于志宏，饶文军，宋小兰，寇 勇，王 毅，安崇伟
（1. 中北大学环境与安全工程学院， 山西 太原 030051；
2. 江西新余国科科技股份有限公司， 江西 新余 338034；
3. 南京理工大学化学与化工学院， 江苏 南京 210094；
4. 中北大学材料科学与工程学院， 山西 太原 030051）
熔铸炸药具有工艺简单、生产成本低等优点，是目前应用最广泛的混合炸药。以TNT 为载体的熔铸炸药曾占军用混合炸药的90%以上［1］。由于以TNT 作为熔铸载体的传统不敏感熔铸炸药存在有毒、安全性能差、爆轰性能不理想以及装药存在易渗油、发脆、有缩孔等问题已不能满足现代不敏感弹药（IM）的要求［2-6］。因此，寻找替代TNT 的液相熔铸载体的问题亟需解决。含能低共熔物是TNT 替代物研究的方向之一，由于其可调节熔铸炸药的熔铸温度和能量水平，在熔铸炸药应用方面具有广阔前景。
2，4，6-三硝基-3-溴苯甲醚（TNBA）是一种能量性能优良的载体炸药，密度为1.948 g·cm-3，爆速为6571 m·s-1，爆压为23.98 GPa，蒸汽压远比TNT 低［7］，在生产应用过程中其毒性要远小于TNT。由于TNBA比TNT 钝感且能量水平高于DNAN（2，4-二硝基苯甲醚），生产成本相对较低、绿色环保，被美国BAE systems 公司列入GrIMEx 项目和IRAD 项目，成为替代TNT 的 熔铸炸药 载体之一［8］。2018 年美 国霍尔 斯顿陆军弹药厂（HSAAP）对外报道了TNBA 基熔铸炸药的评估结果［9］，结果表明TNBA 基熔铸炸药比现有的DNAN 基IM 炸药（IMX-104/PAX-48）性能更优。刘巧娥［10］对TNBA 的合成方法和结构进行研究，并对TNBA 基熔铸炸药的爆轰性能进行预估，发现TNBA可经过一步硝化得到，纯度和产率均达到95%以上，TNBA 基熔铸炸药的能量水平可与TNT 基熔铸炸药相当。由于炸药铸装和成型工艺要求单质炸药的连续相熔点在80～90 ℃为佳［11］，而TNBA 熔点为97 ℃不能很好满足上述要求，而将TNBA 制备成含能低共熔物是解决此问题的有效方法。1，3，3-三硝基氮杂环丁烷（TNAZ）是一种性能优越的四元氮杂环结构的含能化合物，它的熔点为101～103 ℃，热稳定性良好，可与多种含能材料形成低共熔物，相容性良好［12-13］。寇勇等［5］将TNAZ 与DNAN 制备成最低共熔物，发现二者在形成最低共熔物时熔点降低，具有最佳的机械感度和爆轰性能。Song［14］等将TNAZ 与1-甲基-3，4，5-三硝基吡唑（MTNP）制备成最低共熔物，发现TNAZ 可一定程度上提高MTNP 的爆轰性能。将TNAZ 与TNBA制备成最低共熔物可有效降低载体炸药的熔点，提高铸装可行性，并且TNAZ 可提高TNBA 的能量性能，使TNBA/TNAZ 最低共熔物满足高能钝感的要求。
静电喷雾方法［15-17］是通过库仑力作用，将溶液分散成带电荷的像雾一样的小液滴，小液滴与空气接触时，溶剂挥发，获得高过饱和度可缩短晶体生长过程，有利于形成超细晶体微粒。电荷间同性相斥提高了雾滴分布均匀性，保证了晶体微粒的粒度分布均匀性。传统的制备含能低共熔物的熔融法［18］需将载体炸药加热，存在安全隐患。通过静电喷雾技术制备的含能低共熔物过程可避免加热过程而且制备的含能微粒粒径更均匀。本研究为探究TNBA/TNAZ 最低共熔物的相关性质，采用静电喷雾方法制备了质量比为1∶0、9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6、3∶7、2∶8、1∶9、0∶1 的TNBA/TNAZ 低共熔物，根据低共熔物的DSC 曲线绘制了T-X相图与H-X相图，确定了TNBA/TNAZ 最低共熔物的质量比，并采用扫描电镜（SEM）、能量色散光谱（EDS）、X 射线粉末衍射（XRD）、红外光谱（IR）、X 射线光电子能谱（XPS）、DSC、热重-质谱联用（TG-MS）、炸药试验方法［19］和理论计算等方法对最低共熔物的形貌、组分、结构、热分解性能、机械感度、热感度以及爆轰性能进行研究。
