CN109053341A - 一种低机械感度高能复合炸药及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低机械感度高能复合炸药，该复合炸药由NTO和CL‑20组成，其中CL‑20和NTO的质量比组成分别为1∶0.5～1.5。其制备方法包括以下步骤：将NTO炸药固体加入到水中，搅拌下升温至NTO完全溶解，得到NTO水溶液；将CL‑20炸药固体和表面活性剂加入到水中，控制温度在20℃以下，搅拌得到CL‑20的水悬浮液，然后将NTO水溶液缓慢加入至CL‑20的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/CL‑20复合炸药。本发明的复合炸药，具有密度高、爆速高、机械感度低等优点，有效降低了CL‑20的机械感度，提高了CL‑20安全性。

Description

一种低机械感度高能复合炸药及制备方法
技术领域
本发明涉及一种低机械感度高能复合炸药及制备方法，该复合炸药由NTO和CL-20组成，属于含能材料领域。
背景技术
NTO(化学名称为3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮)是一种性能优良的高能低感单质炸药，晶体密度为1.93g/cm3，理论爆速为8670m/s；摩擦感度为8％(3.92MPa，90°摆角)，特性落高H50为102.3cm(5kg落锤)，冲击感度为16％(10kg落锤，25cm落高)。NTO能量接近黑索金，具有较高的热稳定性和化学稳定性，并具有优良的耐X-射线和紫外线辐射能力，可以作为敏感炸药的钝感包覆剂。
CL-20(化学名称为六硝基六氮杂异伍兹烷)是一种笼形多硝胺化合物，其能量和密度比其它单环硝胺高，其理论爆速达到9550rn/s，是迄今所知具有应用价值的爆速最高的单质炸药，是火炸药各领域的研究热点。因此，推动CL-20的广泛应用，是研制新型武器装备和现役武器装备更新换代的重要技术途径。但CL-20自身的机械感度较高，冲击感度、摩擦感度均为100％，使得CL-20在加工、运输和贮存过程中存在安全隐患，制约了其在武器型号中的应用。为了促进CL-20在高性能固体推进剂和高能炸药等方面更安全地使用，必须对其进行降感处理。
陈鲁英(含能材料，2006，14(3)：171-173)用高聚物粘结剂Estane和石墨G组成的复合钝感剂包覆CL-20，撞击感度H50由18.6cm提高到38.0cm。李俊龙(火炸药学报，2012，35(1)：23-26)用EPDM橡胶(乙烯、丙烯和非共轭二烯烃的三元共聚物)为粘结剂包覆CL-20，撞击感度H50由15.9cm提高到40.7cm。姜夏冰(危险物质与安全应急技术研讨会，2011)用氟树脂(FPM)包覆CL-20，撞击感度H50提高到28cm；用聚氨酯(PU)包覆CL-20，撞击感度H50提高到18cm；用乙丙橡胶(EP)包覆CL-20，撞击感度H50提高到20cm。侯聪花(火工品，2016，3:26-29)以Estane为粘结剂，TATB为钝感剂，采用水悬浮法包覆CL-20，撞击感度H50由30.64cm提高到44.57cm。这表明采用包覆是降低CL-20炸药感度的有效方法，但因为高聚物粘结剂Estane、石墨、EPDM橡胶、氟树脂(FPM)、聚氨酯(PU)、乙丙橡胶(EP)等均为惰性非含能材料，加入后会降低CL-20炸药的爆轰输出能量；TATB为钝感含能材料，但爆速为7500rn/s，能量较低加入后也会降低CL-20炸药的爆轰输出能量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种输出能量高、机械感度低的NTO/CL-20复合炸药及制备方法。
本发明的低机械感度高能复合炸药，其制备方法是以高能炸药NTO为钝感剂，水为溶剂，采用原位包覆法，使NTO晶体在析出的过程中附着在CL-20晶体表面，形成以NTO晶体包覆CL-20晶粒的NTO/CL-20高能复合炸药，实现CL-20的高效降感，同时保证其能量输出水平。
本发明中的NTO炸药的结构式如(Ⅰ)所示，CL-20炸药结构式如(Ⅱ)所示：
本发明的低机械感度高能复合炸药由NTO和CL-20组成，其中CL-20和NTO的质量比组成分别为1∶0.5～1.5，所述NTO的纯度≥99％，CL-20的纯度≥99％。
本发明的低机械感度高能复合炸药的制备方法，包括以下步骤：
(1)将NTO炸药固体加入到水中，搅拌转速为100r/min～300r/min下升温到60℃～80℃至NTO完全溶解，得到NTO水溶液；其中，NTO与水的质量比为1∶10～20。
