CN110713428B - 一种浇注型高聚物粘结炸药 - Google Patents

一种浇注型高聚物粘结炸药 Download PDF

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Abstract

提供了一种浇注型高聚物粘结炸药，它包括非酯类增塑剂、工艺助剂、功能助剂、主炸药、金属燃料、端羟基聚丁二烯粘合剂、固化剂；所述非酯类增塑剂为石蜡油和/或环烷油；所述工艺助剂为季戊四醇二油酸酯、乙二醇油酸酯、聚酰胺、二辛基硫代丁二酸钠中的一种或多种的组合；功能助剂为防老剂与海因类键合剂的组合。通过在HTPB粘合剂体系同时采用非酯类增塑剂和工艺助剂，本发明PBX炸药的固体含量显著提高，达90％以上。

Description

一种浇注型高聚物粘结炸药
技术领域
本发明总体地涉及炸药技术领域，具体地涉及一种浇注型高聚物粘结炸药。
背景技术
随着远程精确打击、高效毁伤作战理念的不断深入，对战斗部装药的综合性能的要求也越来越高，迫切需要研制出新型高能量密度、低易损性装药。炸药能量输出的提升强烈依赖于新型单质炸药的发展，炸药组分的高能化和高能量密度化是提高混合炸药能量的常用技术途径。对于混合炸药，进一步提高主体炸药的质量含量或采用更高能量密度单质炸药，是其实现高能化设计最直接、最有效的技术途径。
浇注型高聚物粘结炸药(PBX)炸药因其优异的力学性能、优良的安定性能和高威力等优点，被广泛应用于各种战斗部装药。粘结剂体系是浇注型PBX中重要的组成部分，包括高分子聚合物、增塑剂、工艺助剂以及功能助剂等，高聚物粘合剂使PBX炸药保持装药设计所规定的几何形状和良好的力学性能。以端羟基聚丁二烯(HTPB)为粘合剂的浇注型PBX炸药，由于生产工艺简单、可适应复杂结构装药等特点，正逐步替代压装炸药。常用于HTPB粘合剂体系的增塑剂如己二酸二辛酯(DOA)、癸二酸二辛酯(DOS)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)等，其与HTPB具有较好的相容性，可改善药浆的流变特性，增加药浆可塑性及流动性。目前采用上述增塑剂的HTPB基PBX炸药的固体含量通常已达88％甚至89％，如果试图再通过提高炸药的固体含量来提高其能量水平，从炸药的工艺上是难以实现的，上述增塑剂能发挥的作用空间已经很有限。另一技术途径，采用提高粘合剂的增塑比来降低药浆的黏度以改善工艺性能，该方法通常会出现增塑剂迁移问题，进而影响武器系统的可靠性。
发明内容
下文中使用的缩写代表的名称如下：SLY-石蜡油；HWY-环烷油；TDI-甲苯二异氰酸酯；HMDI-二环己基甲烷二异氰酸酯；N-100-多官能度异氰酸酯；IPDI-异佛尔酮二异氰酸酯。
本发明的目的在于克服现有浇注型HTPB基PBX炸药的能量密度不高的问题，提供一种浇注型高能量密度PBX炸药，该类炸药采用了非酯类增塑剂、工艺助剂与功能助剂作为组分，通过采用上述组分使炸药中的固体含量显著提高，具有优异的工艺性能，特别是炸药保持较低的感度，解决了浇注型高聚物粘结炸药的高能量密度与工艺性能之间的矛盾。
本发明的技术方案是，一种浇注型高聚物粘结炸药，它包括主炸药、金属燃料、非酯类增塑剂、工艺助剂、功能助剂、端羟基聚丁二烯粘合剂和固化剂。所述非酯类增塑剂为石蜡油和/或环烷油，所述工艺助剂为季戊四醇二油酸酯、乙二醇油酸酯、聚酰胺、二辛基硫代丁二酸钠中的一种或多种的组合。
本发明采用了非酯类增塑剂，该增塑剂具有较低的粘度，适宜的密度，较高的沸点，极好的稳定性，可与炸药其它组分很好相容，对炸药颗粒表面具有较好的润湿效果，用其替代常用的烃酯类增塑剂，可显著改善炸药药浆的流变性能，进一步提高浇注型高聚物粘结炸药的固体含量。
进一步的，上述非酯类增塑剂在炸药中的质量百分含量为2％～5％。
本发明采用的工艺助剂，其可通过氢键、范德华力等作用对主炸药表面进行改性，降低液相组分的表面张力，改善润湿性，从而很好地润湿炸药颗粒表面，进一步改善药浆的工艺性能。
进一步的，上述工艺助剂在炸药中的质量百分含量为0.01％～0.5％。
进一步的，本发明采用的功能助剂为防老剂与海因类键合剂的组合，其在炸药中的质量百分含量为0.01％～1.0％。
更进一步的，上述防老剂为苯基-β-萘胺、双苯酚的衍生物、三甲基二氢喹啉聚合物、N-苯基N’-(1,3-二甲基-丁基)对苯二胺、N-苯基N’-环巳基-对苯二胺、二-特丁基氢醌中的一种或多种的组合。
