CN109694292A

CN109694292A - 一种浇注pbx炸药共振混合工艺

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Publication number: CN109694292A
Application number: CN201811590331.XA
Authority: CN
Inventors: 马宁; 张哲�; 孙晓朋; 秦能; 陈松; 谢中元
Original assignee: Xian Modern Chemistry Research Institute
Current assignee: Xian Modern Chemistry Research Institute
Priority date: 2018-12-25
Filing date: 2018-12-25
Publication date: 2019-04-30
Anticipated expiration: 2038-12-25
Also published as: CN109694292B

Abstract

本发明公开了一种浇注PBX炸药共振混合工艺，解决了浇注PBX炸药混合过程中均匀性难以保证及工艺安全性差的问题。本发明的整个混合过程按照时间顺序划分为五个区域，分别为颗粒混合区(1)、固液混合区(2)、成球区(3)、粘弹区(4)和流化区(5)，混合过程包含三个用加速度来表征的关键点，三个关键点分别为颗粒混合区(1)和固液混合区(2)分界处的起混点(12)、固液混合区(2)和成球区(3)分界处的聚合点(23)、成球区(3)和粘弹区(4)分界处的流化点(34)。本发明为一种无桨混合方法，无混合死角，无物料沉积现象，混合均匀性好，适合于浇注PBX炸药，提别是高固含量浇注PBX炸药中超细材料的分散。

Description

一种浇注PBX炸药共振混合工艺

技术领域

本发明涉及火炸药领域，主要涉及高粘态炸药体系混合领域，尤其涉及一种浇注PBX炸药共振混合工艺。

背景技术

炸药是常规武器爆炸产生破坏与杀伤作用的能源，是武器装备实现高效毁伤的基础，是决定武器系统威力的关键因素。热固型PBX炸药既能够保持炸药的高能量特性，同时又能够满足机械强度及加工性能而得到广泛的应用。热固型PBX炸药的加工工艺包括浇铸工艺、挤压成型工艺、压力成型工艺等，这些工艺的共同特点是将单质炸药、粘合剂、增塑剂、催化剂、固化剂、其它添加助剂等进行均匀混合，然后进行浇铸、固化等后续操作。随着炸药技术的不断发展，武器系统对热固型PBX炸药功效性能如能量、爆速、爆轰稳定性、安全性等不断提出更高的要求。

基于武器系统发展对热固型PBX炸药提出的高要求，其发展也向着高固含量、高能量密度含能材料应用、含能粘结剂应用、纳米含能材料应用等方向发展，例如高固含量PBX炸药的固含量可高达90％，纳米铝粉、纳米铝热剂(AlH₃)、纳米单质炸药(RDX)等在PBX炸药配方中越来越频繁的得到应用。然而，纳米材料的应用和固含量的提升对PBX炸药混合工艺的可实现性和工艺安全性都提出更高的要求，混合的均匀性和安全性就成为制约其功效性能提升的重要因素。

在功能性方面，由于纳米材料的比表面积大，比表面能高，极易产生自发凝并、团聚现象，而传统叶片或螺杆元件式混合工艺的混合区域主要集中在混合元件的周围，且混合尺度较大，无法将被包裹的纳米材料颗粒均匀的分散在火炸药体系中，导致混合难以实现混匀化。此外，对于高固含量PBX炸药，传统捏合机的锅壁、锅底等位置与捏合桨之间存在间隙和死角，发生固料的沉积，混合效率不高、效果不佳，特别是对于某些含量很少(0.1％)的功能组分，由于高固含量体系的粘度显著增大(可达到700Pa.s)，流动性急剧恶化，小组分会在固相体系间局部裹挟，很难实现均匀分散。

在安全性方面，传统叶片或螺杆元件混合方式本身存在异物进入导致燃爆危险性发生的可能性，如2014年，某单位炸药混合工艺，由于硬质异物掉入与搅拌桨或锅壁产生摩擦导致2400L混合锅内物料的燃爆，造成直接经济损失5000多万；2015年，某单位的生产车间发生捏合锅零件掉入捏合锅的事故，虽因发现及时而为造成爆炸事故，但其又一次证明了桨叶式混合的危险性。除了异物的进入，随着固含量的增大，传统叶片或螺杆元件式混合工艺物料挤压剪切发生燃爆的危险性急剧增加。

