CN109438147A - 一种工艺性能改善的htpb基浇注混合炸药配方 - Google Patents

Abstract

提供了一种工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方，它是以HTPB为粘结剂的浇注混合炸药配方，包括主炸药、HTPB粘结剂、氧化剂、金属燃料、防老剂、固化催化剂和固化剂，配方中还包括增塑剂和工艺助剂，增塑剂为环烷油，在混合炸药中的质量百分数处于3％～9％范围内；工艺助剂由液态卵磷脂、二甲基硅油、硬脂酸酯类化合物中的一种或两种混合组成，在混合炸药中的质量百分数处于0.1％～1％范围内。本发明的增塑剂使混合炸药药浆粘度低，且无增塑剂迁移现象；工艺助剂能有效地润湿炸药晶体，促进粘结剂对炸药颗粒的表面包覆，使药浆的流动性得到明显改善，且无需在浇注过程中将其除去，且不影响贮存过程中炸药的力学性能。

Description

一种工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方

技术领域

本发明总体地涉及军用混合炸药领域，具体地涉及一种HTPB基浇注混合炸药。

背景技术

浇注混合炸药是以高能单质炸药作为主体炸药，添加高聚物粘结剂和固化剂等制得的混合炸药，此类炸药安全性能良好，不仅对子弹、火焰及破片等多种刺激不敏感，具有橡胶态的物理性能和极低的模量，而且还有较高的爆轰能量和对环境的良好适应性。

浇注混合炸药具有许多优良性能，通过主体炸药、氧化剂、金属燃料、粘合剂、增塑剂的选择和调整，可大幅度地调节炸药的能量、力学性能和安全性能，同时具有良好的低易损性，成为目前国内外混合炸药领域研制的重要方向。

随着现代武器的发展，要求武器战斗部具有高效毁伤威力，这就要求战斗部装填的混合炸药具有较高的能量。目前提高浇注混合炸药能量的最基本方法就是尽可能增加混合炸药的含能固体组分含量，以提高炸药的爆速、爆压或爆热，使混合炸药获得更高的爆炸毁伤威力。

浇注混合炸药的常用粘结剂为端羟基聚丁二烯(HTPB)。以HTPB为粘结剂的浇注混合炸药固体含量通常不高于90％。目前国内外降低HTPB基浇注炸药药浆粘度的常用方法有两种：一种方法是使用低分子量、低粘度的HTPB；另一种方法是适当增加增塑剂的含量，通过提高增塑比(增塑剂与粘结剂的质量比)达到降低药浆粘度的目的。国内外常用的增塑剂为己二酸二辛酯(DOA)或癸二酸二辛酯(DOS)，这类耐寒型酯类增塑剂的粘度低，但容易发生迁移，因此在实际使用时需控制该类增塑剂在混合炸药中的含量。当增塑剂DOA或DOS在浇注炸药配方中的含量较高(增塑比达到1.2以上)时，固化成型的炸药通常会出现增塑剂迁移、聚集的现象，导致混合炸药的力学性能、特别是贮存性能变差，影响混合炸药的使用。因此，DOA或DOS增塑剂容易迁移的缺点限制了不能使用更高的增塑比达到进一步降低药浆粘度的目的，导致难以获得工艺和力学性能良好的高固体含量(固体含量大于88％)HTPB基浇注混合炸药。

苯乙烯作为一种常用稀释剂，可以显著改善混合炸药药浆工艺性能，但苯乙烯若残留于浇注炸药中会显著降低炸药的力学性能，在浇注过程中必须将其完全除去。由于苯乙烯难以完全除去，因此目前较少使用。

中国专利CN103145512B使用了质量分数为1％的苯乙烯作为工艺助剂，获得了高固体含量浇注炸药，其中HMX固体颗粒的含量高达90％；同时，该发明专利使用了一种特殊加工的真空浇注装置，在预浇注过程中通过真空振动除去药浆中的苯乙烯，但该装置结构较复杂，浇注过程对真空度的要求较高，并且药浆在真空振动下浇注到模具或弹体中。与常规的真空浇注过程相比，该浇注过程较复杂，制备工艺安全性不佳，且苯乙烯容易形成残留，影响炸药的力学性能。

