CN109206280A - 一种抗高过载压装炸药及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种抗高过载压装炸药及其制备方法，其组成包括主体炸药HMX或RDX，其质量百分比为50%~70%；金属燃料Al粉，其质量百分比为24%~44%；粘结剂质量百分比为1%~3%；降感剂质量百分比为3%~6%；偶联剂质量百分比为0%~1%；添加剂为石墨G，其质量百分比为0%~1%。本发明还公开了这种炸药的制备方法。本发明具有很好的抗高过载性能、安全性能和能量性能，炸药机械感度低、能通过100mm试验弹炮射穿靶试验考核，可以满足各类温压、侵彻、钻地战斗部主装药需求。本发明含能组分含量高，相比传统的侵彻类浇注炸药PBXIH‑135提高了密度、爆速、爆热等能量参数。

Description

一种抗高过载压装炸药及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种抗高过载压装炸药及其制备方法，属于军用含能材料领域。

背景技术

长期以来，关于抗高过载炸药的研究一直是世界各国极其重视的前沿关键技术。

以俄罗斯为首的前苏联国家，侵彻类弹药装药至今仍以含铝梯恩梯基混合炸药和A-IX-II为主，装填方式基本上采用熔铸工艺或压装工艺。熔铸工艺主要采用梯恩梯作为基体炸药，装填密度和装药威力都相对较低。同时，由于装药液固相密度的较大差异，导致装药疵病难于克服，抗过载本质安全性较差。

以美国为首的西方国家，为有效解决装药的抗过载和不敏感弹药的需求，积极开展了浇注型PBX混合炸药研究，各类侵彻弹药基本上都采用PBX炸药来替代早期广泛使用的梯恩梯、H-6或Tritonal炸药。典型的炸药配方有美国的PBXN-109、PBXIH-135、AFX-757等牌号。浇注型PBX炸药类似弹塑性体、可以吸收过载应力，具有很好的抗高过载性能，但由于成型工艺所限，炸药固体含量较低，因而炸药能量没有明显优势，并且制造工艺成本高。

国内也纷纷开展了侵彻战斗部用抗过载炸药技术研究工作，基本上有浇注型和压装型两类，其中浇注型炸药以仿制美国定型配方为主，其性能优劣如上分析所示。关于压装型配方的报道主要涉及制造工艺，压装炸药一般采用传统的水悬浮法或直接法工艺制备，该工艺应用广泛、成本低廉但是工艺过程产生了大量废液、污染环境，需要专用设施来回收利用，增加了制造成本和工艺的复杂性。

发明内容

为解决以上问题，大力发展抗过载高能炸药及绿色、低成本制造工艺技术，满足我国对各类侵彻武器弹药的强烈需求，本发明提供一种具有较高的能量和较好的侵彻安定性，可以满足现有侵彻武器装备对炸药配方兼具高威力和高安全性的需求的抗高过载压装炸药。

本发明的目的还在于提供上述抗高过载压装炸药的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案如下：

一种抗高过载压装炸药，包括主体炸药、金属燃料、粘结剂、降感剂、偶联剂和添加剂；所述主体炸药为奥克托今HMX或黑索金RDX，其质量百分比为50%~70%；

所述金属燃料为Al粉，其质量百分比为24%~44%；

所述粘结剂为乙丙橡胶EPDM、硅橡胶Q或聚丙烯酸酯橡胶ACM中的一种，其质量百分比为1%~3%；

所述降感剂为特种蜡，其质量百分比为3%~6%；

所述偶联剂为聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚乙烯亚胺PEI或聚硅氧烷W中的一种，其质量百分比为0%~1%；

所述添加剂为石墨G，其质量百分比为0%~1%。

本发明所述组份的优选配比为：

主体炸药，58%~65%；金属燃料，28%~35%；粘结剂，1%~2%；降感剂，3%~4%；偶联剂0.5%~1%；添加剂，0.5%~1%。

更进一步的技术方案是：所述主体炸药HMX或RDX为球形或经过重结晶的高品质HMX或RDX，其平均粒径为200μm ~400μm。

更进一步的技术方案是：所述Al粉为球形Al粉，其平均粒径为2μm ~30μm。

更进一步的技术方案是：所述特种蜡为微晶蜡、橡胶防护蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、有机硅蜡中的任意一种或其组合。