1.1 试剂与仪器
TNBA（纯度98%），实验室自制；
TNAZ（纯度98%），西安近代化学研究所；
丙酮，市售分析纯；
甲醇，市售色谱纯；
市售去离子水。
差示扫描量热仪（DSC），DSC-60，日本岛津公司；
扫描电子显微镜（SEM），捷克TESCAN MIRA LMS，泰思肯（中国）有限公司；
能量色散光谱仪（EDS），Xplore，英国牛津仪器公司；
高效液相色谱仪，U3000，赛默飞世尔科技公司；
X 射线衍射仪（XRD），Empyrean，荷兰帕纳科公司；
红外光谱仪（IR），Nicolet iS20，赛默飞世尔科技公司；
X 射线光电子能谱仪（XPS），ESCALAB 250Ⅺ，赛默飞世尔科技公司；
热重-质谱联用仪（TG-MS），STA 499 F3-QMS 403 C，德国耐驰仪器公司；
爆发点测试仪，ETT-V-2，四川致研科技有限公司；
撞击感度仪，WL-1，陕西应用物理化学研究所；
摩擦感度仪，WM-1，陕西应用物理化学研究所。
1.2 TNBA/TNAZ 低共熔物的制备
按照质量比0∶1、1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1、1∶0 称取11 组TNBA 与TNAZ 的 混 合物，每组总质量2 g，分别命名为1#～11#。用研钵混合均匀后分别溶解在丙酮（10.15 mL）溶剂中形成质量分数为20%的溶液。在电压14 kV、接收距离12 cm、进样速率5 mL·h-1、喷头内径0.58 mm 的条件下进行静电喷雾实验，干燥后得到11 组TNBA/TNAZ 低共熔物。采用差示扫描量热法（DSC）对11 组TNBA/TNAZ低共熔物进行测试，根据测试结果绘制T-X相图与H-X相图，通过相图计算得出TNBA/TNAZ 最低共熔物的质量比，依据此质量比进行最低共熔物的静电喷雾制备。图1 为制备过程示意图。
图 1 静电喷雾过程示意图Fig.1 Schematic diagram of electrostatic spray method
1.3 性能测试
采用扫描电镜（SEM）和能量色散光谱（EDS）对TNBA/TNAZ 最低共熔物的形貌和元素分布进行表征；
采用高效液相色谱（HPLC）分析最低共熔物的组分含量，色谱柱：Hypersil Gold C18（250 mm×4.6 mm，5 μm），柱温：30 ℃，进样量：10 μL，流速：1 mL·min-1，紫外检测器：波长230 nm，流动相：甲醇/水=1/1（V/V）；
采用X 射线粉末衍射（XRD）分析了最低共熔物的元素和结构，扫描角度为5～90°，扫描速度为5 °·min-1；
采用X 射线光电子能谱（XPS）以及红外光谱（IR）对最低共熔物的结构进行分析；
采用差示扫描量热法（DSC）对最低共熔物的热分解性能进行分析，样品为5 mg，升温速率为5、10、15、20 K·min-1；
采用热重质谱法（TG-MS）对最低共熔物的热分解性能进行分析，样品为5 mg，升温 速 率 为10 K·min-1；
按 照 标 准GJB722A-97［19］对TNBA、TNAZ 及TNBA/TNAZ 最低共熔物的热感度、撞击感度及摩擦感度进行测试，撞击感度选用5 kg 落锤，摩擦感度摆角为90°，表压为3.92 MPa；
采用EXPLO-5［20］软件对最低共熔物的爆轰性能及爆轰产物进行理论计算。
2.1 TNBA/TNAZ 二元体系相图
对不同质量比的TNBA/TNAZ 共熔物进行DSC 测试，升温速率为10 K·min-1，样品质量为5 mg。测试结果如图2 所示，特征数据列于表1。
图 2 不同质量比TNBA/TNAZ 体系的DSC 曲线Fig.2 DSC curves of TNBA/TNAZ mixed systems with different mass ratios
对比不同质量比的TNBA/TNAZ 共熔物的DSC 曲线发现：纯物质所具有的单一吸收峰是其熔化峰，混合物具有2 组吸收峰，其次吸收峰逐渐在组份质量比6∶4 时合并成单独吸收峰。在2 个吸收峰中，低温处吸收峰为低共熔物的熔化峰，高温处吸收峰为剩余组分的液化峰。由表1 知，TNBA/TNAZ 共熔物的低共熔温度在347.3～349.8 K 之间变化，平均低共熔温度为348.6 K；
