CN101544525A

CN101544525A - 高能薄膜复合型火炸药及其制备方法

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Publication number: CN101544525A
Application number: CN200910116714A
Authority: CN
Inventors: 沈兆武; 廖学燕; 樊自建
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2009-05-05
Filing date: 2009-05-05
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2029-05-05
Also published as: CN101544525B

Abstract

本发明涉及高能复合火药、炸药及其制备技术。其制备方法中先将高能材料加工成厚度为1μm－1mm薄膜，将火炸药药料经熔化、乳化工艺过程制成有粘性的炸药涂料涂在薄膜材料表面，得到高能薄膜复合火炸药坯料；然后再将所述坯料卷成螺旋结构药柱，或由多层坯料层层叠加并经压制成层叠结构，或用粘结剂将多层坯料粘合成层叠结构得到高能薄膜复合火炸药；其中高能薄膜材料的质量含量为4％－60％，火炸药药料为40％～96％，粘结剂为0％～15％。本发明用薄膜状高能材料代替传统的粉体材料，制备过程简单，改善了劳动环境，提高了安全性，在提高混合火炸药的能量输出的同时，改善了火炸药的安全性、力学性能和长储稳定性等性能，能更好地满足现代爆破器材的要求。

Description

高能薄膜复合型火炸药及其制备方法

技术领域：

本发明属于含能材料领域，具体涉及到高能复合火药、炸药及其制备技术。

背景技术：

火药、炸药等含能材料在军事、高科技和民用等领域中已被广泛运用。火药、炸药通常为颗粒状的有机物，为了改善火炸药成型效果可以在火炸药中加入粘结剂。为了提高火药、炸药的爆热、冲击波效应和水中气泡能等作用效果，通常在火炸药中加入铝、镁、硼、镍等高能金属粉末，应用最广泛的是加入铝粉的含铝(粉)炸药。通常情形下，该类粉状药剂的细度粒径要求在微米或纳米量级，因此，加工工艺较为复杂，而且粉尘对环境的污染严重，同时还存在粉尘爆炸的危险。另一方面，该类材料都是化学活性剂，其粒径越细，比表面积越大，也就越容易被空气氧化，降低活性度，对火炸药的能量输出不利。另外，加入的铝粉会给炸药埋下了许多潜在的热点，当炸药收到冲击的时候，铝粉就成为热点，导致炸药的感度提高。例如美国的HTA-3炸药，其配方组成(％)为：梯恩梯28.65/奥克托今49/铝粉22/硅酸钙0.35。这种炸药装药的密度高，质量好，爆炸能量大，但是由于机械感度偏高，导致安全性较差，使用受到一定限制。在燃料空气炸药(FAE)中特别是固态FAE中铝为重要的原料，为了提高FAE的威力。因此铝粉活性是一个重要指标。1999年，梁慧敏，白春华在《高能固态FAE燃料贮存寿命研究》(火炸药学报，1999(3)21—24)的论文中指出：在封装好的FAE混合燃料中，铝粉活性的降低原因主要是由于固态燃料中含有少量空气和水杂质(不超过0.05％)，使得铝被空气中的氧和环氧丙烷中的水氧化；该文中还以原始活性铝含量87.0％为基础，分别选择铝粉活性变化10％、20％、30％作为失效判据(即活性铝含量分别为77.0％、67.0％、57.0％)，得出常温下燃料的贮存寿命，依次为7.07年，14.49年，21.54年。可见即使在密闭的贮存容器中铝粉的氧化也是相当严重得。

因此对于在燃料空气炸药中如何安全有效地加入高能材料(如铝粉等)并长期储存是一个需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术中的不足，提供一种以薄膜状高能材料代替高能金属粉末的复合火炸药及其制备方法，从而在提高混合火炸药能量输出的同时，改善火炸药的安全性，力学性能和长期储存等性能。

