CN110526793B - 一种高能量密度爆炸复合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高能量密度爆炸复合物及其制备方法，采用高能球磨工艺先将铝粉、聚四氟乙烯、纳米氧化铜机械活化成高能三元复合粒子，降低铝粉与聚四氟乙烯、氧化铜的扩散距离，然后再与单质炸药剪切混合，提升炸药、纳米氧化铜、铝粉、聚四氟乙烯的反应活性及完全性，最后添加粘合剂、钝感剂捏合形成高能量密度爆炸复合物。本发明的爆炸复合物质量百分组成为：六硝基六氮杂异伍兹烷14.8～28.8％；球形铝粉42～50％；聚四氟乙烯18～22％；纳米氧化铜10～12％；顺丁橡胶1～2％；石墨0.1～0.2％。该爆炸复合物适用于超高速战斗部、侵彻战斗部装药。

Description

一种高能量密度爆炸复合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高能量密度爆炸复合物及其制备方法，适用于侵彻战斗部装药。
背景技术
近些年来，随着现代复杂作战环境，世界各国已经高度认识到坚固防御目标对于保护重要战略设施的重要性，与之相关防护技术也在不断更新与发展，防御目标的不论数量还是防御质量均将进一步增强，整体呈现出坚固化、深层化、整体结构大型化等发展态势。侵彻战斗部是攻击坚固防御目标的有效手段，为实现毁伤打击要求，研发“高密度高能量炸药技术”是各国一直追求的目标，也成为是新一代侵彻战斗部发展的核心之一。因此，要求炸药比现有炸药体系的装药密度更高、装药能量更大，以实现在有效装药体积内的更高效能毁伤，且实现在超高速侵彻战斗部中的动能毁伤。
美国专利US6679960B2公开了一种高密度炸药EDE-1.002，该炸药的质量百分组成为黑索金29.2％；氧化铜50.9％；铝粉11.5％；粘结剂0.084％。EDE-1.002炸药作为一种新型高密度炸药，装药密度3.12g/cm3，能量密度13891J/cm3，代表着国际先进水平。EDE-1.002虽然密度较高，但能量密度仅为2.08倍TNT当量，已不能满足先进战斗部的使用需求。急需发展接近3.0倍TNT当量的高能量密度爆炸复合物以进一步提升战斗部毁伤威力。
发明内容
为了克服背景技术的不足，本发明提供一种高能量密度爆炸复合物及其制备方法。
本发明各组分质量百分组成如下：15％～30％六硝基六氮杂异伍兹烷、40％～50％球形铝粉、15％～25％聚四氟乙烯、10％～25％纳米氧化铜、1％～2％偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物；石墨0.2～0.5％。
六硝基六氮杂异戊兹烷的平均粒度为为20～30μm；球形铝粉规格型号FLQT4；聚四氟乙烯规格型号CGUF201B；纳米氧化铜平均粒度150nm～200nm，顺丁橡胶规格型号Br9000，平均分子量：5～7万。
本发明的优选方案，其质量百分组成如下：19.8％六硝基六氮杂异伍兹烷、47％铝粉、20％聚四氟乙烯、12％纳米氧化铜、1％顺丁橡胶、0.2％石墨。
本发明的有益效果：
(1)本发明具有高能量密度的优点。本发明采用纳米氧化铜、聚四氟乙烯作为氧化剂与铝形成铝热剂，铝/纳米氧化铜和铝/聚四氟乙烯两种铝热剂氧化还原反应的能量分别为20836J/cm3和19999J/cm3，在现有常用的铝热剂体系中分别排在第一和第二，采用纳米氧化铜、聚四氟乙烯作为氧化剂，配方具有很大的释能潜能。
(2)本发明采用高能量的优点。本发明球磨工艺将铝粉、聚四氟乙烯、纳米氧化铜制备成三元机械活化复合含能材料，能将铝粉和聚四氟乙烯、纳米氧化铜之间的接触距离降低至纳米级别，有效提升单位体积内氧化剂和还原剂的浓度，提升铝粉的反应完全性；
(3)本发明具有高密度的优点。本发明采用纳米氧化铜、聚四氟乙烯作为氧化剂，采用六硝基六氮杂异伍兹烷作为主炸药，三者的密度均超过2.0g/cm3，配方在保证能量的释放的同时，也具有高密度的特点。本发明装药密度2.49g/cm3，爆热7938J/g，能量密度相对EDE-1.002提升42.3％，达到2.95倍TNT当量。
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。聚四氟乙烯购自中昊晨光化工研究院有限公司；顺丁橡胶购自燕山石化公司。
下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1
本实施例按照如下质量百分比组成实施：19.8％六硝基六氮杂异伍兹烷；47％铝粉；20％聚四氟乙烯；12％纳米氧化铜；1％顺丁橡胶；0.2％石墨。
本实例的制备
(1)三元机械活化粒子制备：将470g球形铝粉、200聚四氟乙烯、120g纳米氧化铜加入高能球磨机中，添加1600mL乙醇作为球磨助剂，控制运行速率875次/分钟，球磨60min，出料，40℃干燥。
(2)炸药与复合粒子均匀分散：将790g球磨得到的含铝粉、聚四氟乙烯、纳米氧化铜的复合材料和198g六硝基六氮杂异戊兹烷加入胶体磨中，设置胶体磨间隙为0.2mm，添加1500mL乙醇，剪切30min，得到铝粉/聚四氟乙烯/纳米氧化铜复合材料与六硝基六氮杂异戊兹烷均匀混合的样品，备用。
(3)配制粘结剂：将10g顺丁橡胶加入200mL石油醚中溶解制备成溶液，备用。
(4)炸药组分混合：将含铝粉、聚四氟乙烯、纳米氧化铜、六硝基六氮杂异戊兹烷的复合材料投入反应釜中，加入溶解好的顺丁橡胶的石油醚溶液，加入200mL石油醚，控制温度65～70℃、搅拌速度700r/min～800r/min，混合40min；加入石墨；继续搅拌20min，降温出料，过10目筛，干燥，得到本发明的高能量密度爆炸复合物。
性能测试数据显示：本实施装药密度2.49g/cm3，爆热7938J/g，能量密度相对EDE-1.002提升42.5％，达到2.95倍TNT当量，感度低，力学性能良好。
实施例2
本实施例按照如下质量百分比组成实施：20％六硝基六氮杂异伍兹烷；47％铝粉；20％聚四氟乙烯；12％纳米氧化铜；1％顺丁橡胶；0.1％石墨。制备步骤参照实施例1。
性能测试数据显示：本实施装药密度2.49g/cm3，爆热7949J/g，能量密度相对EDE-1.002提升42.6％，达到2.96倍TNT当量，感度适中，力学性能良好。
实施例3
本实施例按照如下质量百分比组成实施：28.8％奥克托今；42％铝粉；18％聚四氟乙烯；10％纳米氧化铜；1％偏二氟乙烯、全氟丙烯共聚物；0.2％石墨。制备步骤参照实施例1。
性能测试数据显示：本实施例本实施装药密度2.45g/cm3，爆热7684J/g，能量密度相对EDE-1.002提升35.5％，达到2.81倍TNT当量，感度适中，力学性能良好。
实施例4
本实施例按照如下质量百分比组成实施：14.8％奥克托今；50％铝粉；22％聚四氟乙烯；12％纳米氧化铜；1％偏二氟乙烯、全氟丙烯共聚物；0.2％石墨。制备步骤参照实施例1。
性能测试数据显示：本实施例本实施装药密度2.51g/cm3，爆热7185J/g，能量密度相对EDE-1.002提升29.8％，达到2.70倍TNT当量，感度低，力学性能良好。
实施例5
本实施例按照如下质量百分比组成实施：18.8％六硝基六氮杂异伍兹烷；47％铝粉；20％聚四氟乙烯；12％纳米氧化铜；2％顺丁橡胶；0.2％石墨。制备步骤参照实施例1。
性能测试数据显示：本实施例本实施装药密度2.47g/cm3，爆热7889J/g，能量密度相对EDE-1.002提升40.3％，达到2.91倍TNT当量，感度低，力学性能良好。
测试性能数据如下：
表1高能量密度炸药的物理性能、爆轰性能及感度
Figure BDA0002204161820000051