TNBA/TNAZ 共熔物的熔融焓随着组分TNBA 的增加呈先增大后减小的趋势，在质量比6∶4时具有最大值。
表1 不同质量比TNBA/TNAZ 体系的DSC 曲线特征参数Table 1 DSC characteristic parameters of TNBA/TNAZ mixed systems with different mass ratios
TNBA/TNAZ 二元体系的液化温度与组分含量的关系如式（1）所示［21-23］：
其中，Xi是组分i的摩尔分数，%；
Ti0纯组分i的熔点，K；
Ti是组分i在二元体系中的液化温度，K；
ΔHij为组分i在另一组分j存在下的熔融焓，J·mol-1；
R 是摩尔气体常数。
根据不同组成的液化温度（TL）建立二元T-X相图，如图3a 所示，同时按照式（1）对液化温度作lnX～1/T的线性回归，其中以TNAZ 回归得到的关系式为：
图3 TNBA/TNAZ 二元体系的T-X 及H-X 相图Fig.3 T-X and H-X phase diagrams of TNBA/TNAZ binary system
按式（2）计算不同组成时的液化温度（TL"）列于表1。当式中TL取表1 中体系的平均低共熔温度348.6 K 时，二元体系最低共熔物中TNAZ 的摩尔分数为50.5%，最低共熔物TNBA/TNAZ 的质量比为62.2∶37.8。
二元低共熔物的熔融焓（ΔH，J·mol-1）可以由（3）式表示［17-19］：
当ΔH1=ΔH2时，TNBA 的摩尔分数为46.9%，当ΔH1=ΔH3时，TNBA 的摩尔分数为46.6%，当ΔH2=ΔH3时，TNBA 的摩尔分数为47.3%，则通过式（4）～（6）计算可以得到二元体系最低共熔物中TNBA 的摩尔分数为46.9%，最低共熔物TNBA/TNAZ 的质量比为59.7∶40.3。通过对H-X相图和T-X相图的比较，2种方法的计算结果差异不大，具有较好的一致性。因此最低共熔物的质量比是2 种方法计算结果的算数平均值，即TNBA 与TNAZ 质量比为60.95∶39.05。
按照TNBA 与TNAZ 质量比60.95∶39.05 制备得到TNBA/TNAZ 的最低共熔物样品。采用DSC 方法分析样品在不同升温速率下的热分解性能，并运用式（7）～（11）计算最低共熔物的热分解动力学参数，结果列于表2。
表2 最低共熔物（TNBA 与TNAZ 质量比为60.95∶39.05）热分解动力学参数Table 2 Kinetic parameters of thermal decomposition of lowest eutectic mixture of TNBA and TNAZ with mass ratio of 60.95∶39.05
式中，β为升温速率，K·min-1；
TP为升温速率β时的热分解峰温，K；
R 为摩尔气体常数；
kB为玻尔兹曼常量，1.38065×10-23J·K-1；
h为普朗克常量，6.62618×10-34J·s-1。
图4a 中DSC 结果显示：最低共熔物样品在升温速 率5，10，15，20 K·min-1下 的 熔 化 峰 温 分 别 为348.0，349.3，350.0，353.4 K，分 解 峰 温 分 别 为498.6，518.9，530.5，541.8 K。样品的熔化峰温仅有1 个，说明按照质量比60.95∶39.05 形成了最低共熔物。最低共熔物的熔化峰温和分解峰温都随着升温速率增加而升高，平均熔化温度为350.18 K，平均分解温度为522.45 K。最低共熔物的熔点相比于原料TNBA、TNAZ 分别低22.72 K 和24.82 K，能满足铸装温度要求。按照公式（7）做ln（β/Tp2）与1/Tp线性回归，通过图4b 中拟合曲线及公式（8）可计算得出指前因子（AK）和活化能（EK）。
