CN103588595B - 金属纤维增韧增强tnt基熔铸炸药及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属纤维增韧增强TNT基熔铸炸药及其制备方法，所述的熔铸炸药包括下述重量份的组分：梯恩梯，30～40份；黑索今或奥克托今，60～70份；金属纤维，0～3份；石蜡，0～2份。所述的制备方法包括以下步骤：采用表面活性剂溶液处理金属纤维；配料；将物料置于熔药机中进行混合；常压浇铸。本发明的TNT基熔铸炸药的力学性能如下：压缩强度≥24MPa；压缩应变≥0.33%；压缩弹性模量≥9GPa；具有较低的机械感度，摩擦感度为0～10%，撞击感度为20～40%。
Description
技术领域
本发明属于军用含能材料领域，具体涉及一种金属纤维增韧增强TNT基熔铸炸药及其制备方法，在炸弹、炮弹、导弹、鱼雷等常规武器战斗部装药和传爆药、爆炸装置中具有广泛的应用前景。
背景技术
19世纪末以来熔铸炸药广泛装填榴弹、反坦克、破甲弹、地雷、火箭弹、导弹等各类弹药，特别是二战后以TNT为载体的熔铸炸药在军用混合炸药的比重曾高达90%以上。熔铸炸药具有成本低廉、成型性能好、装药自动化程度高的优点，但是随着现代武器对装药的高能量特性、高毁伤效果、高安全性和长期贮存性能等方面的需求，传统的TNT基熔铸炸药弹性、韧性差，强度低，易脆，在受到机械应力、热应力的作用时，易发生损伤、裂纹、脆裂等现象，其力学性能已不能满足新时期武器装备的要求。
为了改善熔铸炸药存在的脆性大、力学性能差的问题，国内外已开展了较多力学改性研究，目前的方法主要有：（1）以DNAN、DNTF等新型熔铸连续相代替TNT，新型连续相与TNT在熔点、晶形、热性质等方面巨大的差异从根本上改变了熔铸体系的力学性能；美国已广泛应用DNAN基熔铸炸药配方装填中小口径迫击炮弹、大中口径榴弹等。（2）改变生产工艺，冷却方式、真空度、装药密度、装药缺陷等会极大影响产品的压缩断裂强度、屈服强度和杨氏模量等力学性能；这需要对现有生产线进行改造甚至完全更新替代，基建投资较大。（3）添加高聚物助剂（聚氨酯弹性体、聚砜等），如以聚砜包覆RDX可以提高B炸药的韧性，以芳香共聚物包覆RDX可以降低B炸药的渗油率和尺寸长大率，强度提高两倍以上，此种方法力学改性效果好，但增加了炸药原材料的包覆处理步骤，也需要建设相应的设备。
纤维材料在基质间可以起到桥联加筋的作用，使复合材料的结合力增大并吸收外部能量，可以提高材料的韧性和强度，已在改性钢筋混凝土、PVC、聚丙烯腈、树脂等材料中得到广泛应用。研究表明，在纯TNT中添加20%铝纤维后其极限应力由2MPa提高至6.8MPa，应变提高至0.039，因此在传统TNT基熔铸炸药中添加金属纤维，是改善其力学性能、提高韧性强度和预防缺陷的有效途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有较好力学性能、韧性强度的TNT基熔铸炸药，可以满足高性能武器装备对炸药配方兼具高力学性能和高安全性能的需求。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
一种金属纤维增韧增强TNT基熔铸炸药，包括下述重量份的组分：梯恩梯，30～40份；黑索今或奥克托今，60～70份；金属纤维，0～3份。
为了提高熔铸炸药的安全性能，上述的炸药组分中还包括0～2重量份的石蜡。
为了解决药浆为干粉状不能浇铸的问题，并且为了获得较好的物料流变性和降低熔融药浆的粘度，所述的黑索今或奥克托今的颗粒进行级配，粗颗粒黑索今的粒径符合GJB296A-1995的3类标准，细颗粒黑索今的粒径符合GJB296A-1995的5类标准；粗颗粒奥克托今的粒径符合GJB2335-1995的3类标准，细颗粒奥克托今的粒径符合GJB2335-1995的5类标准，黑索今或奥克托今的粗细颗粒的质量比为（1：2）～（2：1）。
为了获得更好的力学改性效果，本发明的优选实施例中，所述的金属纤维的直径为10～100μm、长度2～6mm。
在本发明的实施例中，所述的金属纤维为铝纤维、不锈钢纤维、铜纤维、钛纤维中的一种。
一种金属纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：金属纤维预处理：金属纤维置于表面活性剂的溶液中，搅拌15～30min，超声分散，然后将金属纤维滤出、干燥；