Claims (7)

1.一种高能量密度爆炸复合物，其特征在于，各组分及质量百分比组成如下：
六硝基六氮杂异伍兹烷 14.8%~28.8%
球形铝粉 42%~50%
聚四氟乙烯 18%~22%
纳米氧化铜 10%~12%
顺丁橡胶 1%~2%
石墨 0.1%～0.2%
采用如下步骤制备而成：
（1）将球形铝粉、聚四氟乙烯、纳米氧化铜加入高能球磨机中，添加乙醇作为球磨助剂，控制运行速率875次/分钟，球磨60 min，出料，40℃干燥；
（2）将球磨得到的含铝粉、聚四氟乙烯、纳米氧化铜的复合材料和六硝基六氮杂异戊兹烷加入胶体磨中，设置胶体磨间隙为0.2mm，添加乙醇，剪切30min，得到铝粉/聚四氟乙烯/纳米氧化铜复合材料与六硝基六氮杂异戊兹烷均匀混合的样品，备用；
（3）将顺丁橡胶加入石油醚中溶解制备成溶液，备用；
（4）将铝粉/聚四氟乙烯/纳米氧化铜复合材料与六硝基六氮杂异戊兹烷均匀混合的样品投入反应釜中，加入溶解好的顺丁橡胶的石油醚溶液，控制温度65～70℃、搅拌速度700r/min～800 r/min，混合40min；最后加入石墨；继续搅拌20min，降温出料，过10目筛，干燥，得到高能量密度爆炸复合物。
2.根据权利要求1所述的高能量密度爆炸复合物，其特征在于，各组分及质量百分组成为：19.8％六硝基六氮杂异伍兹烷、47％铝粉、20%聚四氟乙烯、12%纳米氧化铜、1%顺丁橡胶、0.2%石墨。
3.根据权利要求1或2所述的高能量密度爆炸复合物，其特征在于，所述的六硝基六氮杂异戊兹烷的平均粒度为20～30 μm。
4.根据权利要求1或2所述的高能量密度爆炸复合物，其特征在于，所述的球形铝粉规格型号为FLQT4。
5.根据权利要求1或2所述的高能量密度爆炸复合物，其特征在于，所述的聚四氟乙烯规格型号CGUF201B。
6.根据权利要求1或2所述的高能量密度爆炸复合物，其特征在于，所述的纳米氧化铜平均粒度150nm~200nm。
7.根据权利要求1或2所述的高能量密度爆炸复合物，其特征在于，所述的顺丁橡胶规格型号Br9000，平均分子量：5～7万。
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