美国专利US6736913B1提出以环烷油或液体石蜡作为CL-20基浇注炸药的增塑剂，当炸药配方中CL-20固含量高达88％时，与常用的增塑剂DOA或IDP(壬酸异癸酯)相比，使用环烷油可以显著降低浇注炸药药浆的粘度。当炸药配方RDX或HMX的固含量分别为88％时，使用环烷油作为增塑剂不能有效降低药浆的粘度。当浇注混合炸药配方组成中含有其它的固体颗粒，如氧化剂高氯酸铵、金属燃料铝粉时，使用环烷油作为增塑剂对这些炸药配方体系的工艺性能影响未见报道。同时，该发明专利未见使用二甲基硅油、硬脂酸类工艺助剂的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方，通过在HTPB基浇注混合炸药中组合使用环烷油增塑剂和液态卵磷脂、二甲基硅油、硬脂酸酯等工艺助剂，该配方显著降低以HTPB为粘结剂的浇注混合炸药药浆粘度，提高药浆的流平性，特别是当浇注混合炸药中的固体含量达88～91％时，本发明的混合炸药具有良好的工艺性能和贮存性能，可采用常规的真空浇注装置进行浇注装填。

本发明的技术方案是，一种工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方，它是以HTPB为粘结剂的浇注混合炸药配方，包括主炸药、HTPB粘结剂、氧化剂、金属燃料、防老剂、固化催化剂和固化剂，其中还包括增塑剂和工艺助剂，所述增塑剂为环烷油；所述工艺助剂由液态卵磷脂、二甲基硅油、硬脂酸酯类化合物中的一种或两种混合组成。

本发明以环烷油作为增塑剂，该增塑剂具有耐迁移性，能在大增塑比下良好地增塑HTPB。液态卵磷脂、二甲基硅油或硬脂酸酯作为工艺助剂时，能有效润湿炸药晶体，降低固体颗粒表面张力。当上述增塑剂与工艺助剂组合使用于HTPB基混合炸药配方中时，能显著提高混合炸药的流动性及流平性。

进一步的，上述增塑剂在混合炸药中的质量百分数处于3％～9％范围内。

更进一步的，上述工艺助剂在混合炸药中的质量百分数处于0.1％～1％范围内。

还进一步的，上述工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方的主炸药成分为HMX、RDX、CL-20中的一种，其中主炸药成分在浇注混合炸药配方中所占的质量百分比在20～90％范围内。

还进一步的，上述浇注混合炸药配方中氧化剂为AP，其在浇注混合炸药配方中所占的质量百分比分别在0～35％范围内；金属燃料为Al，其在浇注混合炸药配方中所占的质量百分比在0～40％范围内。

还进一步的，上述工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方药浆的初始粘度小于500Pa·s，5h后药浆屈服值小于300Pa，适用期大于5h。

本发明工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方与现有技术相比，具有如下优势：

(1)本发明配方采用环烷油作为HTPB的增塑剂，具有耐迁移的特性，与常用增塑剂DOA或DOS相比，以环烷油为增塑剂的混合炸药药浆粘度低，且无增塑剂迁移现象，可制备工艺性能和贮存性能良好的高固体含量(固含量88～91％)浇注混合炸药。

(2)本发明通过采用液态卵磷脂、二甲基硅油或硬脂酸酯等工艺助剂有效地润湿炸药晶体，促进粘结剂对炸药颗粒的表面包覆，使药浆的流动性得到明显改善，该工艺助剂无需在浇注过程中将其除去，且不影响贮存过程中炸药的力学性能。

本发明还提供了上述工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方的制备方法，它包括以下步骤：

a)、按照组分配比首先称量HTPB、环烷油、工艺助剂、防老剂、固化催化剂等小组分功能助剂，然后称量主体炸药、氧化剂、金属燃料等；

b)、在立式混合机内加入金属燃料及HTPB粘结体系，进行预混，然后依次加入氧化剂、主体炸药等，进行搅拌混合，混合温度50～60℃，混合时间40～60min；然后加入异氰酸酯固化剂，继续混合30～50min；

c)、对制备的混合炸药药浆进行真空浇注，然后在高温烘箱中固化成型。

本发明工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方的制备方法与现有技术相比，具有如下优势：

1)本发明方法采用常规的真空浇注装置进行浇注装填，无需采用结构复杂的真空振动浇注系统，制备工艺装置及工艺方法简单，提高了制备工艺的安全性及经济性。

2)本发明方法制备的高固体含量(固体含量达88～91％)混合炸药具有良好的工艺性能，药浆初始粘度小于500Pa·s，5h后药浆屈服值小于300Pa，适用期大于5h，且混合炸药的工艺性能、贮存性能均良好。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

