CN103708985B - 一种包覆多微孔结构渐增性燃烧的固体发射药 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种包覆多微孔结构渐增性燃烧的固体发射药，其特征是以单基发射药为基础配方，填加适量的致孔剂或发泡剂，采用专用模具挤压成型，制备成一种外层为密实结构、内层为微观多微孔结构的燃烧面积可变化的固体发射药。发明的固体发射药将高、低密度装药集成为一体，同时燃烧具有明显的渐增性，能量释放实现规律控制。

Description

一种包覆多微孔结构渐增性燃烧的固体发射药

(一)技术领域

本发明属于一种包覆多微孔结构固体发射药装药。

(二)背景技术

身管武器对固体发射药的主要要求是高能量和燃烧规律的可控制即提高能量的利用率，以达到在一定膛压下提高膛丸的初速的目的。目前，主要采用填加高能量新材料如HMX、RDX、CL-20等提高发射药的能量，但是膛压也随之增加，不利于武器的使用。另一方面，对主要通过改变药型和钝感包覆技术控制发射药的燃烧规律，起到一定的效果，但引起枪、炮发射时烟、焰等有害现象。为了适应短身管武器发射的需要，国内主要研制了多-125、多-60和多-45三种多孔速燃发射药，在使用中发射药的速燃性得到有效提高，但膛内压力陡度大、跳动大，内弹道性能重复性较差，对武器的射击精度和使用寿命十分不利。

(三)发明内容

本发明所要解决的技术问题是利用一种物理或化学的方法采用特殊模具，制备一种密实、疏松多孔结合的包覆多微孔发射药，该发射药火药力不小于1020J／g，密度为1.55g/cm³左右，实现燃烧规律有效控制，保证发射药速燃的同时减小膛压力的跳差。

本发明的技术方案：在现有的含能材料及单基发射药配方基础上，选用物理的致孔剂或化学发泡剂，将含有致孔剂或化学发泡剂的发射药与基础单基发射药在特定模具中挤压成型，制成双层单孔圆柱粒状，具体尺寸可根据武器的使用要求而确定，这样发射药沿着径向方向燃烧面积由低到高，达到发明的燃烧效果。

根据火药燃烧时的气体生成速率公式：

$\frac{\mathrm{d\ψ}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{Su}}{V_0}$

当火药的原始体积V₀和起始表面积S₀为定值时，要提高火药燃烧时的渐猛性即燃烧的渐增性，则dψ／dt必须为增函数，所以只能是火药燃烧面积S、火药燃烧速度u随着时间的延长不断增加。

本发明的一种包覆多微孔结构固体发射药，采用专用模具挤压成型，制备成一种外层为含有阻燃剂的密实结构、内层为微观多微孔结构的双层固体发射药。

一方面，本发明的一种包覆多微孔结构固体发射药为双层结构，内、外层均以单基发射药为基础配方，外层添加一定量的高分子阻燃剂，由此该发明的火药燃烧速度由外向内不断增加，火药的燃烧呈渐增性燃烧。同时，内层经过致孔以后密度降低，外层一次成型密度相对较大。众所周知，密度对火药的燃烧速度具有一定影响，相同组分密度降低则燃速增加，由此本发明的火药燃烧速度进一步形成由外向内不断增加的趋势，使火药燃烧的渐增性得到增强。

另一方面，本发明的一种包覆多微孔结构固体发射药，内层采用物理致孔剂，在内层发射药中形成了许多不规则、分布较均匀的孔穴，提高燃烧面积，是发明的重要方面。外层密实发射药的燃烧表面积为S₁，内层多微孔发射药的燃烧表面积为S₂，S₁、S₂满足关系式：S₁／S₂<1，能达到增面燃烧，是该发射药实现渐增性燃烧一个重要方面。

综上所述，本发明的一种包覆多微孔结构固体发射药具有由外向内火药燃烧面积S、火药燃烧速度u同时增加的特点，是实现渐增性燃烧的综合性体现。经实践证明该发射药既具有速燃性，又具有明显的燃烧渐增特性，以达到了降低速燃火药膛压跳差大的目的。并可通过多参数调节燃烧渐增性，达到了能量释放规律的有效控制。