面对PBX炸药功效性能提升的发展趋势与其加工工艺中混合环节在均匀性和安全性方面的限制，需要通过新型工艺的开发和应用来满足火炸药新产品的发展需求，保障武器装备先进性的发展。

共振混合工艺采用低频大加速度在整个被混区域内形成声流，声流作用于被混物料使被混物料产生剪切漩涡进而进行质量和能量的交换。共振混合方式产生的微观混合尺度可小达100um，极易打散团聚的纳米颗粒，且其没有混合死角，不存在桨叶的强刺激，尤其适合于纳米含能材料的分散。共振混合技术物料适用范围广，可进行固固、固液、高粘态等物料的混合，混合安全性高，可用于难于混合的高粘态、高固含量炸药以及感度高、危险性大炸药中的纳米含能材料分散。

发明内容

针对以上背景中所述技术的不足，本发明的目的在于提供一种浇注PBX炸药共振混合工艺，通过共振在混合系统整体区域内形成混合场，满足浇注PBX炸药的高效分散，实现PBX炸药混合的高效和本质安全化。

为了达到上述目的，本发明提供了一种浇注PBX炸药共振混合工艺，其特征在于，将被混物料各组分一次性投入到紧固在混合设备上的混合容器内，在低频范围内对物料进行混合，整个混合过程按照时间顺序划分为五个区域，分别为颗粒混合区、固液混合区、成球区、粘弹区和流化区，混合过程包含三个用加速度来表征的关键点，三个关键点分别为颗粒混合区和固液混合区分界处的起混点、固液混合区和成球区分界处的聚合点、成球区和粘弹区分界处的流化点，具体步骤为：

A、颗粒混合区：设置设备至加速度G1，在加速度G1条件下，待混物料内部的固相组分发生主动位移，固相组分和液相组分发生位置交换，固相组分和液相组分以团状或块状相互填充，此区域混合时间为T1；

B、固液混合区：进一步增大加速度到G2，呈团状或块状的固相组分和液相组分开始溃散，固相组分和液相组分之间发生浸润，混合物整体呈粘稠状态，此区域混合时间为T2；

C、成球区：进一步增大加速度到G3，固相组分和液相组分开始发生团聚和缠结，逐渐由松散的固液浸润状态发展为缠结的球状或块状，且球状物从被混物料表面逐渐向内部扩展，球状物直径为1mm-30mm，此区域混合时间为T3；

D、粘弹区：继续增大加速度到G4，成球区的球状物迅速合并长大，最后形成一个或两个的整体大球状开始整体缠结翻滚；物料到达该区域时，已经开始了整场的剪切混合，物料粘度较之前有所升高，呈粘弹态，此区域混合时间为T4；

E、流化区：流化区为粘弹区的延续，当粘弹区混合一定时间后，物料粘度整体下降，整个物料呈现流体状态，只需要较小的加速度G5即可以维持混合状态，此时被混物料呈现整场混合，混合速度快、效率高，流化区是被混物料均匀混合的主要区域，该区域混合时间为T5；

五个混合区所需的混合加速度大小关系为：G1≤G2≤G3≤G4，G1≤G5≤G4；

所述加速度G1、G2、G3、G4、G5的大小在颗粒混合区、固液混合区、成球区、粘弹区和流化区内分别是一个定值，大小为1g≤G1≤10g，5g≤G2≤30g，30g≤G3≤60g，40g≤G4≤90g，10g≤G5≤90g(g为重力加速度，大小为9.8m/s²)；

所述加速度G1、G2、G3、G4、G5的值不是一个固定值，而是在颗粒混合区、固液混合区、成球区、粘弹区和流化区内分别在一定范围内波动，波动范围分别包含在以下区域：G1为1-10g，G2为5-30g，G3为30-60g，G4为40-90g，G5为10-90g；

