CN106565387B

CN106565387B - 一种用于cl-20基浇注pbx炸药的复合增塑剂及制备方法

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Publication number: CN106565387B
Application number: CN201610900038.3A
Authority: CN
Inventors: 焦清介; 朱艳丽; 欧亚鹏; 郭学永; 闫石
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2020-09-15
Anticipated expiration: 2036-10-14
Also published as: CN106565387A

Abstract

本发明提供了一种用于CL‑20基浇注PBX炸药的复合增塑剂及制备方法。所述复合增塑剂含有酯类化合物和液体石蜡；所述酯类化合物的通式为

其中，R₁和R₂各自选自C₆～C₁₂的直链或支链烷基；以该复合增塑剂的总重量为基准，所述酯类化合物的含量为1～99重量％，优选为20～80重量％，所述液体石蜡的含量为1～99重量％，优选为20～80重量％。本发明的复合增塑剂与HTPB的互溶性好，含水量低、纯度高，燃烧热值高，真空安定性好，将其应用于CL‑20基浇注PBX炸药时，炸药固含量高，力学性能可调控，工艺性好，且制备耗时短，能耗低。

Description

一种用于CL-20基浇注PBX炸药的复合增塑剂及制备方法

技术领域

本发明属于CL-20基PBX炸药的浇注领域，具体涉及一种用于CL-20基浇注PBX炸药的复合增塑剂，一种用于CL-20基浇注PBX炸药的复合增塑剂的制备方法，以及由该制备方法制得的复合增塑剂。

背景技术

CL-20(六硝基六氮杂异伍兹烷)是近几年来发现合成的新型高密度、高能量、高爆压、高爆速的笼形化合物，是迄今为止应用的能量最高的单质炸药。然而，将CL-20应用到浇注PBX炸药过程中，CL-20会溶解于常用的酯类增塑剂中，造成了极大的能量损失及安全隐患。目前应用于浇注PBX中的增塑剂包括已二酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯等，其对CL-20均有较大的溶解性。

由于存在以上缺点，国外开发出了使用异癸酯类作为增塑剂的CL-20基装药。使用异癸酯类作为增塑剂的CL-20基装药工艺性能良好，并且CL-20在其中的溶解度也较小。但由于异癸酯与HTPB的互溶性不好，增塑剂在装药中发生迁移等问题，因此装药存在渗油等弊病；而且，异癸酯的合成难度大，导致其成本极高。

浇注PBX炸药的成型过程主要是由于其中的端羟基高分子与异氰酸酯固化剂发生交联反应生成网状结构。但增塑剂及炸药中存在的小分子杂质与水分严重影响了交联反应的进行。尤其是增塑剂中存在的水分会与异氰酸酯固化剂反应生成二氧化碳气体，导致装药中存在气孔，严重影响了装药的质量。目前对炸药中使用的增塑剂前处理过程没有明确的规定，通常使用的方法是将增塑剂置于干燥烘箱中干燥1至2周，以除去其中的水分及小分子杂质。但这样方法不仅需要消耗大量的能源与时间，并且经过处理的物料中的小分子杂质及水分是否已达到最低水平也存在异议。

因此，亟需提供一种新的增塑剂，该增塑剂含水量低、纯度高，用于CL-20基浇注PBX炸药时与HTPB的互溶性好，制备的炸药具有固含量高、力学性能可调控等优点。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于CL-20基浇注PBX炸药的复合增塑剂，一种用于CL-20基浇注PBX炸药的复合增塑剂的制备方法，以及由该制备方法制得的复合增塑剂。

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种用于CL-20基浇注PBX炸药的复合增塑剂，所述复合增塑剂含有酯类化合物和液体石蜡；

所述酯类化合物的通式为

其中，R₁和R₂各自选自C₆～C₁₂的直链或支链烷基；

以该复合塑剂的总重量为基准，所述酯类化合物的含量为1～99重量％，优选为20～80重量％，所述液体石蜡的含量为1～99重量％，优选为20～80重量％。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种用于CL-20基浇注PBX炸药的复合增塑剂的制备方法，该方法包括：对酯类化合物和液体石蜡进行减压加热旋蒸处理，得到所述复合增塑剂；

其中，所述酯类化合物的通式为

其中，R₁和R₂各自选自C₆～C₁₂的直链或支链烷基；以该复合塑剂的总重量为基准，所述酯类化合物的含量为1～99重量％，优选为20～80重量％，所述液体石蜡的含量为1～99重量％，优选为20～80重量％。

根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种用于CL-20基浇注PBX炸药的复合增塑剂的制备方法制得的复合增塑剂。

本发明的复合增塑剂与HTPB的互溶性好，燃烧热值高，真空安定性好。采用本发明的用于CL-20基浇注PBX炸药的复合增塑剂的制备方法制得的复合增塑剂含水量低、纯度高，将其应用于CL-20基浇注PBX炸药时，炸药固含量高，力学性能可调控，工艺性好；所述制备方法耗时短，能耗低。

