CN108191587B - 一种原位生成碳纤维炸药的方法及使用该方法的炸药 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位生成碳纤维炸药的方法及使用该方法的炸药，尤其涉及一种使用耐高温材料包覆固体单质炸药并原位生成碳纤维炸药的方法。按重量份数主要由下述组分组成：固体单质炸药75‑95份、耐高温包覆剂2‑6份、导电聚合物5‑15份、二茂铁10‑30份。本发明通过四步法制备出碳纤维炸药，在微波作用下耐高温材料包覆后的炸药颗粒外表面会原位生成碳纤维，使炸药颗粒之间形成统一体，大大改善了炸药的力学性能和爆轰性能。并且工艺简单、原材料来源广泛、成本低廉，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种炸药，更具体地说是碳纤维炸药，尤其涉及一种原位生成碳纤维炸药的方法及使用该方法的炸药。
背景技术
炸药是一种在一定的外界能量刺激下，可在极短时间内剧烈燃烧(即爆炸)的物质。时代的发展和进步对炸药的力学性能、爆轰性能等方面提出了更高的要求，炸药开始朝着爆炸威力大、作功能力强、安全可靠环保等方向发展。优异的力学性能，可以抵抗炸药在运输过程中的颠簸震动、满足武器发射过程中的振动冲击和过载要求，提高抗压性能等；而优异的爆轰性能，可以提高爆炸威力和作功能力。对于大多数单质炸药而言，炸药的力学性能和表面特性差，颗粒之间会存在摩擦、撞击、间隙等问题，严重影响到炸药的存储、运输和使用效果。如果能在改善炸药力学性能、表面特性和机械感度的同时，在炸药颗粒之间架起导热的“桥梁”，则不仅可以提高炸药在存储和运输过程中的安全性，并且因炸药颗粒之间存在导热材料，因而可提高其传爆能力和爆轰性能。因此，如何对炸药颗粒进行有效包覆，同时将炸药颗粒之间巧妙的连接起来是一个亟需解决的问题。
CN106083494A公布了一种采用塑化Estane5703包覆CL-20炸药的方法，其采用水悬浮技术，在炸药表面形成致密均匀的薄膜，显著降低了炸药的机械感度。但是该包覆膜不耐高温，受温度影响较大，而且其中微晶蜡的加入降低了炸药的感度，主要适合于包覆高感度的危险炸药。CN106045799A公布了一种高强度钛基纤维炸药，将高强度钛纤维添加到固体单质炸药或者混合炸药中，来提高钛基纤维炸药的力学性能，使得炸药在生产、储存、运输方面的安全性得到了大大增强，同时使得炸药体积能量密度有了明显提高，但是钛纤维会提高炸药的感度，且价格昂贵，增加了炸药的使用成本。CN105111032A公布了一种高强度低脆性炸药及其制备方法，由于碳纤维的加入使得炸药的脆性有较大的降低，同时爆轰性能、密度等关键性能可保持不变，满足了特殊爆破作业对高强度、低脆性炸药的需求。但该发明存在如下缺点：在该高强度低脆性炸药的制作过程中碳纤维分五次加入，每次都在捏合机中长时间的搅拌混合，会导致加入的碳纤维受到不同程度的破环，因而严重影响到制备的炸药的强度和脆性。另外，高强度低脆性炸药在混合完成后会熔融、浇注、固化成形，而形状一旦固定住，则适用的场合和范围将会有所约束。US2011/0223343A1公布了一种合成碳纳米管的方法，其使用一种材料同时作为碳源和催化剂，并在微波能源的作用下生成碳纳米管。该方法所需设备简单、成本低廉，便于规模化生产，应用前景非常广阔，同时利用该方法可在复合材料增强体表面生长出纳米碳管森林，进而有效地增强复合材料的界面力学性能，特别是抗疲劳断裂能力。至今，未发现将微波生成碳纤维技术用于原位生成碳纤维炸药的报道。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，目的之一在于提供一种原位生成碳纤维炸药的方法。
本发明的另外一个目的在于提供一种使用该方法的碳纤维炸药。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种原位生成的碳纤维炸药，主要由下述重量份数组成：固体单质炸药75-95份、耐高温包覆剂2-6份、导电聚合物5-15份、二茂铁10-30份。
