Enerjik malzemelerden RDX`in ve yeni türevlerinin duyarsızlık ve patlayıcı performans analizleri

Abstract

Enerjik malzemeler için `duyarsızlık` kavramı gerek taşıma ve saklama kolaylığı ve gerekse güvenlik açısından oldukça önemlidir. Bu tez çalışmasında, literatürde özellikleri iyi bilinen ve ikincil patlayıcı olarak yaygın olarak kullanılan RDX (1,3,5-Trinitroperhidro-1,3,5-triazin) enerjik malzemesi, RDX halkasındaki azot ve karbon atomlarına değişik şekillerde amin grubu (‒NH2) takılarak ve türevlendirilerek, daha duyarsız hale getirilmeye çalışılmıştır. Çalışmalar hesaplamalı (computational) olarak Gaussian 09 programı ile gerçekleştirilmiş olup, hesap yöntemi olarak DFT UB3LYP/6-31+G(d,p) seçilmiştir. RDX halkasındaki bir azot atomunun aminlenmesiyle RDX1, iki azot atomunun aminlenmesiyle RDX2, üç azot atomunun aminlenmesiyle RDX3 türevleri elde edilmiştir. Benzer şekilde halkadaki bir karbon atomunun aminlenmesi RDX4'ü, iki karbon atomunun aminlenmesi RDX5'i, üç karbon atomunun aminlenmesi ise RDX6'yı oluşturmuştur. RDX1-6 arası türevlerin duyarsızlıkları bağ ayrışma enerjileri hesaplanarak, patlayıcı performansları temelde kristal yoğunlukları ve standart molar oluşum entalpileri hesaplanarak ve bu değerleri Kamlet-Jacobs eşitliklerinde yerine koyarak, % patlayıcı güç indeksi değerleri ise patlama sonrası açığa çıkan ısıl değerler ve gram patlayıcı başına düşen üretilen gaz hacimleri hesaplanarak bulunmuştur.Bu hesaplamalar neticesinde, duyarsızlık anlamında, RDX3 enerjik malzemesi RDX'e göre en avantajlı türev olarak seçilmiştir. Bunun yanında, bu malzemenin patlayıcı performansında ve % güç indeksi değerinde, RDX'e göre düşüş gözlemlenmiştir.

The term `insensitivity` is very important in energetic materials science in terms of both easy storage, transportation, handling and safety. In this thesis study, a well-known and widely used secondary explosive RDX (1,3,5-Trinitroperhidro-1,3,5-triazin) was tried to be insensitized by means of amination of nitrogen and carbon atoms of RDX ring and as a result different derivatives of RDX were designed. The computational calculations were performed using DFT UB3LYP/6-31+G(d,p) theoretical level of Gaussion 09 software.RDX1 was obtained via amination of one nitrogen atom of RDX ring while RDX2 and RDX3 were obtained via amination of that of two and three nitrogen atoms, respectively. Similarly RDX4 was obtained via amination of one carbon atom of RDX while two and three carbon atom aminations of RDX produced RDX5 and RDX6, respectively. The insensitivities of RDX1-6 derivatives were calculated by using the bond dissociation energy approach widely used in energetic materials. The detonation performances of these derivatives were obtained by calculations of crystal densities and standard heat of formations and using them in Kamlet-Jacobs equations. The heat of detonations and the volume of produced gases per gram of explosives were calculated for obtaining power index % values. As a result, RDX3 energetic material was choosen as the most insensitive material among all derivatives and RDX. However, the detonation performances and the power index % of this material was found to be lower than RDX.