具体实施方式

为使本发明更加容易理解，下面将结合实施例来详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不用于限制本发明。

所述酯类化合物的通式为

其中，R₁和R₂各自选自C₆～C₁₂的直链或支链烷基；

以该复合增塑剂的总重量为基准，所述酯类化合物的含量为1～99重量％，所述液体石蜡的含量为1～99重量％。

C₆～C₁₂的直链或支链烷基的具体实例包括但不限于以下基团中的至少一种：正己基、2-甲基戊基、正庚基、2-甲基己基、2-乙基戊基、正辛基、2-乙基己基、正壬基、2-甲基辛基、2-乙基庚基、正癸基、8-甲基壬基和2-甲基壬基、十二烷基。

优选情况下，R₁选自正庚基、正辛基或正壬基。

优选情况下，R₂选自正壬基、8-甲基壬基或十二烷基。

更优选地，所述酯类化合物选自壬酸壬酯、壬酸异癸酯、辛酸异癸酯、癸酸异癸酯和辛酸月桂酯中的至少一种。

优选地，以该复合增塑剂的总重量为基准，所述酯类化合物的含量为20～80重量％。

本发明中，所述液体石蜡含有C₁₆～C₂₄的直链烷烃中的至少一种。本领域公知的是，液体石蜡的主要成分为直链烷烃，其含量占到75～100重量％。

优选地，所述液体石蜡含有C₁₆～C₂₀的直链烷烃中的至少一种。

具体地，所述液体石蜡可含有C₁₆～C₂₀的直链烷烃的混合物、C₁₈～C₂₀的直链烷烃的混合物、C₁₆～C₁₈的直链烷烃的混合物、C₂₀的直链烷烃或C₁₈的直链烷烃。

优选地，以该复合增塑剂的总重量为基准，所述液体石蜡的含量为20～80重量％。

其中，所述酯类化合物的通式为

其中，R₁和R₂各自选自C₆～C₁₂的直链或支链烷基；以该复合增塑剂的总重量为基准，所述酯类化合物的含量为1～99重量％，所述液体石蜡的含量为1～99重量％。

优选地，以该复合增塑剂的总重量为基准，所述酯类化合物的含量为20～80重量％，所述液体石蜡的含量为20～80重量％。

另外，对R₁和R₂，以及液体石蜡的具体阐述及优选情况与前文描述相同，在此不作赘述。

本发明中，所述的减压加热旋蒸处理可以采用旋转蒸发仪进行。

按照一种优选的实施方式，本发明所述的制备方法具体包括以下步骤：

1)抽真空：按照重量配比，将酯类化合物和液体石蜡密封于旋蒸瓶中，进行抽真空；

2)旋蒸处理：于50～100℃下，对所述酯类化合物和液体石蜡进行旋蒸。

步骤1)中，所述抽真空使得旋蒸瓶的真空度可以为-0.1至0MPa，目的是将所述旋蒸瓶中的空气抽除完全。

步骤2)中，所述旋蒸处理的温度优选为70～100℃。

步骤2)中，所述旋蒸处理的转速可以为10～100rpm，优选为20～60rpm。

步骤2)中，所述旋蒸处理的时间可以为1～4h，优选为2～3h。

本发明的复合增塑剂含水量低、纯度高，真空安定性好，将其应用于CL-20基浇注PBX炸药时，与HTPB的互溶性好，炸药固含量高，力学性能可调控，工艺性好。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

在以下实施例及对比例中：

液体石蜡：购自北京化工厂，主要成分为C₁₆～C₂₀的直链烷烃。

壬酸异癸酯：购自中北大学。

壬酸壬酯：购自南京理工大学。

辛酸异癸酯：购自南京理工大学。

溶度参数：通过溶胀度法进行测定。

燃烧热值：按照GJB 772A-97《炸药试验方法》方法701.1爆热恒温法和绝热法测量。

真空安定性：按照GJB772A-97《炸药试验方法》方法501.2压力传感器法检测。

炸药粘度：按照GJB772A-97《炸药试验方法》方法412.1流出法进行检测。

力学性能：按照GJB772A-97《炸药试验方法》方法417.1和418.1电子引伸计法进行检测。

实施例1

本实施例用于说明本发明的用于CL-20基浇注PBX炸药的复合增塑剂及制备方法。

所述复合增塑剂含有壬酸异癸酯和液体石蜡；以该复合增塑剂的总重量为基准，壬酸异癸酯的含量为33重量％，液体石蜡的含量为67重量％。

将上述复合增塑剂通过以下具体操作进行制备：

第一步：将壬酸异癸酯和液体石蜡密封于旋蒸瓶中，采用真空泵将旋蒸瓶减压至-0.1MPa；

第二步：加热温度至90℃，调节旋蒸转速为50rpm，旋蒸2h，从而得到复合增塑剂A。

实施例2

所述复合增塑剂含有辛酸异癸酯和液体石蜡；以该复合增塑剂的总重量为基准，辛酸异癸酯的含量为66重量％，液体石蜡的含量为34重量％。

将上述复合增塑剂通过以下具体操作进行制备：

第一步：将辛酸异癸酯和液体石蜡密封于旋蒸瓶中，采用真空泵将旋蒸瓶减压至-0.09MPa；

第二步：加热温度至80℃，调节旋蒸转速为60rpm，旋蒸3h，从而得到复合增塑剂B。

实施例3

所述复合增塑剂含有壬酸壬酯、辛酸异癸酯和液体石蜡；以该复合增塑剂的总重量为基准，壬酸壬酯的含量为33重量％，辛酸异癸酯的含量为33重量％，液体石蜡的含量为34重量％。