本发明的技术方案如下：

本发明的高能薄膜复合型火炸药，其组成中包括有火炸药药料和高能材料，其特征在于，所述高能薄膜复合型火炸药由高能薄膜复合型火炸药坯料卷成柱形结构药卷，或者由多层高能薄膜复合型火炸药坯料层层叠加并经压制成层叠结构，或者用粘结剂将多层高能薄膜复合型火炸药坯料粘合成层叠结构；所述的高能薄膜复合型火炸药坯料由火炸药药料和粘结剂均匀涂于高能薄膜材料的表面构成，其中，高能薄膜材料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的4％-60％，火炸药药料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的40％～96％，粘结剂的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的0％～15％；所述高能薄膜材料是一种或两种或两种以上的被加工成薄膜状的高能材料，该高能薄膜材料的厚度为1μm—1mm。

所述火炸药药料均匀涂于高能薄膜材料的表面，指利用炸药本身的粘性使炸药附着在高能薄膜材料表面；或者将粘结剂混合在火炸药药料中，再将该混合药料涂在高能薄膜材料表面，其粘结剂的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的0％～15％；或者先将粘结剂涂于高能薄膜材料表面，再将火炸药药料粘结在薄膜材料表面上，该粘合剂的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的0％～15％。

所述的火炸药药料是现有技术中的各类火炸药药料，如火药可以是黑火药、以硝化纤维素为基的火药、硝化甘油，或复合改性双基火药和聚硫橡胶火药、聚氯乙烯火药、聚氨脂火药，聚丁烯火药等高分子复合火药；炸药可以是单质炸药(如梯恩梯TNT、黑索金RDX、奥克托金HMX、硝酸铵NH4NO3)或者混合炸药(如乳化炸药、水胶炸药、粉状铵油炸，梯黑炸药TNT/RDX)等。

所述的高能薄膜材料是铝、镁、钼、钨、硼、硝化纤维素或碳等物质构成的单质薄膜或复合薄膜；所述的复合薄膜可以是由铝、镁、钼、钨、硼、硝化纤维素、碳中的两种或其两种以上的混合物质构成的复合薄膜，或者由易被氧化的高能材料或难成型的高能材料(如镁、硼、储氢材料)用相对稳定、易成型的材料制(如铝)包覆而成的组合薄膜。

所述的粘结剂包括有粘合剂和钝化剂，其粘合剂可以是单质，如环氧树脂，聚酰胺，聚乙烯醇缩丁醛，α-氰基丙烯酸乙脂502#，或聚乙烯醇等，也可以是复合粘合剂，如SWJ-9301胶(环氧树脂/乙二酸/501活性稀释剂)，或SWJ-9304(α-氰基丙烯酸乙脂502#/α-氰基丙烯酸正丁脂504#)等。钝化剂可以是石蜡、石墨、硬脂酸、苏丹红或者高聚物等。

本发明的高能薄膜复合型火炸药的制备方法，包括选择火炸药药料，利用现有制备金属薄膜技术将高能材料加工成厚度为1μm—1mm高能薄膜材料，其特征在于，其后的制备过程是：(1)制备高能薄膜复合火炸药坯料：将选择好的火炸药药料经熔化、乳化等现有的工艺过程制成有粘合性的炸药涂料，将炸药涂料涂于高能薄膜材料表面的一面或双面，得到高能薄膜复合火炸药坯料，其中高能薄膜材料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的4％-60％，火炸药涂料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的40％～96％；或者在选择好火炸药药料中加入粘合剂经熔化、乳化等现有的工艺过程制成混合炸药涂料，粘合剂的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的0％～15％，再将混合炸药涂料涂于高能薄膜材料表面的一面或双面，得到高能薄膜复合火炸药坯料，其中高能薄膜材料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的4％-60％，火炸药涂料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的40％～96％；或者在高能薄膜材料表面的一面或双面涂上粘结剂，其中粘结剂的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的0％～15％，然后将已选择的火炸药药料均匀粘连在高能薄膜材料的表面上，得到高能薄膜复合火炸药坯料，其中高能薄膜材料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的4％-60％，火炸药涂料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的40％～96％；(2)制备多层结构的高能薄膜复合火炸药：将制得的高能薄膜复合型火炸药坯料层层叠加，压制成紧密叠加型层叠结构复合火炸药；或者将带状高能薄膜复合型火炸药坯料直接卷成柱形药卷，制成柱形夹层结构复合火炸药；或者用粘结剂将高能薄膜复合型火炸药坯料粘合成层叠结构的高能薄膜复合火炸药。