所述抗高过载压装炸药的制备方法，包括以下步骤：

（1）称量：称取主体炸药、金属燃料、降感剂、偶联剂、添加剂，称取粘结剂备用；

（2）配置粘结剂溶液：将粘结剂溶解于溶剂油或乙酸乙酯中制成质量分数10%~20%的粘结剂溶液；

（3）混合：将混合机水浴升温至55℃，将上述粘结剂溶液倒入混合机中，并加入降感剂、偶联剂一起混合8~10min，形成均一的“乳液”；

（4）加主体炸药：将称好的主体炸药分次加入上述“乳液”中，继续搅拌15~30min，形成粘稠状物料；

（5）加金属燃料和添加剂：将称好的金属粉和石墨加入上述粘稠状物料中，继续捏合8~15min，形成面团状物料；

（6）过筛：将上述面团状物料放入造粒机筛网内，通过滚轮揉压筛网，迫使物料过筛，形成湿造型粉；

（7）晾药：将湿造型粉平铺于铝盘内，置于50℃烘箱晾干5~7h，得到抗过载炸药造型粉。

抗过载炸药造型粉经压制形成压装炸药，压制工艺与普通相同。

本发明的抗高过载压装炸药首先选择了粗粒度的200μm ~400μm的球形或高品质的单质炸药HMX或RDX作为主体炸药，降低了混合炸药的缺陷，提高了炸药对热刺激、机械刺激的本质安全；二是采用了细粒度的2μm ~30μm球形Al粉作为金属燃料，球状、细粒度铝粉比表面积大、导热性好，能实现对炸药颗粒的良好包覆，可有效降低“热点”的温度和产生概率，提高混合炸药的抗过载能力；三是选择了耐热性较好的乙丙橡胶EPDM、硅橡胶Q或聚丙烯酸酯橡胶ACM作为粘结剂，赋予炸药良好的力学性能，以吸收过载应力；四是加入了促进主炸药和粘合剂界面粘结的偶联剂，该偶联剂能更好的润湿并铺展在炸药颗粒表面，并通过物理或化学作用与粘结剂基体相连，在高速侵彻的剪切、摩擦等作用下仍能很好的包裹主炸药，缓解高过载条件下造型粉边界的滑动和脱粘现象，进一步提高炸药的抗高过载能力；五是选择了特种蜡和添加剂石墨G作为降感剂，对主体炸药和金属粉进一步包覆、降感，并使造型粉具有良好的压制成型性。

本发明的抗高过载压装炸药在制备工艺上采取了一种“低溶剂”炸药造型粉制备工艺，制备过程溶剂用量不大于100ml/kg；该工艺采用立式捏合机对炸药进行混合包覆，工艺过程无“三废”排放，相比国内普遍采用的水悬浮法炸药造型粉制备工艺更绿色环保；同时该工艺采取了Al粉后加的方式，不仅提高了混合均匀性，而且Al粉附着在炸药颗粒表面，提高了Al粉的反应程度，进一步增加了炸药的能量（爆热）。

与现有技术相比，本发明通过配方改进和工艺改进，使炸药具有很好的抗高过载性能、安全性能和能量性能，炸药机械感度低、能通过100mm试验弹炮射穿靶试验考核，可以满足各类温压、侵彻、钻地战斗部主装药需求。本发明炸药是一种抗过载炸药造型粉，抗过载炸药造型粉经压制形成本发明的抗高过载压装炸药，其含能组分含量高，相比传统的侵彻类浇注炸药PBXIH-135提高了密度、爆速、爆热等能量参数。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。但本发明不仅局限于这几个实施例。现有技术的美国定型浇注配方PBXIH-135炸药密度为1.71g/cm³、爆速7.226km/s、爆热5398kJ/kg。现有技术的常用压装炸药制备工艺溶剂用量约为500~1000mL/kg。