本发明采用溶剂法挤压成型，采用的专用模具已申请获得国家专利，模具分两种，一是“变燃速固体发射药不间断加工成型模具”(专利号：ZL200410028895.6)，另一种是“变燃速固体发射药间断加工成型模具(专利号：ZL200410028896.0)。

本发明选用密实、多微孔两层结构结合的变燃烧面积的固体发射药，密实层为外层，多微孔层为内层，密实层与多微孔层的厚度之比应在0.25-0.4之间。所说的密实发射药是一种以硝化棉为基础的制式发射药，可加入高分子阻燃剂，高分子阻燃剂加入质量以密实发射药中硝化棉干量计，为5％-20％；所说的多微孔发射药是一种以硝化棉为基础的低密度疏松发射药，此发射药内部存在许多不规则、分布较均匀的孔穴，以提高燃烧面积。采用物理致孔剂得到孔穴，可选用物理致孔剂KNO₃或K₂SO₄，其加入质量以多微孔发射药中硝化棉干量计，为25％-70％，粒度为48μm-125μm。

本发明的成型工艺关键在于致孔剂或发泡剂的选择，以及含量、粒度和成孔时间等工艺参数的确定。

本发明中采用高分子阻燃剂，应预先溶解于混合溶剂中，常温下静置24h，呈透明状才可使用。

本发明的一种包覆多微孔结构固体发射药加工步骤为：

(1)密实层发射药制备用乙醇／乙醚混合溶剂预先溶解高分子阻燃剂，制成溶胶状，加入混合硝化棉中捏合，塑化，压条。

(2)多微孔层发射药制备将一定粒度的致孔剂与混合硝化棉均匀混合，加乙醇／乙醚混合溶剂捏合，塑化，压条。

(3)本发明的发射药制备将密实层发射药和多微孔层发射药装入专用模具中，在一定压力下挤压成型，经晾药、切药、温水处理(致孔或发泡)、烘干、选药等步骤制得最终产品。

本发明的一种包覆多微孔结构固体发射药具有以下优点：

1、工艺简单易行可采用单基发射药生产工艺和专用挤压模具生产本发明的发射药。

2、燃烧过程易控制通过改变密实层发射药的燃烧弧厚和多微孔层的微孔结构，满足不同身管武器使用需要。

3、实现能量释放规律的可调性与可控制性。

4、集高密度发射药与低密度发射药装药为一体，同时具有高、低密度混合装药的特点。

(四)附图说明

图1包覆多微孔结构发射药实施例一静态燃烧L-P／P_m曲线；

图2包覆多微孔结构发射药实施例二静态燃烧L-P／P_m曲线；

图3包覆多微孔结构发射药实施例三静态燃烧L-P／P_m曲线；

图4包覆多微孔结构固体发射药的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面由实施例和附图详细说明本发明的多微孔结构发射药，但实施例不是对包覆多微孔结构发射药的限制。

实施例一

本实施例采用单孔圆柱状，外径为4.0mm，内孔直径0.6mm，密实层厚度0.45mm的双层多微孔固体发射药。

密实层发射药硝化棉含氮量为12.90，用量为200g。用乙醇／乙醚=1／1.25的混合溶剂预先溶解高分子阻燃剂(乙基纤维素15％以硝化棉重量计)，加入硝化棉重量1.5％的安定剂二苯胺，制成溶胶状，加入混合硝化棉捏合，常温下塑化50-60min。多微孔层发射药硝化棉含氮量为12.90，用量为300g。加入硝化棉重量1.5％的安定剂二苯胺，用乙醇／乙醚=1／1.25的混合溶剂溶解。将粒度为125μm、硝化棉重量25％的硝酸钾或硫酸钾加入混合硝化棉捏合，常温下塑化50-60min。在专用模具(专利号：ZL200410028896.0)6-8MPa下挤压成型，在相对湿度为65％-70％的环境中晾药24小时，切药长径比为5.0／1，在40℃-45℃下水处理(发泡)48-72小时，50℃烘干。