步骤二：配料：梯恩梯，30～40重量份；黑索今或奥克托今，60～70重量份；金属纤维，0～3重量份；石蜡，0～2重量份；石蜡切碎待用；
步骤三：物料混合：熔药机预热至90～110℃时一次性投入物料，启动熔药机，转速为17～27r/min，当熔药时间为15～30min，且药温高于80℃时抽真空，真空值不低于-0.089MPa（即真空值为-0.089MPa～-0.1013MPa）；熔药温度控制在90～95℃；抽真空时间不低于15min，总熔药时间控制为40～60min；
步骤四：常压浇铸：模具或弹体预热温度控制在35～45℃；把熔化好的液药常压浇铸到模具或弹体中；在20～35℃的温度下冷却不少于50min后进行开模，装药件需在20～35℃的温度下进行不少于24h时效处理得产品。
在上述的制备方法中，所述的表面活性剂为硬脂酸聚氧乙烯酯、四丁基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠，所述的表面活性剂的溶液为所述的表面活性剂置于水、甲醇、乙醇、丙酮、乙酸乙酯中。溶液是为了清除金属纤维表面的有机物污渍和金属粉碎屑，表面活性剂是助于材料的分散。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
（1）本发明的TNT基熔铸炸药的配方中金属纤维作为力学改性剂，增强了熔铸炸药的强度和韧性；RDX或HMX的颗粒进行级配后加入到熔铸炸药配方中，解决了药浆为干粉状不能浇铸的问题，级配后的熔融药浆为悬浮液，具有较好的物料流变性和较低的粘度，更有利于浇铸。
（2）本发明的TNT基熔铸炸药的力学性能如下：压缩强度≥24MPa；压缩应变≥0.33%；压缩弹性模量≥9GPa；具有较低的机械感度，摩擦感度为0～10%，撞击感度为20～40%。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
实施例1：铝纤维增韧增强TNT基熔铸炸药及其制备方法
铝纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的配方组成（重量百分比）如下：
TNT，35%；
RDX，62.5%；RDX粗、细颗粒分别符合GJB296A-1995的3类和5类粒径标准，其中粗颗粒22.5%，细颗粒40%；
铝纤维，1.0%；铝纤维的长度为3mm，直径为70μm；
石蜡，1.5%。
TNT基熔铸炸药的制备方法如下：
步骤一：铝纤维预处理：将铝纤维置于质量分数2%十二烷基苯磺酸钠的乙醇溶液中，在转速为200～500rpm下搅拌30min，超声震荡器超声分散10min，过滤、干燥。
步骤二：配料：按照上述的配方组成称取组分，石蜡切碎待用。
步骤三：物料混合：熔药机温度预热至100℃时停止预热，将物料一次性加入熔药机，密封加热；20r/min转速混药；20min后物料温度为85℃，抽真空，控制真空值大于-0.090MPa，20min后药浆温度为95℃，出料，待浇铸；
步骤四：常压浇铸：将模具或弹体预热至40℃，把熔化好的液药常压浇铸到模具或弹体中，25℃下冷却60min后进行开模处理。
制得的铝纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的性能如表1：
表1：铝纤维增韧增强TNT基熔铸炸药性能
实施例2：不锈钢纤维增韧增强TNT基熔铸炸药
不锈钢纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的配方组成（重量百分比）如下：
TNT，35%；
RDX，62.5%；RDX粗、细颗粒分别符合GJB296A-1995的3类和5类粒径标准，其中粗颗粒32.5%，细颗粒30%；
不锈钢纤维，1.0%；不锈钢纤维的直径15μm，长6mm；
石蜡，1.5%；
实施例2中不锈钢纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的制备方法同实施例1。
制得的不锈钢纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的性能如表2。
表2：不锈钢纤维增韧增强TNT基熔铸炸药性能
实施例3：铜纤维增韧增强TNT基熔铸炸药
铜纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的配方组成（重量百分比）如下：
TNT，32.5%；