实施例1

本实施例参照如下重量百分组成配方实施：

70%奥克托金（HMX）、24%Al粉、1%聚丙烯酸酯橡胶（ACM）、3% 微晶蜡、1%聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、1%石墨（G）。

采用上述配方制备300g造型粉的过程如下：按配方组成称取210g HMX、72g Al粉、3g ACM、9g微晶蜡、3g PVP和3g G，将3g ACM溶于22ml乙酸乙酯中配成浓度13%的粘结剂溶液，将混合机水浴升温至55℃，将上述粘结剂溶液倒入混合锅中，然后加入称好的微晶蜡和PVP，开启混合约10min，混合物即形成均一的“乳液”，将称好的HMX一次加入混合锅中，继续混合20min，待溶剂挥发形成粘稠状物料时，将称好的Al粉和G加入该物料中，再继续捏合10min，形成面团状物料。将上述面团状物料放入造粒机筛网（10目）内，通过滚轮揉压筛网，迫使物料过筛，形成湿造型粉。将湿造型粉平铺于铝盘内，置于50℃油浴烘箱晾干6h，得到抗高过载炸药造型粉。

该工艺溶剂用量73mL/kg，远低于常规压装炸药制备工艺。获得抗高过载炸药造型粉机械感度低（其中摩擦感度为20%，测试条件为90⁰摆角，3.92MPa下；撞击感度为4%，测试条件为10kg落锤，25cm落高），压制密度可达1.909g/cm³，爆速8.052km/s，爆热7259kJ/kg，本发明装药通过了100mm试验弹803m/s侵彻速度考核。其综合性能显著优于PBXIH-135炸药。

实施例2

本实施例参照如下重量百分组成配方实施：62%奥克托金（HMX）、32%Al粉、1%三元乙丙橡胶（EPDM）、3.5% 微晶蜡+聚乙烯蜡（微晶蜡：聚乙烯蜡=3：1）、0.5%聚乙烯亚胺（PEI）、1%石墨（G）。

采用上述配方制备300g造型粉的过程如下：按配方组成称取186g HMX、96g Al粉、3g EPDM、10.5g混合蜡、1.5g PEI和3g G，将3g EPDM 溶于18mL 90#溶剂油中配成浓度17%的粘结剂溶液，将上述粘结剂溶液倒入混合锅中，然后加入称好的混合蜡和PEI，余下造型粉制备过程与实施例1基本相同。

该工艺溶剂用量60mL/kg，远低于常规压装炸药制备工艺。获得抗高过载炸药造型粉机械感度低（其中摩擦感度为12%，测试条件为90⁰摆角，3.92MPa下；撞击感度为0%，测试条件为10kg落锤，25cm落高），压制密度可达1.948g/cm³，爆速7.834km/s，爆热7473kJ/kg，本发明装药通过了100mm试验弹805m/s侵彻速度考核。其综合性能显著优于PBXIH-135炸药。

实施例3

本实施例参照如下重量百分组成配方实施：50%黑索金（RDX）、44%Al粉、2%硅橡胶（Q）、3.5% 有机硅蜡、0.5%聚硅氧烷（W）。

采用上述配方制备300g造型粉的过程如下：按配方组成称取150g RDX、132g Al粉、6g Q、10.5g有机硅蜡、1.5g W，将6g Q溶于30mL乙酸乙酯中配成浓度18%的粘结剂溶液待用，将上述粘结剂溶液倒入混合锅中，然后加入称好的有机硅蜡和W，余下造型粉制备过程与实施例1基本相同。

该工艺溶剂用量100mL/kg，远低于常规压装炸药制备工艺。获得抗高过载炸药造型粉机械感度低（其中摩擦感度为8%，测试条件为90⁰摆角，3.92MPa下；撞击感度为0%，测试条件为10kg落锤，25cm落高），压制密度可达1.944g/cm³，爆速7.351km/s，爆热6802kJ/kg，本发明装药通过了100mm试验弹801m/s侵彻速度考核。其综合性能显著优于PBXIH-135炸药。