优选地，按重量份数主要由下述组分组成：固体单质炸药75-85份、耐高温包覆剂2-4份、导电聚合物5-10份、二茂铁10-20份。
优选地，按重量份数主要由下述组分组成：固体单质炸药77份、耐高温包覆剂3份、导电聚合物7份、二茂铁13份。
优选地，所述一种原位生成碳纤维炸药的制备方法，具体步骤如下：
St1：先将耐高温包覆剂用酒精稀释后制得稀释液，再将耐高温包覆剂的稀释液与固体单质炸药按照质量比混合搅拌均匀，并在真空干燥箱中烘干，真空干燥箱的温度控制在40-60℃，干燥时间为60-90分钟，制得包覆剂包覆的固体单质炸药。
St2：在St1所得的包覆炸药中按一定质量比加入导电聚合物和二茂铁粉末，缓慢搅拌10-20分钟，使其混合均匀，最终得到耐高温材料包覆的炸药、导电聚合物、二茂铁三者的混合物。
St3：将St2制得的耐高温材料包覆的炸药、导电聚合物、二茂铁三者的混合物放入压药机中，制成柱状压装装药。
St4：将St3制得的柱状压装装药置于微波加热器中，功率控制在700-1000w，时间控制在5-15s，最终得到一种原位生成碳纤维的炸药。
优选地，所述St1中，耐高温包覆剂为氮化硼、碳化硅、氮化硅、磷化硼、磷化硅中的一种。
优选地，所述St1中，固体单质炸药粉末为黑索金、TNT、奥克托金、太安中的一种。
优选地，所述St2中，导电聚合物为聚苯胺、聚砒咯、聚噻吩、聚乙炔、聚苯撑乙烯和聚双炔中的一种。
本发明采用上述技术方案具有的有益技术效果：
1、本发明利用原位生成碳纤维的方法不仅能提高炸药的爆轰性能和力学性能，同时能有效避免传统炸药通过添加碳纤维增强力学性能时，因搅拌导致碳纤维会受到不同程度的破环，从而严重影响所制备炸药的强度和脆性。
2、本发明是装药压装成型后，利用微波在其颗粒之间形成碳纤维，因而其整体性较传统先添加碳纤维后成型的炸药更好，其混合均匀度也更高，力学和爆轰性能也更佳。
3、利用耐高温包覆材料将炸药颗粒包覆起来，可以避免原位生成碳纤维时炸药颗粒的熔化，同时降低炸药的感度，提高炸药的安全性。
4、微波原位生成的碳纤维能够有效改善炸药的力学和爆轰性能，并且原材料来源广泛、生产技术成熟、价格低廉，因而具有很好的应用前景。
附图说明
图1是微波作用前柱状压装混合炸药的结构示意图，图1中1是固体炸药颗粒，图1中2是耐高温包覆材料，图1中3是二茂铁粉末，图1中4是导电聚合物粉末；图2是微波作用前柱状压装混合炸药的结构示意图，图2中1是固体炸药颗粒，图2中2是耐高温包覆材料，图2中3是原位生长的碳纤维。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不构成对本发明的任何限制。
实施例1
原位生成碳纤维的TNT炸药：该碳纤维炸药中TNT的质量比为76％，耐高温包覆剂氮化硼的质量比为4％，导电聚合物聚吡咯的质量比为5％，二茂铁的质量比为15％。
原位生成碳纤维TNT炸药的制备方法，具体方法步骤如下：
St1：先将氮化硼用酒精稀释后制得稀释液，再将氮化硼的稀释液与TNT炸药颗粒按照质量比混合搅拌均匀，并在真空干燥箱中烘干，真空干燥箱的温度控制在室温60℃，干燥时间为70分钟，制得氮化硼包覆的TNT炸药。
St2：在St1所得的包覆炸药中按一定质量比加入聚吡咯和二茂铁粉末，缓慢搅拌16分钟，使其混合均匀，最终得到氮化硼包覆的TNT炸药、聚吡咯、二茂铁三者的混合物。
St3：将St2制得的氮化硼包覆的TNT炸药、聚吡咯、二茂铁的混合物放入压药机中，制成柱状压装装药。
St4：将St3制得的柱状压装装药置于微波加热器中，功率控制在1000W，时间控制在15s，最终得到原位生成碳纤维的TNT炸药。
实施例2
原位生成碳纤维的黑索金炸药：该碳纤维炸药中黑索金的质量比为80％，耐高温包覆剂碳化硅的质量比为3％，导电聚合物聚苯胺的质量比为6％，二茂铁的质量比为11％。
原位生成碳纤维黑索金炸药的制备方法，具体方法步骤如下：
St1：先将碳化硅用酒精稀释后制得稀释液，再将碳化硅的稀释液与黑索金炸药颗粒按照质量比混合搅拌均匀，并在真空干燥箱中烘干，真空干燥箱的温度控制在室温50℃，干燥时间为75分钟，制得碳化硅包覆的黑索金炸药。
