CN109836300A

CN109836300A - 一种高热安定性pbx炸药及其制备方法

Info

Publication number: CN109836300A
Application number: CN201711219640.1A
Authority: CN
Inventors: 韩志伟; 胡珊; 王伯良
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-06-04

Abstract

本发明提供了一种高热安定性PBX炸药及其制备方法，该炸药包括质量百分比含量为84％～88％的奥克托今，8％～12％的三氨基三硝基苯，2％～6％的粘结体系；粘结体系中粘结剂为聚丙烯酸酯橡胶HyTemp 4454，增塑剂为癸二酸二辛酯或邻苯二甲酸二辛酯。本发明采用溶剂挥发法，先用分析纯乙酸乙酯溶解粘结体系，同时将TATB震荡分散于分析纯石油醚中，再向HMX炸药中倒入粘结体系溶液，边加边搅拌，直至溶剂挥发完全。最后加入TATB悬浮液，搅拌1～2小时，待溶剂挥发整个物料成膏团状，过筛形成0.5mm～1.0mm的颗粒，干燥得到PBX炸药。采用本发明制备出的PBX炸药能量高，机械感度低，热安定性好。

Description

一种高热安定性PBX炸药及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高热安定性PBX炸药及其制备方法，属于含能材料领域。

背景技术

高聚物粘结炸药(polymer bonded explosive,PBX)是以单质炸药为主体组分，加入一种或几种高聚物作为添加剂的高能混合炸药。由于PBX炸药具有较高的爆轰能量、优异的机械强度和良好的环境适应性，自上世纪六七十年代研制出来后受到相关领域研究人员的高度重视。PBX炸药中的添加剂可以通过高分子氢键与炸药分子相互作用，将感度高的主体炸药加以包覆、粘结和钝化，提高力学性能，降低感度。在众多添加剂中，粘结剂通常占添加剂的比重最高，往往兼具钝化、粘结、增塑等多重作用而受到广泛关注。

PBX炸药中的粘结剂按化合物结构可分为以下三类：(1)碳氢型高聚物，这类高聚物有一定的钝感作用，粘结力强，化学和热安定性好，但密度较低，乙烯基聚合物和热固性树脂均属于此类高聚物；(2)碳氟型高聚物，常用的有氟橡胶，密度较高，具有优良的热安定性、化学安定性和相容性，但存在包覆时容易脱粘的问题；(3)硝基含能高聚物，如硝化棉，在PBX炸药爆炸时可以参加化学反应提供一定能量，调节混合炸药的氧平衡，但是热安定性和相容性不好，感度较高。目前，PBX炸药粘结剂的一个研究对象是具有高效粘结作用，同时能够改善PBX炸药机械感度、低易损性能的化合物，其中含有饱和主链的丙烯酸酯橡胶因具有耐高低温、耐氧化分解、耐油等特点而逐渐成为了国内外的研究热点。

国外很多炸药配方选用了双交联型聚丙烯酸酯橡胶HyTemp 4454作为粘结剂，该橡胶具有低玻璃化转变温度(-41.9℃～-36.8℃)，相容性好，耐老化性能好，可以降低主体炸药感度，提高热安定性。美国配方PBXN-7(US 6485587B1)采用66.5％TATB、29.5％RDX和5％的HyTemp 4454/DOA(己二酸二辛脂)粘结体系，该炸药的最大理论密度仅为1.83g/cm²，爆炸威力较小。Stephen(2003Insensitive Munitions and Energetic MaterialsTechnology Symposium)制备的PBXIH-18炸药(HMX/Al/HyTemp 4454/DOA)选用PF-5080作为造粒溶剂，这种含氟材料价格贵且不能达到100％回收，制备成本较高。Smith(US7857922B2)通过溶液悬浮法采用HyTemp 4454对89％～92％的RDX和HMX进行包覆，制备出钝感PBX炸药，但存在高能炸药影响能含量不高影响能量输出的问题。欧美各国经过长期应用已经证明HyTemp 4454/DOA粘结体系加入到PBX炸药中可以增强粘结力，防止渗油和组分迁移，改善炸药的化学和热安定性。其优势体现在HyTemp 4454和DOA在温度上升过程中较HMX先发生热氧化反应，吸收周围热能，避免“热点”形成，提高了炸药的热安定性。但作为配合HyTemp使用的增塑剂DOA需要冷藏储存，成本较高，可采用其同系物DOS(癸二酸二辛酯)代替。目前国内暂未在PBX炸药中使用该粘结体系。