图4 最低共熔物（TNBA 与TNAZ 质量比为60.95∶39.05）的热分析曲线Fig.4 Thermal analysis curves of lowest eutectic mixture of TNBA and TNAZ with mass ratio of 60.95∶39.05
表2 中热分解动力学参数表明：每摩尔最低共熔物反应完全需吸收60.10 kJ 的能量；
热分解反应不是自发过程，需吸收135.21 kJ 能量；
体系反应完全时自由度减小。
2.2 最低共熔物的形貌及组分分析
为了解最低共熔物的微观形貌和元素分布，使用扫描电镜及能谱仪对最低共熔物进行微观形貌拍摄和C、N、O、Br 元素的元素能量分布面扫描，结果如图5所示。通过图5a、5b 可看出最低共熔物的晶体表面较为平整，没有明显缩孔、缝隙等缺陷。根据热点理论［24］，非均质炸药在热作用下起爆是由于在外力作用下，炸药内部不均匀受热，在内部空穴、间隙、裂纹尖端等位置形成“热点”。“热点”处会积聚能量成为点火点，从而引发炸药爆燃或爆轰。最低共熔物的晶体表面无尖锐棱角不易形成热点，不易积聚能量，有助于感度降低。图5c～5i 为最低共熔物的EDS 图，从图5d～5h 可看出，最低共熔物所含的C、O、N、Br 元素均匀分布在晶体表面。图5i 为所含元素的能谱峰。由于仪器只能分析原子序数大于5 的元素，所以图5i 中没有氢元素能谱峰。图5c～i 说明通过静电喷雾制备的最低共熔物中没有混入杂质，且TNBA 与TNAZ 形成了组分混合均匀的共熔混合物。
图5 最低共熔物（TNBA 与TNAZ 质量比为60.95∶39.05）SEM 和EDS 图谱Fig.5 SEM and EDS images of lowest eutectic mixture of TNBA and TNAZ with mass ratio of 60.95∶39.05
为了解静电喷雾前后最低共熔物样品组分的相对含量情况，对最低共熔物进行高效液相色谱（HPLC）分析，结果如图6 所示。最低共熔物在保留时间5.067 min 时出现第一组色谱峰，峰面积为378.19 mAU·min；
19.685 min 时色谱峰面积为583.05 mAU·min，2 种组分分离效果良好。王丽等［25］对含有TNAZ 的混合炸药做HPLC 分析，流动相为甲醇∶水=3∶7（V/V），结果表明TNAZ 在保留时间7 min 左右时出现色谱峰。由于提高流动相中甲醇的比例，会导致出峰时间提前。因此，图6 中在保留时间5.067 min 时出现的色谱峰为组分TNAZ 的色谱峰，保留时间为19.685 min 时的色谱峰为组分TNBA 的色谱峰。两峰峰面积比值（TNBA：TNAZ=60.65∶39.35）较最低共熔物质量比（TNBA：TNAZ=60.95∶39.05）偏差不大，可认为静电喷雾过程不会改变最低共熔物组分的相对含量。
图6 最低 共 熔物（TNBA 与TNAZ 质 量 比为60.95∶39.05）HPLC 谱图Fig.6 HPLC spectra of lowest eutectic mixture of TNBA and TNAZ with mass ratio of 60.95∶39.05
2.3 最低共熔物的结构分析
为判断静电喷雾前后样品的晶体结构以及分子结构间的相互作用是否发生变化，对原料TNBA、TNAZ和最低共熔物进行X 射线粉末衍射（XRD）分析和红外光谱（IR）分析，结果如图7 所示。由图7a 的XRD 谱图可以看出，原料TNBA 在2θ为13.17°，18.45°，19.00°，25.20°和30.87°时存在较强的衍射峰；
原料TNAZ 在2θ为20.15°，24.75°和33.30°时存在较强的衍射峰；
最低共熔物在2θ为13.17°，19.00°，20.08°，25.18°和30.90°时存在较强的衍射峰。经过对比发现，除TNAZ 在33.30°时的衍射峰以外，最低共熔物的衍射峰均可与原料TNBA、TNAZ 的衍射峰一一对应。原料TNBA、TNAZ 和最低共熔物的2θ值差值在0.55°内，可以认为在误差范围内，最低共熔物的晶体结构与原料基本一致。由图7b 的IR 谱图可知，最低共熔物的特征峰的波数分别为528.67，700.52，979.38，1336.49，1548.08，2895.52 cm-1和3083.53 cm-1。其中波数为528.67 cm-1处是原料TNBA 的C—Br 键的伸缩振动；