在上述制备过程中，所述的火炸药药料是现有技术中的各类火炸药药料，火药可以是黑火药、以硝化纤维素为基的火药、硝化甘油，复合改性双基火药和聚硫橡胶火药、聚氯乙烯火药、聚氨脂火药，聚丁烯火药等高分子复合火药；炸药可以是单质炸药(如梯恩梯TNT、黑索金RDX、奥克托金HMX、硝酸铵NH₄NO₃)或者混合炸药(如乳化炸药、水胶炸药、粉状铵油炸，梯黑炸药)等。

所述的高能薄膜材料是铝、镁、钼、钨、硼、硝化纤维素或碳等物质构成的单质薄膜或复合薄膜；所述的复合薄膜可以是由铝、镁、钼、钨、硼、硝化纤维素、碳中的两种或其两种以上的混合物质构成的复合薄膜，或者由易被氧化的高能材料或难成型的高能材料(如镁、硼、储氢材料)用相对稳定、易成型的材料(如铝)包覆而成的组合薄膜。

所述的粘结剂包括有粘合剂和钝化剂，其粘合剂可以是单质，如环氧树脂，聚酰胺，聚乙烯醇缩丁醛，α-氰基丙烯酸乙脂502#，聚乙烯醇等，也可以是复合粘合剂，如SWJ-9301胶(环氧树脂/乙二酸/501活性稀释剂)，SWJ-9304(α-氰基丙烯酸乙脂502#/α-氰基丙烯酸正丁脂504#)等。钝化剂可以是石蜡、石墨、硬脂酸、苏丹红或者高聚物等。

现有制备火炸药的技术中，通常需将高能粉体材料加入到火炸药中，例如铝粉等，粉体材料加工工艺较复杂，而且粉尘污染严重，存在粉尘爆炸的危险性，甚至有毒性。对于含铝炸药来说，其中的铝粉是化学活性剂，粒径细，比表面积大，很容易与空气中的氧起反应而氧化，失去活性，这对火炸药能量输出相当不利。而且该类粉体在装药中也会使炸药的力学性能变差，感度变高。

本发明的高能薄膜复合型火炸药，用薄膜状高能材料代替传统的粉体材料，由于薄膜状高能材料不存在粉尘爆炸的危险性，也不会污染环境，其比表面积小，且表面有火炸药药料覆盖，不容易与空气中的氧起反应而失去活性，因此，本发明在提高混合火炸药的能量输出的同时，也改善了火炸药的安全性，力学性能和长储稳定等性能，从而能更好地满足现代弹药和爆破器材日益提高的要求。

具体实施方式

下面通过实施例作进一步描述。

实施例1

1.原料有TNT，铝薄膜带，其宽为30cm，长度为5m，厚度为0.02mm。

2.将TNT放入水浴器中加热到80℃～90℃，使其熔化为熔融态。

3.将熔融态TNT均匀的涂在铝薄膜表面的一面，然后将涂有TNT的铝薄膜炸药直接卷成圆柱形结构药卷，固化后得到圆柱形高能薄膜复合型火炸药(TNT/Al)。

本实施例中未使用添加剂，即高能薄膜复合型火炸药的构成组分中只有铝薄膜和TNT药料。为了测试的需要，所制备的高能薄膜复合型火炸药中，其中铝薄膜的质量含量分别有4％、10％、20％、30％、40％。

4.用钢板压痕试验法来验证上述制备的高能薄膜复合型火炸药起爆、传爆和猛度。将上述制备好的5种高能薄膜复合型火炸药分别固定在钢板上用雷管起爆，爆炸后取出见证钢板，通过钢板的破坏判定高能薄膜复合型火炸药是否能成功起爆、传爆和猛度。所制备的高能薄膜复合型火炸药药柱高为2428mm，直径为45mm，质量为50g，密度为1.1-1.6g/cm³；钢板厚度10mm。

