CN109232140A - 一种nto/hmx复合炸药及制备方法 - Google Patents

一种nto/hmx复合炸药及制备方法 Download PDF

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常佩
周诚
李亚南
马玲
胡建建
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    • C06B25/40—Compositions containing a nitrated organic compound the compound being a nitroparaffin with two or more nitroparaffins present

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Abstract

本发明公开了一种NTO/HMX复合炸药及制备方法，该复合炸药由NTO和HMX组成，其中HMX和NTO的质量比组成为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HMX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HMX的水悬浮液，然后将NTO水溶液缓慢加入至HMX的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/HMX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HMX的机械感度，提高了HMX安全性。

Description

一种NTO/HMX复合炸药及制备方法
技术领域
本发明涉及一种NTO/HMX复合炸药及制备方法，该复合炸药由NTO和HMX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。
HMX(化学名称为1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷)综合性能优异，是第二代含能材料中能量水平最高的单质炸药。HMX有四种不同的晶型，其中β-HMX在常温常压下稳定存在，并具有较高的能量和密度，因此炸药配方中均使用β-HMX。β-HMX实测爆速为8917m/s(ρ＝1.854g/cm3)，熔点为278℃。虽然HMX具有密度高、熔点高、爆轰稳定、输出能量大等诸多优点，可广泛应用于固体推进剂、弹药战斗部、火工品等领域。但由于HMX的机械感度偏高，冲击感度、摩擦感度均为100％，在加工、运输和贮存过程中存在安全隐患，同时也限制了HMX的应用范围。
李玉斌(含能材料，2012，20(6)：680-684)采用石蜡(w)、热塑性聚氨酯(TPU)等材料为钝感包覆剂，包覆HMX，撞击感度降至16％，摩擦感度降低至4％。孙杰(含能材料，2006，14(5)：330-332)利用声化学合成方法，在HMX颗粒表面原位生成了TATB，制备了HMX/TATB复合物。机械感度测试结果表明，在TATB含量为10％时，撞击感度为24％，摩擦感度为0。张娜(火工品，2016，5：50-53)以4种丙烯酸酯橡胶ACM为粘结剂，采用溶液-水悬浮法制备了HMX基PBX，撞击感度的测试结果显示4种ACM包覆HMX的特性落高H50均超过50cm。曾贵玉(含能材料，2016，3:26-29)采用聚氨酯与HMX原位结晶的方法对HMX进行包覆改性处理。包覆处理后的HMX晶体晶型没有改变，撞击感度和摩擦感度分别降低为12％和36％。这表明采用包覆是降低HMX炸药感度的有效方法，但因为石蜡(w)、热塑性聚氨酯(TPU)、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯(PU)等均为惰性非含能材料，加入后会降低HMX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HMX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/HMX复合炸药及制备方法。
本发明的NTO/HMX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HMX晶体表面，形成以NTO晶体包覆HMX晶粒的NTO/HMX高能复合炸药，实现HMX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，HMX炸药结构式如(Ⅱ)所示：
本发明的NTO/HMX复合炸药由NTO和HMX组成，其中HMX和NTO的质量比组成为1∶0.5～1.5，所述NTO的纯度≥99％，HMX的纯度≥99％。
本发明的NTO/HMX复合炸药制备方法，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HMX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HMX的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至HMX的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/HMX复合炸药；其中，HMX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HMX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HMX的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至HMX的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/HMX复合炸药；其中，HMX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HMX炸药的机械感度，HMX炸药晶体的摩擦感度由包覆前的100％降低到56％(3.92MPa，90°摆角)，撞击感度由包覆前的100％降低到28％(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HMX进行了有效降感，但同时也降低了HMX炸药能量输出水平。
附图说明
图1是NTO/HMX复合炸药晶体放大500倍的扫描电镜图
图2是NTO/HMX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 HMX炸药固体和0.02g聚乙烯醇，搅拌转速为300r/min，得到HMX的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至HMX的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/HMX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10gHMX炸药固体和0.05g聚乙烯醇，搅拌转速为300r/min，得到HMX的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至HMX的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/HMX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 HMX炸药固体和0.03g聚乙烯醇，搅拌转速为200r/min，得到HMX的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至HMX的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/HMX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 HMX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HMX的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至HMX的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/HMX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10gHMX炸药固体和0.04g十二烷基磺酸钠，搅拌转速为300r/min，得到HMX的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至HMX的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/HMX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5gHMX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HMX的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至HMX的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/HMX复合炸药
本发明的NTO/HMX复合炸药性能测试：
将实施例1-6得到的NTO/HMX复合炸药及原料HMX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；摩擦感度试验采用GJB772A-1997方法602.1进行评价。
表1实施例性能数据
由表1可以看出，本发明方法以高能炸药NTO为钝感剂包覆HMX，撞击感度与摩擦感度都大幅度降低，而理论爆速下降幅度较小，从而实现了HMX的高效降感，同时保证了炸药能量输出水平。

Claims (3)

1.一种NTO/HMX复合炸药，其特征在于，该复合炸药由NTO和HMX组成；其中HMX和NTO的质量比组成为1∶0.5～1.5，所述NTO的纯度≥99％，HMX的纯度≥99％。
2.如权利要求1所述的NTO/HMX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HMX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HMX的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至HMX的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/HMX复合炸药；其中，HMX与NTO、水、表面活性剂的质量比为1∶0.5～1.5∶5～10∶0.01～0.05；所述表面活性剂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NTO/HMX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HMX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HMX的水悬浮液，然后将步骤(1)得到的NTO水溶液缓慢加入至HMX的水悬浮液中，经过滤、洗涤、干燥，得到NTO/HMX复合炸药；其中，HMX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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