采用密闭爆发器测定本实施例的包覆多微孔发射药能量和静态燃烧特性，在0.2g／cm³的装填密度下测得火药力1030J／g，发射药密度为1.56g/cm³，L-P／P_m曲线见图1，从图可知本发明的多微孔结构发射药具有显著的燃烧渐增特性。

实施例二

本实施例采用单孔圆柱状，外径为3.50mm，内孔直径0.5mm，密实层厚度0.55mm的双层多微孔固体发射药。

密实层发射药硝化棉含氮量为12.90，用量为200g。用乙醇／乙醚=1／3的混合溶剂，溶解加入硝化棉重量1.5％的安定剂二苯胺，加入混合硝化棉捏合，常温下塑化50-60min。多微孔层发射药硝化棉含氮量为12.90，用量为300g。加入硝化棉重量1.5％的安定剂二苯胺，用乙醇／乙醚=1／3的混合溶剂溶解。将粒度为48μm、占硝化棉重量60％的硝酸钾或硫酸钾加入混合硝化棉中混合、捏合，常温下塑化50-60min。在专用模具(专利号：ZL200410028895.6)6～8MPa下挤压成型，在相对湿度65％-70％下，晾药24小时，切药长径比为2.5／1，在40℃-45℃下水处理(发泡)48-72小时，50℃烘干。

采用密闭爆发器测定本实施例的包覆多微孔发射药能量和静态燃烧特性，在0.2g／cm³的装填密度下测得火药力1040J／g。L-P／P_m曲线如图2所示，从图2可知本发明的包覆多微孔结构发射药达到发明的燃烧特性。

实施例三

将粒度为80μm、占硝化棉重量45％的硝酸钾或硫酸钾加入混合硝化棉中混合、捏合、成型，其他工艺条件与实施例二相同。

采用密闭爆发器测定本实施例的包覆多微孔发射药能量和静态燃烧特性，在0.2g／cm³的装填密度下测得火药力1033J／g。L-P／P_m曲线如图3所示，从图3可知本发明的包覆多微孔结构发射药达到发明的燃烧特性。

Claims (5)

1.一种包覆多微孔结构渐增性燃烧的固体发射药，为双层单孔圆柱粒状结构，其特征是：外层是密实发射药(1)，是一种以硝化棉为基础、添加乙基纤维素降低燃速的发射药，内层为多微孔发射药(2)，是一种以硝化棉为基础的多微孔发射药；密实发射药的燃烧表面积为S₁，多微孔发射药的燃烧表面积为S₂，则S₁、S₂满足下述关系式：

S₁/S₂＜1。

2.根据权利要求1所述的一种包覆多微孔结构渐增性燃烧的固体发射药，其特征是：所述密实发射药与内层多微孔发射药燃烧弧厚比在0.25-0.4之间。

3.根据权利要求1所述的一种包覆多微孔结构渐增性燃烧的固体发射药，其特征在于：所述的密实发射药(1)是一种以硝化棉为基础的制式发射药，加入乙基纤维素，加入质量以密实发射药中硝化棉干量计，为5％-20％。

4.根据权利要求1所述的一种包覆多微孔结构渐增性燃烧的固体发射药，其特征在于：所述的多微孔发射药(2)是一种以硝化棉为基础的低密度疏松发射药，此发射药内部存在许多不规则、分布较均匀的孔穴，以提高燃烧面积；采用物理致孔剂得到孔穴，选用物理致孔剂KNO₃或K₂SO₄，其加入质量以多微孔发射药中硝化棉干量计，为25％-70％，粒度为48μm-125μm。

5.一种制备如权利要求1-4中任一项所述的一种包覆多微孔结构渐增性燃烧的固体发射药的方法，其具体加工步骤为：

(1)密实层发射药制备：用乙醇/乙醚混合溶剂预先溶解乙基纤维素，制成溶胶状，加入混合硝化棉中捏合，塑化，压条；

(2)多微孔层发射药制备：将一定粒度的致孔剂与混合硝化棉均匀混合，加乙醇/乙醚混合溶剂捏合，塑化，压条；

(3)发射药制备：将密实层发射药和多微孔层发射药装入专用模具中，在一定压力下挤压成型，经晾药、切药、温水处理致孔或发泡、烘干、选药步骤制得最终产品。