实施例4

本实施例参照如下重量百分组成配方实施：54%奥克托金（HMX）、40%Al粉、1%聚丙烯酸酯橡胶（ACM）、4.5% 橡胶防护蜡（LP）、0.5%石墨（G）。

采用上述配方制备300g造型粉的过程如下：按配方组成称取162g HMX、120g Al粉、3g ACM、13.5g LP、1.5g G，将3g ACM溶于29mL乙酸乙酯中配成浓度10%的粘结剂溶液待用，将上述粘结剂溶液倒入混合锅中，然后加入称好的LP，余下造型粉制备过程与实施例1基本相同。

该工艺溶剂用量97mL/kg，远低于常用压装炸药制备工艺。获得抗高过载炸药造型粉机械感度低（其中摩擦感度为12%，测试条件为90⁰摆角，3.92MPa下；撞击感度为4%，测试条件为10kg落锤，25cm落高），压制密度可达1.988g/cm³，爆速7.620km/s，爆热7253kJ/kg，本发明装药通过了100mm试验弹807m/s侵彻速度考核。其综合性能显著优于PBXIH-135炸药。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (6)

1.一种抗高过载压装炸药，其特征在于：包括主体炸药、金属燃料、粘结剂、降感剂、偶联剂和添加剂；

所述主体炸药为奥克托今HMX或黑索金RDX，其质量百分比为50%~70%；

所述金属燃料为Al粉，其质量百分比为24%~44%；

所述粘结剂为乙丙橡胶EPDM、硅橡胶Q或聚丙烯酸酯橡胶ACM中的一种，其质量百分比为1%~3%；

所述降感剂为特种蜡，其质量百分比为3%~6%；

所述偶联剂为聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚乙烯亚胺PEI或聚硅氧烷W中的一种，其质量百分比为0%~1%；

所述添加剂为石墨G，其质量百分比为0%~1%。

2.根据权利要求1所述的抗高过载压装炸药，其特征在于：所述组份的配比为：

主体炸药，58%~65%；金属燃料，28%~35%；粘结剂，1%~2%；降感剂，3%~4%；偶联剂0.5%~1%；添加剂，0.5%~1%。

3.根据权利要求1所述的抗高过载压装炸药，其特征在于：所述主体炸药奥克托今HMX或黑索金RDX为球形或经过重结晶的高品质HMX或RDX，其平均粒径为200μm ~400μm。

4.根据权利要求1所述的抗高过载压装炸药，其特征在于：所述金属燃料为球形Al粉，其平均粒径为2μm ~30μm。

5.根据权利要求1所述的抗高过载压装炸药，其特征在于：所述特种蜡为微晶蜡、橡胶防护蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、有机硅蜡中的任意一种或其组合。

6.根据权利要求1~5任一权利要求所述的抗高过载压装炸药的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）称量：称取主体炸药、金属燃料、降感剂、偶联剂、添加剂，称取粘结剂备用；

（2）配置粘结剂溶液：将粘结剂溶解于溶剂油或乙酸乙酯中配制成质量分数10%~20%的粘结剂溶液；

（3）混合：将混合机水浴升温至55℃，将上述粘结剂溶液倒入混合机中，并加入降感剂、偶联剂一起混合8~10min，形成均一的“乳液”；

（4）加主体炸药：将称好的主体炸药加入上述“乳液”中，继续搅拌15~30min，形成粘稠状物料；

（5）加金属燃料和添加剂：将称好的金属粉和添加剂加入上述粘稠状物料中，继续捏合8~15min，形成面团状物料；

（6）过筛：将上述面团状物料放入造粒机筛网内，通过滚轮揉压筛网，迫使物料过筛，形成湿造型粉；

（7）晾药：将湿造型粉平铺于铝盘内，置于50℃烘箱晾干5~7h，得到抗高过载炸药造型粉。