CN109206285A

CN109206285A - 一种固体云爆炸药

Info

Publication number: CN109206285A
Application number: CN201810216463.XA
Authority: CN
Inventors: 李忠友; 曹仕瑾; 韦伟; 王鹏; 熊伟强; 陈中娥
Original assignee: Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Current assignee: Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2019-01-15

Abstract

一种固体云爆炸药，包含如下重量配比的组分：固体碳氢燃料：5%~15%；金属燃料：25%~65%；敏化剂：5%~50%；高氯酸铵：10%~30%。本发明克服现有技术固体云爆炸药能量密度偏低的问题，通过添加新型含张力环易挥发、密度、热值较高的固体碳氢化合物，取代燃烧热值较低的硝酸异丙酯、环氧类和高分子聚合物燃料，以实现云爆剂更强的威力。在战斗部容积受限的情况下，能有效增加所携带的能量，实现导弹小型化，提高其机动性和突防能力。相比以前所用燃料，采用该高密度碳氢化合物的云爆炸药单位质量形成的云雾体积更大，能够显著地扩大云雾区的覆盖面积，增强战斗部的杀伤力。

Description

一种固体云爆炸药

技术领域

本发明是一种燃料空气炸药，属于火炸药配方研制领域，涉及一种固体云爆炸药。

背景技术

云爆弹根据其爆轰形式，分为二次引爆型和一次引爆型，二次型云爆弹的主装药为燃料空气炸药(Fuel Air Explosive，缩写FAE)，是一种高能燃料混合物。当战斗部被投放一定高度时，抛撒装置将弹体内的燃料抛撒至空中，燃料迅速弥漫成雾状细小质点并与周围空气充分混合，形成气溶胶状云团，然后经过第二次引爆产生杀伤，爆炸可产生2500℃的高温、高压，其破坏力是同等质量普通炸药的5～10倍。它主要是通过爆轰和燃烧效应，使空气中的氧气耗完，将目标压垮、烧毁或使人员缺氧窒息而死。

一次引爆型云爆弹又称为温压弹，是利用炸药爆炸、燃烧产生的高温和高压造成毁伤，它是将传统的二次引爆升级为一次引爆技术，解决了二次起爆控制问题，并使结构简化，安全性更加可靠。但相比二次引爆型一次型云爆弹燃料相对少，敏化剂含量高，没有给燃料充分扩散时间，同等质量一次型云爆弹的毁伤作用面积要小于二次引爆型。

云爆弹所用主装药云爆剂是一种混合炸药，主要组分包含高能燃料、高能敏化剂、金属粉、粘结剂、钝感剂、固化剂等。早期装填的云爆剂主要由液体有机物燃料组成，如环氧乙烷、环氧丙烷、甲烷、丁烷、乙烯、乙炔、丙炔-丙二烯混合物、二硼烷、无水偏二甲肼、硝基甲烷和硝酸丙酯等。

为了提高能量密度，将高能固体金属燃料加入形成液固混合燃料，与液态燃料相比，能量密度高，具有良好的武器化性能。目前常用固液型云爆剂的成分为镁粉和硝酸异丙酯(Isopropyl Nitrate，缩写IPN)。硝酸异丙酯主要性能特点是爆炸极限宽，容易起爆，但能量性能较弱。而且由于硝酸异丙酯在贮存过程中不可避免地会渗露到弹药内部和周围环境中，对弹药中的燃爆部件造成危害，甚至直接影响弹药的安全贮存和可靠使用。同时固液混合燃料在使用和贮存过程中会出现固体沉降、分层现象，不仅直接影响弹体发射的精确性，对战斗部爆轰能量的释放也有不利的影响。因而向固态发展是云爆炸药的主要发展方向。

目前国内外也出现了用高聚物作为燃料基体类似于聚合物粘接炸药(PBX)的温压炸药，如美国的AFX757、PBXIH-135等，美国专利USP6969434公布了一种一次引爆型固体温压炸药配方，主要组成为30％～40％铝粉、15％～35％AP、30％～55％RDX(或CL-20、HMX)、10％～15％月桂醇异丁烯酸酯(LMA)(或PCP、HTPB、HTPE、GAP、PCDE)。USP6955732中公布了一种二次引爆型的固态炸药，由两种装药组合而成，第一种是由97％～90％高能炸药(RDX、HMX或CL-20)和10％～3％粘结剂HTPB(或PCP、HTPE、LMA、GAP、PCDE)组成的高爆装药，采用浇注方式装填，作为抛撒药，第二种是由4～6％HTPB(或PCP、HTPE、LMA、GAP、PCDE)粘结剂、14％～36％AP和60％～80％纳米金属(如Al、B、Ti、Mg或其混合物)组成的金属复合物，采用压装方式装填，作为燃料空气药(云爆炸药)，被二次引爆。这些固体燃料炸药采用了高分子聚合物作为粘接剂；这些高分子聚合物本身燃烧热不高，分子量大，短时间内难于汽化，不易被点燃，需要配方本身所含炸药提供能量，断链形成CH小分子再与空气中的氧反应。同时配方中的金属燃料一直被这些高分子材料所包裹，金属燃料点燃前需要表层高分子材料破坏或点燃后才能燃烧，而炸药爆炸过程只有几百毫秒，难以使上述化学反应完全，因而整个体系中燃料燃烧效率低，能量利用率低。