实验结果：铝薄膜含量4％、10％的高能薄膜复合型火炸药将钢板冲塞出一个孔，孔径为45—50mm，孔内边缘缺口光滑；铝薄膜含量20％的炸药，将钢板冲塞出一个孔，孔径为48—55mm，孔内边缘缺口不太光滑；铝薄膜含量30％的炸药，将钢板撕裂开一个孔，孔径为45—55mm，钢板向背面翻开成梅花形；铝薄膜含量40％的高能薄膜复合型火炸药将钢板炸成凹下的漏斗状，漏斗直径为50—65mm，这说明制备的该高能薄膜复合型火炸药能成功起爆、传爆，并具有足够的猛度。

5.为定量本发明产品在空气中爆炸后的冲击波超压值，对实施例1的高能薄膜复合型火炸药在空气中爆炸后进行冲击波超压测量：

主要试验设备与仪器：爆炸容器、压电式压力传感器、电荷放大器、示波器。将实施例1药柱和压电式压力传感器固定在爆炸容器内的同一水平面上，两者的水平距离为94cm。用雷管起爆药柱，测出炸药在空气中爆炸的冲击波超压峰值，再根据萨道夫斯基公式(Henrych J，爆炸动力学及其应用[M].北京：科学出版社，1987)计算出炸药的TNT爆热。为了比较对照，实验分别测试了实施例1的高能薄膜复合型火炸药和纯TNT两种炸药，其中，实施例1中的铝薄膜质量含量为20％；药柱高为26±3mm，直径为42.5mm，单个药柱的质量为50g；纯TNT药柱高为24mm，直径为42.5mm，单个药柱的质量为50g。

测量结果如表1所示。

从表1可以得出：在相同条件下，铝薄膜TNT复合炸药(TNT/Al???)的能量输出高于纯TNT。铝薄膜TNT复合炸药(TNT/Al???)的冲击波压力峰值为纯TNT的1.20倍，爆热为TNT为1.29倍。

表1

实施例2

1.将黑索金RDX、石蜡、石墨按质量比95∶4∶1混合均匀，加热到80℃。

2.将加热的炸药涂料均匀的涂在铝薄膜带(厚度0.02mm，宽300mm)表面的一面，制成片状的高能薄膜复合型(RDX/Al???)火炸药坯料。

3.将片状高能薄膜复合型火炸药坯料加工成直径为25mm的圆型炸药薄膜，然后将炸药薄膜层层叠加放入直径25.2mm的圆柱型模具中加压到70MPa，脱模后得到层叠型结构高能薄膜复合炸药药柱

为实验需要，制备的高能薄膜复合型(TNT/Al???)火炸药铝薄膜中，铝薄膜的质量含量分别有10％、20％、30％、40％、50％、60％。

4.用钢板压痕试验来验证上述制备的高能薄膜复合型火炸药起爆、传爆以及猛度：用钢板压痕试验来验证。将制备好的高能薄膜复合型火炸药固定在钢板上用雷管起爆，爆炸后取出见证钢板，用起爆后钢板的破坏见证高能薄膜复合型火炸药是否成功起爆、传爆及其猛度。

实验结果：铝薄膜含量10％的高能薄膜复合型火炸药将钢板冲塞出一个孔，孔径为25—30mm，孔边缘缺口光滑；20％铝薄膜含量的炸药，将钢板冲塞出一个孔，孔径为25—30mm，孔边缘缺口不太光滑；铝薄膜含量30％，40％的炸药，将钢板撕裂开一个孔，孔径为25—45mm，钢板向背面翻开成梅花形；铝薄膜含量50％，60％的高能薄膜复合型火炸药将钢板炸成凹下的漏斗状，漏斗直径为30—40mm，这说明制备的该高能薄膜复合型火炸药能成功起爆、传爆，并具有足够的猛度。