(2)将水的温度控制在20℃以下，加入CL-20炸药固体和表面活性剂到水中，搅拌转速为200r/min～350r/min下得到CL-20的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至CL-20的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/CL-20复合炸药；其中，CL-20与NTO、水、表面活性剂的质量比为1∶0.5～1.5∶5～10∶0.01～0.05；表面活性性为聚乙二醇十八烷基醚、聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠中的一种。
本发明的优选技术方案，具体包括以下步骤：
(1)将NTO炸药固体加入到水中，搅拌转速为200r/min下升温到80℃至NTO完全溶解，得到NTO水溶液；其中，NTO与水的质量比为1∶10。
(2)将水的温度控制在0℃～5℃，加入CL-20炸药固体和表面活性剂聚乙烯醇到水中，搅拌转速为300r/min下得到CL-20的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至CL-20的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/CL-20复合炸药；其中，CL-20与NTO、水、表面活性剂的质量比为1∶1∶10∶0.02。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明方法有效地降低了CL-20炸药的机械感度。CL-20炸药晶体的摩擦感度由包覆前的100％降低到80％(3.92MPa，90°摆角)，冲击感度由包覆前的100％降低到84％(10kg落锤，25cm落高)。同时保证了炸药能量输出水平，而对比技术中，虽然对CL-20进行了有效降感，但同时也降低了CL-20炸药能量输出水平。
附图说明
图1是NTO/CL-20复合炸药晶体放大400倍的扫描电镜图
图2是NTO/CL-20复合炸药晶体放大1000倍的扫描电镜图
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明，需要说明的是，这些实施例是较优的例子，主要用于理解本发明，但本发明不受下列实施例的限制。
实施例1
(1)向带搅拌的三口瓶中，加入50g水，再加入5g NTO炸药固体，搅拌转速为200r/min，升温到80℃至NTO完全溶解，保温备用；
(2)向带搅拌的三口瓶中，加入50g水，将水的温度控制在0℃～5℃，再加入5g CL-20炸药固体和0.02g聚乙烯醇，搅拌转速为300r/min，得到CL-20的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至CL-20的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/CL-20复合炸药。
实施例2
(1)向带搅拌的三口瓶中，加入75g水，再加入5g NTO炸药固体，搅拌转速为200r/min，升温到80℃至NTO完全溶解，保温备用；
(2)向带搅拌的三口瓶中，加入100g水，将水的温度控制在0℃～5℃，再加入10gCL-20炸药固体和0.05g聚乙烯醇，搅拌转速为300r/min，得到CL-20的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至CL-20的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/CL-20复合炸药。
实施例3
(1)向带搅拌的三口瓶中，加入100g水，再加入7.5g NTO炸药固体，搅拌转速为200r/min，升温到80℃至NTO完全溶解，保温备用；
(2)向带搅拌的三口瓶中，加入50g水，将水的温度控制在0℃～5℃，再加入5g CL-20炸药固体和0.03g聚乙烯醇，搅拌转速为200r/min，得到CL-20的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至CL-20的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/CL-20复合炸药。
实施例4
(1)向带搅拌的三口瓶中，加入50g水，再加入5g NTO炸药固体，搅拌转速为200r/min，升温到80℃至NTO完全溶解，保温备用；
(2)向带搅拌的三口瓶中，加入50g水，将水的温度控制在0℃～5℃，再加入5g CL-20炸药固体和0.01g聚乙二醇十八烷基醚，搅拌转速为200r/min，得到CL-20的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至CL-20的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/CL-20复合炸药。