综上所述，目前本领域研究中主要存在以下3个问题：(1)液体型云爆剂所用燃料密度小，热值低，无法进一步提高云爆炸药的威力；(2)液固型云爆剂所含的组分，由于自身(沉降)原因会影响弹药的使用和安全贮存。(3)高分子粘接型固体云爆剂，由于高分子聚合物的作用，燃料的利用率较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种密度大，燃烧热高，组分不易分离沉降，燃料燃烧效率高，装药维护简单，起爆方式可调的固体云爆炸药。

本发明还提供上述固体云爆炸药的制备方法。

本发明的技术解决方案包含如下重量配比的组分：

固体碳氢燃料：5％～15％；

金属燃料：25％～65％；

敏化剂：5％～50％；

高氯酸铵：10％～30％。

所述固体碳氢燃料为固体张力环笼型结构的高密度碳氢化合物。

本发明包含如下重量配比的组分：

固体碳氢燃料：5％～15％；

金属燃料：55％～65％；

敏化剂：5％～15％；

高氯酸铵：15％～30％。

本发明包含如下重量配比的组分：

固体碳氢燃料：5％～15％；

金属燃料：25％～40％；

敏化剂：30％～50％；

高氯酸铵：10％～15％。

本发明所述固体碳氢燃料为金刚烷、立方烷、多棱柱烷、五环十一烷或其衍生物。

本发明所述固体碳氢燃料，为多个张力环组成的笼型立体结构的一种或组合，部分笼型张力环碳氢化合物的结构如下：

其中：R₁、R₂可以为-H或-C_nH_2n+1，1≤n≤3。

本发明所述敏化剂为奥克托今(缩写HMX)、黑索今(缩写RDX)、二硝酰胺氨盐(缩写ADN)和六硝基六氮杂异伍兹烷(缩写HNIW)中的一种或组合。

本发明所述金属燃料为铝粉Al、镁粉Mg中的一种、组合或其合金。

本发明所述固体云爆炸药的制备方法为将配方所有材料混合均匀制成造型粉后，采用压装成型工艺制备。通过调节敏化剂的含量可以实现一次引爆(敏化剂含量高)和二次引爆(敏化剂含量低)的使用要求，满足不同战斗部的作战需要。

本发明针对现有技术固体云爆炸药能量密度偏低的问题，采用了新型固体张力环笼型结构高密度碳氢化合物作为燃料，用于取代硝酸异丙酯、环氧类和高分子聚合物燃料，加入燃料空气炸药中，可以显著提高云爆炸药的性能，以实现云爆剂更强的威力。本发明相对于传统的液体云爆剂、液固混合云爆剂具有密度大，燃烧热高，装药维护简单等优点。本发明进一步提高云爆炸药的性能，提高炸药的密度和能量，有效增强燃料的利用率、提高杀伤力，同时解决使用贮存中的沉降问题。在战斗部容积受限的情况下，能有效增加所携带的能量，实现导弹小型化，提高其机动性和突防能力。相比以前所用燃料，采用本发明单位质量形成的云雾体积更大，能够显著地扩大云雾区的覆盖面积，增强战斗部的杀伤力。本发明与现有技术相比，具有如下优势：

1)炸药配方中固体碳氢燃料密度较高，达到1.2g/cm³(一般碳氢燃料只有0.9g/cm³)，体积热值高，能提高燃料空气炸药的初始密度，有效增强燃料空气炸药的能量。在战斗部容积受限的情况下，能有效增加所携带的能量，实现战斗部小型化，提高其机动性和突防能力。

2)该燃料易汽化、扩散，易于点燃，能够大幅度提高高能金属燃料的利用效率。单位质量炸药形成的气体体积是以前所用燃料的1.3倍，能够显著扩大云雾区的覆盖面积，增强燃料的杀伤力。