700.52 cm-1是原料TNBA 苯环上C—H单键的变形振动；
979.38 cm-1处是原料TNBA 醚键的伸缩振动；
1336.49 cm-1是来源于原料TNAZ 的C—NO2对称伸缩振动；
1548.08 cm-1是原料TNBA 的Ar—NO2不 对 称 伸 缩 振 动；
2895.52 cm-1是 原 料TNBA 的Ar—O—CH3上C—H 键的伸缩振动；
3083.53 cm-1是原料TNBA 苯环上C—H 键的振动。由以上分析可知，原料TNBA、TNAZ 的特征峰与最低共熔物的特征峰相互重合，说明静电喷雾前后样品分子结构间的相互作用并未发生改变，静电喷雾过程中所施加的电压和库仑力不会导致原料之间发生化学反应。
图7 原料TNBA、TNAZ 和最低共熔物的XRD 与IR 谱图Fig.7 XRD and IR spectra of TNBA， TNAZ and their lowest eutectic mixture
采用X 射线光电子能谱（XPS）分析原料TNBA、TNAZ 和最低共熔物样品的表面元素化学状态，结果如图8 所示。图8a、8c 分别对应于原料TNBA 与最低共熔物的C、N、O、Br 元素的特征峰，图8b 对应于原料TNAZ 的C、N、O 元素的特征峰。图8f 是最低共熔物的C1s 谱图，共有6 种峰，结合能284.45，285.05 eV，和287.60 eV 分别对应于图8e 原料TNAZ 的C—C、C—N、C—NO2键的结合能，结合能285.01，285.05，286.35 eV 和287.00 eV 对应于与图8d 原料TNBA 的C=C、C—N、C—O、C—Br键结合能。图8i是最低共熔物的N1s谱图，共有4种峰，结合能分别为400.95，402.25，406.25 eV 和407.55 eV。402.25 eV 处峰对应于原料TNAZ、TNBA 的C—N 键；
400.95 eV 和406.25 eV 分别对应于原料TNAZ 的N—NO2、C—NO2键的结合能，407.55 eV 对应于TNBA 的—NO2键结合能。图8l 是最低共熔物的O1s 谱图，共有3 种峰，532.15 eV 与533.20 eV 分别对应于TNAZ 的N—NO2和C—NO2的结合能。533.28 eV 的结合能对应于TNBA 的醚键结 合 能，533.20 eV 的 峰 属 于TNBA 的C—NO2。图8m、8n 分别是原料TNBA 与最低共熔物的Br3d 谱图，2 个谱图都只包含C-Br 键结合能的单峰，且相互对应。在最低共熔物的XPS 谱图中分别检测出属于原料TNBA 与TNAZ 的化学键特征峰，再次证明在最低共熔物的制备过程中原料之间没有新的化学键的形成，没有发生化学反应。
图8 原料TNBA、TNAZ 和最低共熔物的XPS 谱图Fig.8 XPS spectra of TNBA， TNAZ and their lowest eutectic mixture
2.4 最低共熔物的热分解性能分析
为了解原料与TNBA/TNAZ 最低共熔物的热分解性能，对TNBA、TNAZ 及最低共熔物进行了热重-质谱（TG-MS）测试，结果如图9 所示。图9a～9c 为原料与最低共熔物的热分解TG-DTG 曲线，图9d～9f 为热分解过程中分解产物的荷质比（m/z）及离子流强度曲线，图9g～i 为热分解过程中分解产物逸出总量的相对数量垂线图。从图9a～c 可知，原料TNBA 在490.1 K时开始热分解，在556.6 K 时DTG 曲线出现极值点，说明在此温度下分解速率最快，在565.9 K 后TG 曲线仍有一定斜率，说明TNBA 在565.9 K 后仍缓慢失重；
TNAZ 在411.1 K 时开始热分解，在485.8 K 时达到分解速率最大值，在491.3 K 后基本分解完毕；