所述加速度G4≤G5≤120g；

所述混合时间在颗粒混合区、固液混合区、成球区、粘弹区和流化区内分别为一定值，大小为1min≤T1≤30min、1min≤T2≤30min、1min≤T3≤60min、1min≤T4≤60min、1min≤T5≤120min。

与现有技术相比，本发明的优点是：(1)该共振混合工艺不涉及桨叶、捏合块等混合元件，对物料的刺激作用小，混合浇注PBX炸药安全性高；(2)该共振混合工艺属于全场混合，无死角，无物料局部沉积现象，混合均匀性好；(3)该共振混合工艺过程简单、效率高，不存在后期设备清理等问题。

附图说明

图1为实施例6中90％固含量浇注PBX炸药共振混合工艺过程“时间-加速度”关系图。

图中：1、颗粒混合区，2、固液混合区，3、成球区，4、粘弹区，5、流化区，12、起混点，23、聚合点，34、流化点。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。

本发明的所用混合装置为共振混合设备，共振混合设备的工作频率一般为50-70Hz之间，大多数为60Hz。将被混物料各组分一次性投入到紧固在混合设备上的混合容器内，在低频范围内对物料进行混合，如图1所示，整个混合过程按照时间顺序划分为五个区域，分别为颗粒混合区1、固液混合区2、成球区3、粘弹区4和流化区5，混合过程包含三个用加速度来表征的关键点，三个关键点分别为颗粒混合区1和固液混合区2分界处的起混点12、固液混合区2和成球区3分界处的聚合点23、成球区3和粘弹区4分界处的流化点34。

五个混合区域的划分是根据混合过程中不同阶段物料的形态以及混合所需加速度范围进行划分的，每个区域混合的具体步骤为：

A、颗粒混合区1：设置设备至加速度G1，在加速度G1条件下，待混物料内部的固相组分发生主动位移，固相组分和液相组分发生位置交换，固相组分和液相组分以团状或块状相互填充，此区域混合时间为T1；

B、固液混合区2：进一步增大加速度到G2，呈团状或块状的固相组分和液相组分开始溃散，固相组分和液相组分之间发生浸润，混合物整体呈粘稠状态，此区域混合时间为T2；

C、成球区3：进一步增大加速度到G3，固相组分和液相组分开始发生团聚和缠结，逐渐由松散的固液浸润状态发展为缠结的球状或块状，且球状物从被混物料表面逐渐向内部扩展，球状物直径为1mm-30mm，此区域混合时间为T3；

D、粘弹区4：继续增大加速度到G4，成球区3的球状物迅速合并长大，最后形成一个或两个的整体大球状开始整体缠结翻滚；物料到达该区域时，已经开始了整场的剪切混合，物料粘度较之前有所升高，呈粘弹态，此区域混合时间为T4；

E、流化区5：流化区5为粘弹区4的延续，当粘弹区4混合一定时间后，物料粘度整体下降，整个物料呈现流体状态，只需要较小的加速度G5即可以维持混合状态，此时被混物料呈现整场混合，混合速度快、效率高，流化区5是被混物料均匀混合的主要区域，该区域混合时间为T5；

所述加速度G1、G2、G3、G4、G5的大小在颗粒混合区1、固液混合区2、成球区3、粘弹区4和流化区5内分别是一个定值，大小为1g≤G1≤10g，5g≤G2≤30g，30g≤G3≤60g，40g≤G4≤90g，10g≤G5≤90g(g为重力加速度，大小为9.8m/s²)；

所述加速度G1、G2、G3、G4、G5的值不是一个固定值，而是在颗粒混合区1、固液混合区2、成球区3、粘弹区4和流化区5内分别在一定范围内波动，波动范围分别包含在以下区域：G1为1-10g，G2为5-30g，G3为30-60g，G4为40-90g，G5为10-90g；

所述加速度G4≤G5≤120g；

所述混合时间在颗粒混合区1、固液混合区2、成球区3、粘弹区4和流化区5内分别为一定值，大小为1min≤T1≤30min、1min≤T2≤30min、1min≤T3≤60min、1min≤T4≤60min、1min≤T5≤120min。