实施例5
(1)向带搅拌的三口瓶中，加入50g水，再加入5g NTO炸药固体，搅拌转速为200r/min，升温到80℃至NTO完全溶解，保温备用；
(2)向带搅拌的三口瓶中，加入100g水，将水的温度控制在0℃～5℃，再加入10gCL-20炸药固体和0.04g十二烷基磺酸钠，搅拌转速为300r/min，得到CL-20的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至CL-20的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/CL-20复合炸药
实施例6
(1)向带搅拌的三口瓶中，加入100g水，再加入7.5g NTO炸药固体，搅拌转速为200r/min，升温到80℃至NTO完全溶解，保温备用；
(2)向带搅拌的三口瓶中，加入100g水，将水的温度控制在0℃～5℃，再加入5gCL-20炸药固体和0.02g聚乙二醇十八烷基醚，搅拌转速为200r/min，得到CL-20的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至CL-20的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/CL-20复合炸药
本发明的NTO/CL-20复合炸药性能测试：
将实施例1-6得到的NTO/CL-20复合炸药及原料CL-20以下述方法测试或计算得到相关性能，列于表1：密度采用GJB772A-1997方法401.1进行；爆速试验采用GJB772A-1997方法702.1进行，然后根据Kamlet公式反算其理论爆速；撞击感度试验采用GJB772A-1997方法601.1进行评价。
表1实施例性能数据
理论密度/(g/cm<sup>3</sup>) 理论爆速/(m/s) 特性落高H<sub>50</sub>/cm
原料CL-20 2.04 9600 10.7
原料NTO 1.93 8700 102.3
实施例1 1.868 8906 11.6
实施例2 1.871 9035 11.1
实施例3 1.859 8848 12.7
实施例4 1.867 8898 12.0
实施例5 1.869 9031 12.1
实施例6 1.856 8852 11.3
由表1可以看出，本发明方法以高能炸药NTO为钝感剂包覆CL-20，撞击感度H50有了大幅提高，而理论爆速下降幅度较小，但同时理论密度均有大幅提高，从而实现了CL-20的高效降感，同时保证了炸药能量输出水平。

Claims (3)

1.一种低机械感度高能复合炸药，其特征在于，该低机械感度高能复合炸药由NTO和CL-20组成，其中CL-20和NTO的质量比组成分别为1∶0.5～1.5，所述NTO的纯度≥99％，CL-20的纯度≥99％。
2.如权利要求1所述的一种低机械感度高能复合炸药的制备方法，包括如下步骤：
(1)将NTO炸药固体加入到水中，搅拌转速为100r/min～300r/min下升温到60℃～80℃至NTO完全溶解，得到NTO水溶液；其中，NTO与水的质量比为1∶10～20；
(2)将水的温度控制在20℃以下，加入CL-20炸药固体和表面活性剂到水中，搅拌转速为200r/min～350r/min下得到CL-20的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至CL-20的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/CL-20复合炸药；其中，CL-20与NTO、水、表面活性剂的质量比为1∶0.5～1.5∶5～10∶0.01～0.05；表面活性性为聚乙二醇十八烷基醚、聚乙烯醇、聚乙二醇、十二烷基磺酸钠中的一种。
3.根据权利要求2所述的一种低机械感度高能复合炸药的制备方法，包括如下步骤：
(1)将NTO炸药固体加入到水中，搅拌转速为200r/min下升温到80℃至NTO完全溶解，得到NTO水溶液；其中，NTO与水的质量比为1∶10；
(2)将水的温度控制在0℃～5℃，加入CL-20炸药固体和表面活性剂聚乙烯醇到水中，搅拌转速为300r/min下得到CL-20的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至CL-20的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/CL-20复合炸药；其中，CL-20与NTO、水、表面活性剂聚乙烯醇的质量比为1∶1∶10∶0.02。
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