最低共熔物在413.8 K 时开始分解，到533.2 K 时基本分解完毕，质量损失约为91.34%，DTG 曲线在485.3 K 和503.5 K 时分别出现2 个极值点，表明样品在485.3 K后失重速率开始降低，直到在503.5 K 时热分解速率又开始加快，在533.2 K 时达到最大的热分解速率。对比TNBA、TNAZ 及最低共熔物的分解起始温度、最大分解速率温度以及热分解基本完毕时温度，最低共熔物的热分解起始温度（413.8 K）接近原料TNAZ 的热分解起始温度（411.1 K），原料TNAZ 基本分解完毕的温度（491.3 K）与原料TNBA 热分解起始温度（490.1 K）接近。说明在形成最低共熔物后组分TNBA 与TNAZ 之间相容性良好，不会导致热分解温度大幅提前。因此可以推测在最低共熔物的热分解过程中，组分TNAZ 先开始热分解，在485.3 K 时组分TNAZ 热分解速率达到最大值，随后组分TNBA 开始热分解，并在533.2 K 时达到热分解速率的最大值，这也是最低共熔物DTG 曲线呈现2 个极值点的原因。最低共熔物中TNBA 的最大热分解速率温度（533.2 K）比单质TNBA 最大热分解速率温度（556.6 K）低23.4 K，说明最低共熔物中组分TNAZ 的热分解可使组分TNBA 的热分解起始温度提前。结合图9d、9g 可知，原料TNBA 的主要热分解产物为CO、N2、H2、H2O 以及 少 量 的C、CH4和CO2；
结 合 图9e、9h 可 知，原 料TNAZ 的主要分解产物为CO、N2、H2、NO、H2O 以及少量的CH2、CH4和CO2；
结合图9f、9i 可知，最低共熔物的主要分解产物为CO、N2、H2以及少量的NO、H2O、CH2、CH4和CO2。由于检测仪器可以自动过滤腐蚀性气体，因此并未检测出含Br 分解物质的离子峰。综上所述，最低共熔物热分解过程可能分2 个阶段进行。第一阶段为组分TNAZ 热分解，随后第二阶段是组分TNBA 热分解，而且最低共熔物组分间相容性良好。
图9 TNBA、TNAZ 及最低共熔物的TG-MS 谱图Fig.9 TG-MS spectra of TNBA（a，d，g），TNAZ（b，e，h） and their lowest eutectic mixture（c，f，i）
2.5 最低共熔物的感度及爆轰性能分析
对原料TNBA、TNAZ 以及最低共熔物进行了热感度和机械感度测试，结果如图10、11 所示。图10a 为原料TNBA、TNAZ 及最低共熔物的爆发点温度-时间折线图，图10b 为根据公式（12）［19］作lnt～1000/T的线性回归图，图10c 为根据公式（12）计算得到的活化能及5s 爆发点温度。
图10 TNBA、TNAZ 及TNBA/TNAZ 最低共熔物的热感度Fig.10 Thermal sensitivities of TNBA， TNAZ and their lowest eutectic mixture
式中，t为爆发延滞期，s；
E为试样的表观活化能，J·mol-1；
R 为摩尔气体常数；
T为爆发温度，K；
C为与样品成分有关的常数。
在图10a、b 中，原料与最低共熔物的爆发延滞期均随着受热温度升高而减少，但是三者的拟合曲线的斜率不同，说明原料与最低共熔物的表观活化能不同。由图10c 可知，最低共熔物的活化能介于TNBA 与TNAZ之间，5 s爆发点温度（558 K）与原料TNBA（554 K）、TNAZ（557 K）相近。说明在高温条件下，最低共熔物的耐热性与原料TNBA、TNAZ 相似。通过图4b 中拟合公式与公式（12）计算得到的活化能的值并不相同，这是由于测试方法的不同导致的，前者是利用非等温体系中炸药在不同升温速率下的热分解峰温计算得到的活化能，而后者是在等温条件下测得炸药从受热到发火的时间计算得到的活化能。鉴于含能材料热分解（包括燃烧和爆炸）的复杂性，采用相同方法得到活化能才具有比较性。图11 为原料TNBA、TNAZ 及TNBA/TNAZ 最低共熔物的特性落高（H50）和摩擦感度（FS）。最低共熔物特性落高（H50）为42 cm，介于原料TNBA（54 cm）、TNAZ（13 cm）之间；