HMX，65%；HMX的粗、细颗粒分别符合GJB2335-1995的3类标准和5类标准，其中粗颗粒40%，细颗粒25%；
铜纤维，1.0%；铜纤维的直径为30μm，长3mm；
石蜡，1.5%；
实施例3中铜纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的制备方法同实施例1。
制得的铜纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的性能如表3。
表3：铜纤维增韧增强TNT基熔铸炸药性能
实施例4：钛纤维增韧增强TNT基熔铸炸药
钛纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的配方组成（重量百分比）如下：
TNT，32.5%；
HMX，65%；HMX的粗、细颗粒分别符合GJB2335-1995的3类标准和5类标准，其中粗颗粒40%，细颗粒25%；
钛纤维，1%；钛纤维的直径为30μm，长度为4mm；
石蜡，1.5%；
实施例4中钛纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的制备方法同实施例1。
制得的钛纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的性能如表4：
表4：钛纤维增韧增强TNT基熔铸炸药性能
表5示出了GJB296A-1995的黑索今规范中3类和5类粒径标准；表6示出了GJB2335-1995的奥克托今规范中3类标准和5类标准。
表5：GJB296A-1995的黑索今规范中3类和5类粒径标准
表6示出了GJB2335-1995的奥克托今规范中3类标准和5类标准
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (5)
1.一种金属纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：金属纤维预处理：金属纤维置于表面活性剂的溶液中，搅拌15～30min，超声分散，然后将金属纤维滤出、干燥；
步骤二：配料：梯恩梯，30～40重量份；黑索今或奥克托今，60～70重量份；金属纤维，0～3重量份；石蜡，0～2重量份；石蜡切碎待用；
步骤三：物料混合：熔药机预热至90～110℃时一次性投入物料，启动熔药机，转速为17～27r/min，当熔药时间为15～30min，且药温高于80℃时抽真空，真空值不低于-0.089MPa；熔药温度控制在90～95℃；抽真空时间不低于15min，总熔药时间控制为40～60min；
步骤四：常压浇铸：模具或弹体预热温度控制在35～45℃；把熔化好的液药常压浇铸到模具或弹体中；在20～35℃的温度下冷却不少于50min后进行开模，装药件需在20～35℃的温度下进行不少于24h时效处理得产品。
2.根据权利要求1所述的金属纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的制备方法，其特征在于所述的表面活性剂为硬脂酸聚氧乙烯酯、四丁基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、月桂基磺化琥珀酸单酯二钠中的一种，所述的表面活性剂的溶液为所述的表面活性剂置于水、甲醇、乙醇、丙酮或乙酸乙酯中。
3.根据权利要求1所述的金属纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的制备方法，其特征在于所述的黑索今或奥克托今的颗粒进行级配，粗颗粒黑索今的粒径符合GJB 296A-1995的3类标准，细颗粒黑索今的粒径符合GJB 296A-1995的5类标准；粗颗粒奥克托今的粒径符合GJB 2335-1995的3类标准，细颗粒奥克托今的粒径符合GJB 2335-1995的5类标准，黑索今或奥克托今的粗细颗粒的质量比为(1：2)～(2：1)。
4.根据权利要求1所述的金属纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的制备方法，其特征在于所述的金属纤维的直径为10～100μm、长度2～6mm。
5.根据权利要求1所述的金属纤维增韧增强TNT基熔铸炸药的制备方法，其特征在于所述的金属纤维为铝纤维、不锈钢纤维、铜纤维、钛纤维中的一种。
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