李瑞(CN 103193561A)通过溶剂-非溶剂法，将氧化石墨烯(GO)与敏感炸药混合制备出了高能钝感混合炸药，测试结果表明，该炸药的撞击感度为10％～70％，摩擦感度为32％～40％，但HMX的活化能仅提高了0.7％，热稳定性不高。贾新磊(不同配比HMX/TATB高聚物粘结炸药的制备及表征，中北大学学报，2017)选用5％Viton A作为粘结剂，混合45％TATB和50％HMX制备出的PBX炸药的活化能较HMX提高12.5％，热安定性有明显提高，然而该PBX炸药表面形貌有裂痕、凹陷、外露等明显缺陷，包覆效果不好。

综上所述，在不影响炸药能量的前提下，选择合适的粘结体系以及各组分配比制约着PBX炸药的发展。亟需开发一种PBX炸药，使其兼具低感度和高热安定性，从而提高PBX炸药在应用中的安全性。

发明内容

本发明目的在于提供一种高热安定性PBX炸药及其制备方法。采用本方法的方法制备出的PBX炸药兼具低感度和高热安定性，同时制备方法绿色环保，可以在PBX炸药的不敏感性研究中提供支持。

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

一种高热安定性PBX炸药，包括质量百分比含量为84％～88％的奥克托今(HMX)，8％～12％的三氨基三硝基苯(TATB)，2％～6％的粘结体系。

本发明更进一步的技术方案，所述奥克托今(HMX)为工业级β型Ⅰ类HMX炸药。

本发明更进一步的技术方案，所述粘结体系包括粘结剂和增塑剂，其中粘结剂为聚丙烯酸酯橡胶HyTemp 4454，增塑剂为癸二酸二辛酯(DOS)、己二酸二辛酯(DOA)和邻苯二甲酸二辛酯(DOP)中的一种或几种的混合物。

本发明更进一步的技术方案，所述粘结剂的质量百分比含量为1％～3％；所述增塑剂的质量百分比含量为1％～3％。

上述的一种高热安定性PBX炸药的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)将粘结剂和增塑剂溶于分析纯乙酸乙酯，制备出粘结体系溶液；

(2)将TATB超声震荡分散于分析纯石油醚中，制备出TATB悬浮液；

(3)向HMX炸药中加入粘结体系溶液，边加边搅拌，直至溶剂挥发完全；

(4)加入TATB悬浮液，搅拌1～2小时，待溶剂挥发使整个物料形成膏团状，过30目筛形成0.5mm～1.0mm的颗粒，干燥得到PBX炸药。

本发明更进一步的技术方案，在步骤(1)中，所述粘结体系与分析纯乙酸乙酯的质量比为1:5～8。

本发明更进一步的技术方案，在步骤(2)中，所述TATB与分析纯石油醚的质量比为1:2～4。

本发明更进一步的技术方案，在步骤(4)中，所述干燥为水浴烘箱70℃下干燥1～2小时。

本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：

(1)本发明配方中添加TATB，TATB是目前热安定性最好的高能钝感炸药，将HMX与TATB混合可降低HMX炸药感度。制备的PBX炸药具有94％以上的高能炸药含量。