最低共熔物的摩擦感度（20%）明显低于TNAZ（60%），稍高于TNBA（8%）。TNBA 的分子结构近似于平面［10］，其在受到撞击和摩擦时，平行的分子层会产生滑移，可以最大限度的减少热点的产生。而且TNBA 分子上的甲基可与相邻TNBA 分子上的硝基氧原子之间形成氢键，使TNBA 晶体中氢键呈空间网络结构，进一步降低TNBA 对外界刺激的敏感性。相对于TNBA 的分子结构，TNAZ的分子结构并不理想，这代表TNAZ 在受到撞击和摩擦时，很容易产生热点。当TNBA 与TNAZ 形成低共熔物时，组分TNBA 一定程度上弥补了组分TNAZ 分子结构上的“不平整”，与其相对，组分TNAZ 则在一定程度上破坏了TNBA 分子结构上的“平整”，二者相互作用，从而使最低共熔物的机械感度介于原料TNBA与TNAZ 之间。
图11 TNBA、TNAZ 及TNBA/TNAZ 最低共熔物的机械感度Fig.11 Mechanical sensitivities of TNBA， TNAZ and their lowest eutectic mixture
通过EXPLO-5 软件可直接计算得到TNBA、TNAZ及最低共熔物的爆轰参数及爆轰产物摩尔比。爆轰参数如表3 所示，其理论爆轰产物如图12 所示。表3 表明，组分TNAZ 的加入可提高TNBA 的爆轰性能，使得最低共熔物的密度（ρ）、氧平衡（OBCO2）、爆速（vD）、爆热（QV）、爆温（T0）、爆压（p）以及爆容（V0）介于原料TNBA 与TNAZ 之间，而大于TNT。从爆轰参数方面来说，选用最低共熔物作为熔铸炸药的载体要优于TNT，是TNT 熔铸炸药载体的理想替代物。从图12 中可以看出，最低共熔物的理论爆轰产物为N2、C（d）、CO、CO2、H2O 等。相对于TNBA 爆轰产物中N2含量，最低共熔物的爆轰产物中N2含量变大。这是由于TNAZ 含氮量比TNBA 高，从而导致最低共熔物的爆轰产物中N2含量增大；
TNAZ 爆轰产物中C（d）含量偏低，是由于TNAZ 氧平衡接近零氧平衡，分子内碳元素得到了较充分的氧化，仅有少量碳元素转化为炭黑，而TNBA 和最低共熔物的氧平衡值偏低，分子内碳元素氧化不充分，因此产物中炭黑较多。
图12 TNBA、TNAZ 及最低共熔物爆轰产物及其摩尔比Fig.12 Detonation products and their molar ratios of TNBA、TNAZ and their lowest eutectic mixture
表 3 TNBA、TNAZ 及最低共熔物爆轰参数Table 3 Detonation parameters of TNBA、TNAZ and their lowest eutectic mixture
（1）采用静电喷雾方法制备了不同质量比的TNBA/TNAZ 低共熔物，根据DSC 曲线特征参数绘制了低共熔物的二元T-X相图和H-X相图，确定TNBA/TNAZ 最低共熔物的质量比为TNBA∶TNAZ=60.95∶39.05，最低共熔温度为350.18 K，比原料TNBA、TNAZ 分别低22.72 K 和24.82 K。
（2）最低共熔物的热分解过程是组分TNAZ、TNBA 相继发生热分解，在413.8 K 时开始快速分解，在542.6 K 时热分解完全。热分解产物主要为CO、N2、H2、NO 及H2O 等。根 据SEM、HPLC、XRD、IR、XPS 测试结果，最低共熔物在静电喷雾前后组分质量比一致，在制备过程中无化学反应发生。
（3）原料与最低共熔物的热感度和机械感度测试表明，最低共熔物的5 s 爆发点温度为558 K，机械感度低于TNAZ 而高于TNBA。理论计算爆轰参数表明，最低共熔物的爆速、爆热、爆温、爆压和爆容等爆轰性能优于TNBA、TNT，爆轰产物为N2、C（d）、CO、CO2及H2O 等。
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