将上述复合增塑剂通过以下具体操作进行制备：

第一步：将壬酸壬酯、辛酸异癸酯和液体石蜡密封于旋蒸瓶中，采用真空泵将旋蒸瓶减压至-0.08MPa；

第二步：加热温度至90℃，调节旋蒸转速为40rpm，旋蒸3h，从而得到复合增塑剂C。

实施例4

将实施例1的复合增塑剂的原料混合，置于普通烘箱中，于80℃下干燥1周，从而得到复合增塑剂D。

上述实施例1-4的复合增塑剂，以及各原料和HTPB的性能参数如表1所示。

表1

物质	溶度参数/(J·cm<sup>-3</sup>)<sup>1/2</sup>	燃烧热值/cal·g<sup>-1</sup>	真空安定性/mL·g<sup>-1</sup>
				液体石蜡	16.34	10510	0.104
壬酸异癸酯	16.17	9250	0.120
				辛酸异癸酯	15.96	9120	0.134
壬酸壬酯	16.17	9250	0.105
				HTPB	17.35	-	-
复合增塑剂A	16.85	9712	0.087
				复合增塑剂B	16.22	9584	0.092
复合增塑剂C	16.79	9756	0.085
				复合增塑剂D	16.53	9621	0.095

从表1中可以看出，实施例1-4的复合增塑剂的溶度参数与HTPB的溶度参数较接近，其与HTPB的互溶性优于相应酯类化合物，燃烧热值均高于相应的酯类化合物，真空安定性优于相应的酯类化合物和液体石蜡。复合增塑剂A较复合增塑剂D的溶度参数与HTPB的溶度参数接近，燃烧热值高，真空安定性好，采用本发明的减压加热旋蒸法制备的复合增塑剂性能更优。

将实施例1-4所得的复合增塑剂、辛酸异癸酯、壬酸异癸酯、壬酸壬酯和液体石蜡用于炸药固含量为85％的浇注炸药中，浇注炸药的粘度与力学性能见表2。

表2

增塑剂种类	粘度/Pa·s	拉伸强度/MPa	断裂伸长率/％	压缩强度/MPa
					壬酸壬酯	1650.0	1.02	397	1.59
壬酸异癸酯	1655.5	1.02	418	1.57
					辛酸异癸酯	1787.1	0.96	438	1.03
液体石蜡	1143.5	1.61	179	2.08
					复合增塑剂A	1264.0	1.39	245	1.76
复合增塑剂B	1098.7	1.04	392	1.24
					复合增塑剂C	1136.2	1.26	257	1.65
复合增塑剂D	1285.3	0.94	232	1.21

从表2中可以看出，使用实施例1-4所得的复合增塑剂制备的固含量为85％的炸药样品的粘度低于使用相应酯类化合物制备的炸药样品的粘度，在相同的粘度条件下，本发明的复合增塑剂的炸药固含量较高。使用实施例1-4的复合增塑剂制备的固含量为85％的炸药样品的拉伸强度和压缩强度均优于相应的酯类化合物制备的炸药样品，其断裂伸长率优于液体石蜡制备的炸药样品。炸药的粘度及力学性能可以根据本发明复合增塑剂的组成及复合比例进行调控，工艺性能较好。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims

1.一种用于CL-20基浇注PBX炸药的复合增塑剂，其特征在于，所述复合增塑剂由酯类化合物和液体石蜡组成；

以该复合增塑剂的总重量为基准，所述酯类化合物的含量为66重量％，所述液体石蜡的含量为34重量％；

所述酯类化合物为辛酸异癸酯；所述液体石蜡含有C₁₆～C₂₀的直链烷烃中的至少一种；

所述的CL-20基浇注PBX炸药的复合增塑剂通过以下具体操作进行制备：

第二步：加热温度至80℃，调节旋蒸转速为60rpm，旋蒸3h，从而得到复合增塑剂。

2.一种用于CL-20基浇注PBX炸药的复合增塑剂的制备方法，其特征在于，该方法具体操作如下：

第二步：加热温度至80℃，调节旋蒸转速为60rpm，旋蒸3h，从而得到复合增塑剂；

其中，以该复合增塑剂的总重量为基准，所述辛酸异癸酯的含量为66重量％，所述液体石蜡的含量为34重量％。