St2：在St1所得的包覆炸药中按一定质量比加入聚苯胺和二茂铁粉末，缓慢搅拌14分钟，使其混合均匀，最终得到碳化硅包覆的黑索金炸药、聚苯胺、二茂铁三者的混合物。
St3：将St2制得的碳化硅包覆的黑索金炸药、聚苯胺、二茂铁的混合物放入压药机中，制成柱状压装装药。
St4：将St3制得的柱状压装装药置于微波加热器中，功率控制在900W，时间控制在12s，最终得到原位生成碳纤维的黑索金炸药。
实施例3
原位生成碳纤维的太安炸药：该炸药中太安质量比为75％，耐高温包覆剂氮化硅质量比为4％，导电聚合物聚噻吩质量比为5％，二茂铁质量比为16％。
原位生成碳纤维太安炸药的制备方法，具体方法步骤如下：
St1：先将氮化硅用酒精稀释后制得稀释液，再将氮化硅的稀释液与太安炸药颗粒按照质量比混合搅拌均匀，并在真空干燥箱中烘干，真空干燥箱的温度控制在室温65℃，干燥80分钟，制得氮化硅包覆的太安炸药。
St2：在St1所得的包覆炸药中按一定质量比加入聚噻吩和二茂铁粉末，缓慢搅拌20分钟，使其混合均匀，最终得到氮化硅包覆的太安炸药、聚噻吩、二茂铁三者的混合物。
St3：将St2制得的氮化硅包覆的太安炸药、聚噻吩、二茂铁的混合物放入压药机中，制成柱状压装装药。
St4：将St3制得的柱状压装装药置于微波加热器中，功率控制在900W，时间控制在15s，最终得到原位生成碳纤维的太安炸药。
实施例4
爆轰性能和力学性能测试：为了验证原位合成碳纤维对炸药爆轰性能和力学性能的影响，对实例1的样品进行了空中爆炸和力学性能测试。空中爆炸实验中，炸药样品与传感器的距离是95cm，测得的空中爆炸峰值压力如表1所示。
表1空中爆炸实验结果
从表1可以看出，加入碳纤维后能提高TNT炸药空中爆炸的冲击波峰值压力：TNT的超压峰值增加至纯TNT的1.06倍，爆热提高至原来的1.23倍，说明碳纤维能有效提高炸药的能量输出。
TNT柱状装药被加载时，裂纹扩展直到试件被破坏，破坏应变一般为0.007，破坏的TNT试件分裂出许多大块TNT碎片，表现出明显的脆性。TNT中含有碳纤维时，初始阶段试件被压实后，承载能力提高，接着塑性加载到最大抗压7.85MPa，应变为0.056，然后试件没有立即碎裂卸载，而是出现平缓卸载阶段，应变到0.067时试件仍没出现纯TNT似的破碎解体，呈现出较好的韧性。可见，原位生成的碳纤维能够改善TNT炸药的爆轰性能和整体力学强度。
Claims (2)
1.一种原位生成碳纤维炸药，其特征在于，原位生成的碳纤维能提高炸药的爆轰性能和整体力学性能；本发明是先将装药压装成型后，再利用微波在其颗粒之间原位生成碳纤维，能有效避免传统炸药通过后期添加碳纤维时因搅拌而使碳纤维会受到不同程度的破环，因而其整体性较传统先添加碳纤维后成型的炸药更好，其混合均匀度也更高；
所述原位生成碳纤维炸药主要由下述重量份数组成：固体单质炸药75-95份、耐高温包覆剂2-6份、导电聚合物5-15份、二茂铁10-30份。
2.一种如权利要求1所述的一种原位生成碳纤维炸药的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
St1：先将耐高温包覆剂用酒精稀释后制得稀释液，再将耐高温包覆剂的稀释液与固体单质炸药按照质量比混合搅拌均匀，并在真空干燥箱中烘干，真空干燥箱的温度控制在40-60℃，干燥时间为60-90分钟，制得包覆剂包覆的固体单质炸药；
St2：在St1所得的包覆炸药中按一定质量比加入导电聚合物和二茂铁粉末，缓慢搅拌10-20分钟，使其混合均匀，最终得到耐高温材料包覆的炸药、导电聚合物、二茂铁三者的混合物；
St3：将St2制得的耐高温材料包覆的炸药、导电聚合物、二茂铁三者的混合物放入压药机中，制成柱状压装装药；
St4：将St3制得的柱状压装装药置于微波加热器中，功率控制在700-1000w，时间控制在5-15s，最终得到一种原位生成碳纤维的炸药。
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