6.对在空气中爆炸后的冲击波超压进行测量

实验仪器和实验方法与实例1相同，实验测试了铝薄膜质量含量为20％的高能薄膜复合型火炸药(RDX/Al???)和纯RDX的冲击波超压，含铝薄膜的药柱高为26±3mm，直径为25.52mm，质量为20g；纯RDX的药柱高为23±4mm，直径为25.52mm，两种火炸药质量均为20g。测量结果列于表2。从表2得出：相同条件下，高能薄膜复合型炸药(RDX/Al???)的能量输出高于RDX，其中冲击波峰值压力为RDX的1.16倍，爆热为RDX的1.26倍，冲量为RDX的1.14倍。

表2

代号	铝含量(％)	密度ρ(g/cm³)	压力峰值P_mA(Mpa)	TNT当量/g	TNT当量比	RDX当量比	冲量
代号	铝含量(％)	密度ρ(g/cm³)	压力峰值P_mA(Mpa)	TNT当量/g	TNT当量比	RDX当量比	冲量	RDX	0	1.7	0.069	26	1.3	1	2.817
RDX	0	1.57	0.066	24.4	1.22	0.938	2.64	RDX	0	1.7	0.069	26	1.3	1	2.817
RDX	0	1.57	0.066	24.4	1.22	0.938	2.64	RDX	0	1.6	0.066	24.6	1.23		2.627
实例2炸药(RDX/Al)	20	1.72	0.080	32.6	1.63	1.253	3.06	RDX	0	1.6	0.066	24.6	1.23		2.627
实例2炸药(RDX/Al)	20	1.72	0.080	32.6	1.63	1.253	3.06	实例2炸药(RDX/Al)	20	1.76	0.081	33.5	1.68	1.288	2.98
实例2炸药(RDX/Al)	20	1.78	0.078	32.2	1.61	1.238	3.19	实例2炸药(RDX/Al)	20	1.76	0.081	33.5	1.68	1.288	2.98

实施例3

1.原料有：RDX颗粒，环氧树脂，铝薄膜厚度0.7mm，带宽300mm。

2.将RDX和环氧树脂按质量比98∶2混合均匀，放入水浴器中加热，环氧树脂与RDX混合均匀后就得到炸药涂料。

3.将制备好的炸药涂料均匀的涂在铝薄膜(宽30cm，长40cm)表面的一面，即制成片状的高能薄膜复合型(RDX/Al)火炸药坯料。

4.将片状的高能薄膜复合型火炸药坯料加工成直径为25mm的圆型药薄膜，然后将药薄膜层层叠加放入直径25.2mm的圆柱型模具中加压到70MPa，脱模后得到高能薄膜夹层结构复合炸药药柱。实验室制备的高能薄膜复合型(RDX/Al???)火炸药铝薄膜的质量含量分别有20％、30％。

5.用钢板压痕试验来验证上述制备的高能薄膜复合型火炸药起爆、传爆以及猛度：方法同实施例1。

实验结果：铝薄膜含量20％，30％的高能薄膜复合型火炸药将钢板炸成凹下的漏斗状，漏斗直径为30—40mm，这说明制备的该高能薄膜复合型火炸药能成功起爆、传爆，并具有足够的猛度。

实施例4

1.原料有：工业乳化炸药，铝薄膜厚度0.005mm，带宽300mm。

2.将工业乳化炸药均匀的涂在铝薄膜表面的一面，将涂有TNT的铝薄膜炸药直接卷成柱形，得到柱形高能薄膜复合型火炸药。实验室制备的高能薄膜复合型火炸药铝薄膜的质量含量分别有10％、20％、30％。

3.用钢板压痕试验来验证上述制备的高能薄膜复合型火炸药起爆、传爆以及猛度，方法同实施例1。

实验结果：铝薄膜含量10％，20％，30％的高能薄膜复合型火炸药将钢板炸成凹下的漏斗状，漏斗直径为30—40mm，这说明制备的该高能薄膜复合型火炸药能成功起爆、传爆，并具有足够的猛度。