3)所用部分碳氢固体燃料为蜡状，可以用作炸药成型的粘接剂，不用或少用粘接剂就可以通过压制方法成型，有利于提高生产效率。

4)本发明通过调节敏化剂(炸药)的含量可以实现一次引爆和二次引爆，满足不同作战方式的需要。当降低敏化剂含量至5％～15％(相应提高燃料含量)就可以用作二次引爆的燃料空气炸药。增加敏化剂含量至30％～50％时，可以用作一次引爆的温压炸药。

5)所用固体张力环笼型结构化合物，合成工艺简单，成本低廉、路线成熟，重复性好，具有良好的应用前景。以五环十烷为例，其可以一步合成，合成工艺简单，显著降低成本。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行说明，但决不局限于此。

实施例1

表1给出了不同碳氢燃料的燃料空气炸药配方MN-1、MN-2与一次引爆型基础配方1的性能对比。

表1配方组成(重量％)及性能

由表1可以看出，含五环十烷、二金刚烷的燃料空气炸药配方MN-1、MN-2的密度、燃烧热、爆容、威力均显著高于基础配方1。其中MN-2配方密度提高了3％，燃烧热提高了25％，体积燃烧热提高了29％，威力提高了23％。爆容提高了43％，单位质量炸药形成的气体体积是基础配方的1.43倍，能够显著扩大爆轰云雾区的覆盖面积，增强燃料的杀伤力。

实施例2

表2给出了不同碳氢燃料的燃料空气炸药配方MN-3、MN-4与一次引爆型基础配方2的性能对比。

表2配方组成(重量％)及性能

由表2可以看出，含五环十烷、立方烷的燃料空气炸药配方MN-3、MN-4的密度、燃烧热、威力均高于基础配方2，同时配方中由于采用了易挥发的碳氢燃料，与高分子粘结剂HTPB相比，燃料空气炸药中的含能颗粒更易于被点燃，因而能量释放效率更高。

实施例3

表3给出了不同碳氢燃料的燃料空气炸药配方MN-5、MN-6与一次引爆型基础配方3的性能对比。

表3配方组成(重量％)及性能

由表3可以看出，含五环十一烷、二金刚烷的燃料空气炸药配方MN-5、MN-6的密度、燃烧热、爆容、威力均显著高于基础配方3。

实施例4

表4给出了不同碳氢燃料的燃料空气炸药配方MN-7、MN-8与二次引爆型基础配方4的性能对比。

表4配方组成(重量％)及性能

由表4可以看出，含五环十烷、二金刚烷的燃料空气炸药配方MN-7、MN-8的密度、燃烧热、威力等显著优于基础配方4，其中3m处冲击波超压提高了20％～21％。

实施例5

表5给出了不同碳氢燃料的燃料空气炸药配方MN-9、MN-10与二次引爆型基础配方5的性能对比。

表5配方组成(重量％)及性能

由表5可以看出，含五环十一烷、立方烷的燃料空气炸药配方MN-9、MN-10的密度、燃烧热、威力等均优于基础配方5，其中3m处冲击波超压提高了23％～25％。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims

1.一种固体云爆炸药，其特征在于包含如下重量配比的组分：

固体碳氢燃料：5%~15%；

金属燃料：25%~65%；

敏化剂：5%~50%；

高氯酸铵：10%~30%；

2.根据权利要求1所述一种固体云爆炸药，其特征在于包含如下重量配比的组分：

固体碳氢燃料：5%~15%；

金属燃料：55%~65%；

敏化剂：5%～15%；

高氯酸铵：15%~30%。

3.根据权利要求1所述一种固体云爆炸药，其特征在于包含如下重量配比的组分：

固体碳氢燃料：5%~15%；

金属燃料：25%~40%；

敏化剂：30%～50%；

高氯酸铵：10%~15%。

4.根据权利要求1至3所述一种固体云爆炸药，其特征在于：所述固体碳氢燃料为金刚烷、立方烷、多棱柱烷、五环十一烷或其衍生物。

5.根据权利要求1至3所述一种固体云爆炸药，其特征在于：所述固体碳氢燃料为由多个张力环组成的笼型立体结构的一种或组合，其结构如下所示：

其中： R₁、R₂可以为-H或- C_nH_2n+1，1≤n≤3。

6.根据权利要求1至3所述的一种固体云爆炸药，其特征在于：所述敏化剂为奥克托今HMX、黑索今RDX、二硝酰胺氨盐ADN和六硝基六氮杂异伍兹烷HNIW中的一种或组合。

7.根据权利要求1至3所述的一种固体云爆炸药，其特征在于：所述金属燃料为铝粉Al、镁粉Mg中的一种或其组合，或其合金。

8.一种权利要求1至3所述固体云爆炸药的制备方法，其特征在于：将上述组分混合制成造型粉后，采用压装成型工艺制备。