(2)本发明制备的PBX炸药具有高安全性：

a)机械感度试验：撞击感度为0，极限载荷较HMX炸药降低了80％～125％，机械感度低；

b)热安定性试验：活化能较HMX炸药上升了4％～19％，满足低于20％的标准，热安定性好。

附图说明

图1为本发明实施例采用的HMX炸药在不同升温速率下所测的DSC曲线图及计算得到的活化能(E_a)值。

图2为本发明实施例1制备的PBX炸药在不同升温速率下所测的DSC曲线图及计算得到的活化能(E_a)值。

具体实施方式

以下结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。

实施例1

(1)将0.2g的HyTemp 4454和0.2g的DOS溶于1.6g的分析纯乙酸乙酯中，待用。

(2)将1g的TATB超声震荡分散于3g的分析纯石油醚中，震荡时间为1小时，待用。

(3)向8.6g HMX炸药中加入含有HyTemp 4454和DOS的粘结体系溶液，边加边搅拌，待乙酸乙酯蒸发完全，得到HMX/粘结体系。

(4)再向HMX/粘结体系中加入TATB悬浮液，搅拌1.5小时，待溶剂挥发使整个物料形成膏团状，过30目筛形成0.5mm～1.0mm的颗粒，水浴烘箱中70℃下干燥1.5小时，得到PBX炸药。

HMX炸药在不同升温速率下所测的DSC曲线如图1所示，本实施例得到的高热安定性PBX炸药在不同升温速率下所测的DSC曲线如图2所示。

实施例2

本实施例参照如下质量组成实施：8.6g HMX、1g TATB、0.1g HyTemp 4454和0.3gDOP。本实施例参照实施例1实施。

实施例3

本实施例参照如下质量组成实施：8.6g HMX、1g TATB、0.1g HyTemp 4454和0.3gDOS。本实施例参照实施例1实施。

HMX炸药和上述实施例1～3的性能数据如表1所示：

表1 HMX炸药和实施例1～3的性能数据·

通过对比撞击感度、极限载荷和活化能(E_a)值，可以得出，本发明制备的PBX炸药机械感度降低，活化能提高，即提高了热安定性。

以上所述仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，凡在本发明的原则内做出的修改和实施方式，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高热安定性PBX炸药，其特征在于，包括：质量百分比含量为84％～88％的奥克托今，8％～12％的三氨基三硝基苯，2％～6％的粘结体系。

2.根据权利要求1所述的高热安定性PBX炸药，其特征在于，包括：包括：质量百分比含量为86％的奥克托今，10％的三氨基三硝基苯，4％的粘结体系。

3.根据权利要求1或2所述的高热安定性PBX炸药，其特征在于，所述奥克托今为工业级β型Ⅰ类HMX炸药。

4.根据权利要求1或2所述的高热安定性PBX炸药，其特征在于，所述粘结体系由粘结剂和增塑剂组成，其中粘结剂为聚丙烯酸酯橡胶HyTemp 4454，增塑剂为癸二酸二辛酯或邻苯二甲酸二辛酯。

5.根据权利要求4所述的高热安定性PBX炸药，其特征在于：所述粘结剂的质量百分比含量为1％～3％；所述增塑剂的质量百分比含量为1％～3％。

6.一种高热安定性PBX炸药的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：

步骤一：将粘结剂和增塑剂溶于分析纯乙酸乙酯中，制备出粘结体系溶液；

步骤二：将TATB超声震荡分散于分析纯石油醚中，制备出TATB悬浮液；

步骤三：向HMX炸药中加入粘结体系溶液，边加边搅拌，直至溶剂挥发完全；

步骤四：加入TATB悬浮液，搅拌1～2小时，待溶剂挥发使整个物料成膏团状，过30目筛形成0.5mm～1.0mm的颗粒，干燥得到PBX炸药。

7.根据权利要求6所述的高热安定性PBX炸药的制备方法，其特征在于，第一步中，粘结体系与分析纯乙酸乙酯的质量比为1:5～8。

8.根据权利要求6所述的高热安定性PBX炸药的制备方法，其特征在于，第二步中，TATB与分析纯石油醚的质量比为1:2～4。

9.根据权利要求6所述的高热安定性PBX炸药的制备方法，其特征在于，第四步中，所述干燥为：水浴烘箱70℃下干燥1～2小时。