Claims

1.一种高能薄膜复合型火炸药，其组成中包括有火炸药药料和高能材料，其特征在于，所述高能薄膜复合型火炸药由高能薄膜复合型火炸药坯料卷成柱形结构药卷，或者由多层高能薄膜复合型火炸药坯料层层叠加并经压制成层叠结构，或者用粘结剂将多层高能薄膜复合型火炸药坯料粘合成层叠结构；所述的高能薄膜复合型火炸药坯料由火炸药药料和粘结剂均匀涂于高能薄膜材料的表面构成，其中，高能薄膜材料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的4％-60％，火炸药药料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的40％～96％，粘结剂的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的0％～15％；所述高能薄膜材料是一种或两种或两种以上的被加工成薄膜状的高能材料，该高能薄膜材料的厚度为1μm—1mm。

2.如权利要求1的高能薄膜复合型火炸药，其特征在于，所述高能薄膜复合型火炸药坯料由火炸药药料和粘结剂均匀涂于高能薄膜材料的表面是指：利用炸药本身的粘性使炸药附着在高能薄膜材料表面；或者将粘结剂混合在火炸药药料中，再将该混合药料涂在高能薄膜材料表面；或者先将粘结剂涂于高能薄膜材料表面，再将火炸药药料粘连在薄膜材料表面上。

3.如权利要求1的高能薄膜复合型火炸药，其特征在于，所述高能薄膜材料是铝、镁、钼、钨、硼、硝化纤维素或碳物质构成的单质薄膜或复合薄膜。

4.如权利要求3的高能薄膜复合型火炸药，其特征在于，所述的复合薄膜是由铝、镁、钼、钨、硼、硝化纤维素、碳中的两种或其两种以上的混合物质构成的复合薄膜，或者由易被氧化的高能材料或难成型的高能材料用相对稳定、易成型的材料制包覆而成的组合薄膜。

5.一种制备权利要求1的高能薄膜复合型火炸药的方法，包括选择火炸药药料，利用现有制备金属薄膜技术将高能材料加工成厚度为1μm—1mm高能薄膜材料，其特征在于，其后的制备过程是：(1)制备高能薄膜复合火炸药坯料：将选择的火炸药药料经熔化、乳化工艺过程制成有粘性的炸药涂料，将炸药涂料涂于高能薄膜材料表面的一面或双面，得到高能薄膜复合火炸药坯料，其中高能薄膜材料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的4％-60％，火炸药涂料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的40％～96％；或者在选择的火炸药药料中加入粘结剂经熔化、乳化工艺过程制成混合炸药涂料，粘结剂的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的0％～15％，再将混合炸药涂料涂于高能薄膜材料表面的一面或双面，得到高能薄膜复合火炸药坯料，其中高能薄膜材料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的4％-60％，火炸药涂料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的40％～96％；或者在高能薄膜材料表面的一面或双面涂上粘结剂，其中粘结剂的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的0％～15％，然后将已选择的火炸药药料均匀粘连在高能薄膜材料的表面上，得到高能薄膜复合火炸药坯料，高能薄膜材料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的4％-60％，火炸药涂料的质量占高能薄膜复合型火炸药总质量的40％～96％；(2)制备多层结构的高能薄膜复合火炸药：将制得的高能薄膜复合型火炸药坯料层层叠加，压制成紧密叠加型层叠结构复合火炸药；或者将带状高能薄膜复合型火炸药坯料直接卷成柱形药卷，制成柱形夹层结构复合火炸药；或者用粘结剂将高能薄膜复合型火炸药坯料粘合成层叠结构的高能薄膜复合火炸药。

6.如权利要求5的制备方法，其特征在于，所述高能薄膜材料是铝、镁、钼、钨、硼、硝化纤维素或碳物质构成的单质薄膜或复合薄膜。

7.如权利要求6的制备方法，其特征在于，所述的复合薄膜是由铝、镁、钼、钨、硼、硝化纤维素、碳中的两种或其两种以上的混合物质构成的复合薄膜，或者由易被氧化的高能材料或难成型的高能材料用相对稳定、易成型的材料制包覆而成的组合薄膜。