整个区域按照加速度大小有三个关键点，分别为起混点12、聚合点23、流化点34。其中起混点12为固液物料发生混合的最小加速度点，加速度大于该点后固液物料才能发生充分浸润；聚合点23为浸润后的固液物料成球的最小加速度；流化点34为成球后的混合物继续缠结成大球并发生流化的最小加速度。

有时，聚合点23和流化点34相距很近或重合。

以上加速度G1、G2、G3、G4、G5和混合时间T1、T2、T3、T4、T5的取值关系是针对现有浇注PBX炸药配方给出的一个可行性工艺规定，可让混合在黑匣子状态下达到效果和效率最高。针对具体浇注PBX炸药配方或在未来出现的新型浇注PBX炸药配方，本发明的工艺阶段划分方法以及加速度和时间的选择方法都均对其共振混合工艺具有保护作用。

下面结合实施例对本发明做进一步的说明，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的同等变换均落入本发明的保护范围。

实施例1

本实施例在一台共振混合设备上进行，混合频率为64.1Hz，混合浇注PBX配方1，固含量为84％，物料一次性加入混合容器，混合按照颗粒混合区1、固液混合区2、成球区3、粘弹区4和流化区5进行，混合过程加速度和时间为：G1＝1g、G2＝5g、G3＝30g、G4＝60g、G5＝20g，T1＝1min、T2＝5min、T3＝10min、T4＝1min、T5＝120min，混合结束对炸药进行固化做力学性能及均匀性分析，满足工艺要求。

实施例2

本实施例在一台共振混合设备上进行，混合频率为64.1Hz，混合浇注PBX配方2，固含量为85.4％，物料一次性加入混合容器，混合按照颗粒混合区1、固液混合区2、成球区3、粘弹区4和流化区5进行，混合过程加速度和时间为：G1＝10g、G2＝30g、G3＝60g、G4＝40g、G5＝30g，T1＝30min、T2＝10min、T3＝10min、T4＝20min、T5＝60min，混合结束对炸药进行固化做力学性能及均匀性分析，满足工艺要求。

实施例3

本实施例在一台共振混合设备上进行，混合频率为64.2Hz，混合浇注PBX配方3，固含量为87％，物料一次性加入混合容器，混合按照颗粒混合区1、固液混合区2、成球区3、粘弹区4和流化区5进行，混合过程加速度和时间为：G1＝5g、G2＝20g、G3＝30g、G4＝90g、G5＝90g，T1＝30min、T2＝30min、T3＝1min、T4＝60min、T5＝1min，混合结束对炸药进行固化做力学性能及均匀性分析，满足工艺要求。

实施例4

本实施例在一台共振混合设备上进行，混合频率为64.2Hz，混合浇注PBX配方4，固含量为89％，物料一次性加入混合容器，混合按照颗粒混合区1、固液混合区2、成球区3、粘弹区4和流化区5进行，混合过程加速度和时间为：G1＝5g、G2＝30g、G3＝40g、G4＝90g、G5＝10g，T1＝5min、T2＝1min、T3＝60min、T4＝10min、T5＝30min，混合结束对炸药进行固化做力学性能及均匀性分析，满足工艺要求。

实施例5

本实施例在一台共振混合设备上进行，混合频率为64.2Hz，混合浇注PBX配方5，固含量为92％，物料一次性加入混合容器，混合按照颗粒混合区1、固液混合区2、成球区3、粘弹区4和流化区5进行，混合过程加速度和时间为：G1＝10g、G2＝30g、G3＝60g、G4＝90g、G5＝120g，T1＝5min、T2＝10min、T3＝10min、T4＝10min、T5＝10min，混合结束对炸药进行固化做力学性能及均匀性分析，满足工艺要求。

