以及F2311、F2603等均与TATB有较大的结合能,这就为选择品优粘结剂设计PBX奠定了基础。


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