分别以DOS和环烷油为增塑剂，制备了两种主炸药成分为RDX的HTPB基浇注混合炸药配方，其配方组成及性能如下表1所示。

表1分别以DOS和环烷油为增塑剂、RDX为主炸药的配方组成及性能

注：浇注炸药中的其它组分包括防老剂、固化催化剂、键合剂等，以下配方均相同。

药浆粘度测试仪器为哈克(HAAKE)旋转流变仪，固化剂为TDI时测试温度为50℃，固化剂为IPDI时测试温度为60℃，以下配方测试方法均相同。

配方1为90％固含量含铝RDX基浇注炸药，配方的增塑比为1.15。与使用增塑剂DOS相比，以环烷油作为增塑剂的浇注炸药配方初始粘度更低，常温力学性能更高，贮存性能优良，无组分迁移。两种不同增塑剂的炸药配方密度及爆速基本相同。

实施例2

制备了一种以HMX为主炸药、含有环烷油和卵磷脂的HTPB基浇注炸药配方，其配方组成、药浆初始粘度、药浆5h后屈服值、炸药的密度、爆速等如表2所示。

表2一种以HMX为主炸药的HTPB基浇注炸药配方组成及性能

含90％HMX固含量的浇注炸药2#配方初始粘度435Pa·s，药浆5h后屈服值低，配方工艺性能优良，炸药密度1.71g/cm³，炸药爆速8410m/s。

实施例3

制备了一种以HMX为主炸药、含有环烷油和二甲基硅油的HTPB基浇注炸药配方，其配方组成、药浆初始粘度、药浆5h后屈服值、炸药的密度、爆速等基本性能如表3所示。

表3一种以HMX为主炸药的HTPB基浇注炸药配方及性能

浇注炸药配方的固体含量高达91％，药浆的工艺性能保持良好，初始粘度低，适用期大于5h，爆速为7280m/s，炸药力学性能、贮存性能良好。

实施例4

制备了一种以CL-20为主炸药、含有环烷油和硬脂酸甲酯的HTPB基浇注炸药配方，其配方组成、药浆初始粘度、药浆5h后屈服值、炸药的密度、爆速等基本性能如表4所示。

表4一种以CL-20为主炸药的HTPB基浇注炸药配方及性能

浇注炸药配方的固体含量达90％，药浆的工艺性能良好，初始粘度385Pa·s，药浆5h后屈服值232Pa。炸药密度1.82g/cm³，爆速为8310m/s，炸药力学性能、贮存性能良好。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方，它是以HTPB为粘结剂的浇注混合炸药配方，包括主炸药、HTPB粘结剂、氧化剂、金属燃料、防老剂、固化催化剂和固化剂，其特征在于，配方中还包括增塑剂和工艺助剂，所述增塑剂为环烷油；所述工艺助剂由液态卵磷脂、二甲基硅油、硬脂酸酯类化合物中的一种或两种混合组成。

2.如权利要求1所述的工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方，其特征在于，所述增塑剂在混合炸药中的质量百分数处于3％～9％范围内。

3.如权利要求2所述的工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方，其特征在于，所述工艺助剂在混合炸药中的质量百分数处于0.1％～1％范围内。

4.如权利要求3所述的工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方，其特征在于，所述主炸药为HMX、RDX、CL-20中的一种，其中主炸药在浇注混合炸药配方中所占的质量百分比在20～90％范围内。

5.如权利要求4所述的工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方，其特征在于，所述氧化剂为AP，所述氧化剂AP在浇注混合炸药配方中所占的质量百分比为0～35％；所述金属颜料为Al，金属燃料Al在浇注混合炸药配方中所占的质量百分比为0～40％。

6.如权利要求4所述的工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方，其特征在于，配方药浆的初始粘度小于500Pa·s，5h后药浆屈服值小于300Pa，适用期大于5h。

7.一种制备如权利要求1-6中任一权利要求所述的工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

a)、按照组分配比称量HTPB、环烷油、工艺助剂、防老剂、固化催化剂小组分功能助剂，然后称量主炸药、氧化剂、金属燃料；

b)、在立式混合机内加入金属燃料和HTPB，进行预混，然后依次加入氧化剂、主炸药和其他助剂，进行搅拌混合混合；然后加入固化剂，继续混合；

c)、对制备的混合炸药药浆进行真空浇注，然后在高温烘箱中固化成型。

8.如权利要求7所述的制备工艺性能改善的HTPB基浇注混合炸药配方的方法，其特征在于，所述步骤b)中加入氧化剂、主炸药和其他助剂搅拌混合的温度50～60℃，时间40～60min；加入固化剂后混合的时间为30～50min。