实施例6

本实施例在一台共振混合设备上进行，混合频率为64.2Hz，混合浇注PBX配方6，固含量为90％，物料一次性加入混合容器，混合按照颗粒混合区1、固液混合区2、成球区3、粘弹区4和流化区5进行，未采用共振频率自跟踪，使加速度在一定范围内波动，混合过程加速度和时间为：G1在1-10g之间波动、G2在5-30g之间波动、G3在30-60g之间波动、G4在40-90g之间波动、G5在10-90g之间波动，T1＝2min、T2＝5min、T3＝6min、T4＝12min、T5＝5min，混合结束对炸药进行固化做力学性能及均匀性分析，满足工艺要求。

Claims

1.一种浇注PBX炸药共振混合工艺，其特征在于，将被混物料各组分一次性投入到紧固在混合设备上的混合容器内，在低频范围内对物料进行混合，整个混合过程按照时间顺序划分为五个区域，分别为颗粒混合区(1)、固液混合区(2)、成球区(3)、粘弹区(4)和流化区(5)，混合过程包含三个用加速度来表征的关键点，三个关键点分别为颗粒混合区(1)和固液混合区(2)分界处的起混点(12)、固液混合区(2)和成球区(3)分界处的聚合点(23)、成球区(3)和粘弹区(4)分界处的流化点(34)，具体步骤为：

A、颗粒混合区(1)：设置设备至加速度G1，在加速度G1条件下，待混物料内部的固相组分发生主动位移，固相组分和液相组分发生位置交换，固相组分和液相组分以团状或块状相互填充，此区域混合时间为T1；

B、固液混合区(2)：进一步增大加速度到G2，呈团状或块状的固相组分和液相组分开始溃散，固相组分和液相组分之间发生浸润，混合物整体呈粘稠状态，此区域混合时间为T2；

C、成球区(3)：进一步增大加速度到G3，固相组分和液相组分开始发生团聚和缠结，逐渐由松散的固液浸润状态发展为缠结的球状或块状，且球状物从被混物料表面逐渐向内部扩展，球状物直径为1mm-30mm，此区域混合时间为T3；

D、粘弹区(4)：继续增大加速度到G4，成球区(3)的球状物迅速合并长大，最后形成一个或两个的整体大球状开始整体缠结翻滚；物料到达该区域时，已经开始了整场的剪切混合，物料粘度较之前有所升高，呈粘弹态，此区域混合时间为T4；

E、流化区(5)：流化区(5)为粘弹区(4)的延续，当粘弹区(4)混合一定时间后，物料粘度整体下降，整个物料呈现流体状态，只需要较小的加速度G5即可以维持混合状态，此时被混物料呈现整场混合，混合速度快、效率高，流化区(5)是被混物料均匀混合的主要区域，该区域混合时间为T5。

2.根据权利要求1所述的一种浇注PBX炸药共振混合工艺，其特征在于，所述加速度G1、G2、G3、G4、G5的大小在颗粒混合区(1)、固液混合区(2)、成球区(3)、粘弹区(4)和流化区(5)内分别是一个定值，大小为1g≤G1≤10g，5g≤G2≤30g，30g≤G3≤60g，40g≤G4≤90g，10g≤G5≤90g(g为重力加速度，大小为9.8m/s²)。

3.根据权利要求1所述的一种浇注PBX炸药共振混合工艺，其特征在于，所述加速度G1、G2、G3、G4、G5的值不是一个固定值，而是在颗粒混合区(1)、固液混合区(2)、成球区(3)、粘弹区(4)和流化区(5)内分别在一定范围内波动，波动范围分别包含在以下区域：G1为1-10g，G2为5-30g，G3为30-60g，G4为40-90g，G5为10-90g。

4.根据权利要求1所述的一种浇注PBX炸药共振混合工艺，其特征在于，所述加速度G4≤G5≤120g。

5.根据权利要求1所述的一种浇注PBX炸药共振混合工艺，其特征在于，所述混合时间在颗粒混合区(1)、固液混合区(2)、成球区(3)、粘弹区(4)和流化区(5)内分别为一定值，大小为1min≤T1≤30min、1min≤T2≤30min、1min≤T3≤60min、1min≤T4≤60min、1min≤T5≤120min。