本发明选用的海因类功能助剂，其在炸药固体颗粒表面较好地铺展，形成一层粘流状的吸附层，包裹在炸药颗粒表面；同时，该类功能助剂和炸药之间还存在氢键作用，可有效防止炸药固体颗粒“脱湿”；另外，该类功能助剂通过化学作用进入HTPB粘合剂固化网络，保证了浇注型高聚物粘结炸药优良的力学性能。
还进一步的，上述海因类键合剂的结构式如下：
Figure BDA0002262381820000031
其中，R1、R2、R7、R8为C1-C6的烷基；
R3、R9为羟甲基或羟乙基；
R4、R6为C1-C6的亚烷基；
R5为异佛尔酮基、甲苯基、n-己烷基中的一种。
进一步的，所述主炸药为六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、奥克托今(HMX)、3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮(NTO)、3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)、三硝基氮杂环丁烷(TNAZ)中的一种或多种的组合，其在PBX炸药中的质量百分含量为50％～70％；所述金属燃料为铝粉、硼粉、镁粉中的一种或多种的组合，其在PBX炸药中的质量百分含量为25％～40％；所述端羟基聚丁二烯粘合剂为III型HTPB和/或IV型HTPB，其在PBX炸药中的质量百分含量为2％～5％。
本发明还提供了上述浇注型高聚物粘结炸药的制备方法，将HTPB粘合剂、增塑剂、工艺助剂和功能助剂按照配方的配比要求称量入容器内，搅拌均匀后，再依次加入金属燃料、主体炸药和固化剂，在捏合机内充分混合均匀，成为具有良好流动性、流平性的药浆；将药浆在真空条件下浇注入战斗部或规定形状的模具内，于40℃～60℃温度下固化5天～7天，即可得到所需的PBX炸药产品。
本发明与现有技术相比，具有如下优势：
(1)通过在HTPB粘合剂体系同时采用非酯类增塑剂和工艺助剂，本发明PBX炸药的固体含量显著提高，达90％以上。
(2)本发明浇注型PBX炸药采用了主炸药和金属燃料，炸药配方保持较高的能量密度，克服了现有HTPB基PBX炸药能量密度偏低问题。
(3)通过在HTPB粘合剂体系采用非酯类增塑剂和工艺助剂，其与粘合剂具有很好的互溶性，对炸药晶体表面的润湿性好、结合力强，可有效降低浇注PBX炸药体系的粘度，改善药浆的流动性。本发明PBX炸药药浆具有优异的工艺性能，有效保证了PBX炸药产品的质量。
(4)本发明PBX炸药采用了非酯类增塑剂和工艺助剂以及海因类功能助剂，有效改善了炸药的工艺性能，同时，上述助剂对炸药固体颗粒具有较好的包覆、键合效果，有效防止了炸药颗粒“脱湿”，本发明PBX炸药具有低感度优势以及较优的力学性能。
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
提供了一种浇注型高聚物粘结炸药1#的配方，并与现有炸药配方进行了对比，如表1所示，表1为1#配方及对比的HTPB/DOA/HMX/Al配方的性能。
表1 1#和对比配方组成及性能
Figure BDA0002262381820000041
将HTPB粘合剂、增塑剂、工艺助剂和功能助剂按照配方的配比要求称量入容器内，搅拌均匀后，再依次加入金属燃料、主体炸药和固化剂，在捏合机内充分混合均匀后，取混合结束时的药浆，将该状态下的部分药浆放入恒温油浴烘箱内保温。τy、η值是指混合结束时的部分药浆于40～60℃下保温5h后，采用旋转粘度计测试药浆的屈服值和粘度值。PBX炸药药浆的粘度详细的测试方法见QJ1813.2-2005。
炸药的摩擦感度测试方法参照GJB772A-97 602.1，药量30mg，表压3.92MPa，摆角90°。撞击感度测试方法参照GJB772A-97 601.2，药量50mg，落锤10kg。以下所有实施例中所采用的试验方法与此相同。
可以看出，1#配方炸药的机械感度较低，炸药药浆50℃放置5h后，药浆的粘度为224Pa.s，屈服值为45.4Pa，药浆的流变性能明显优于固体含量为89％的对比配方。
实施例2
提供了一种浇注型高聚物粘结炸药2#的配方及其性能，如表2所示。
表2 2#配方组成及性能
Figure BDA0002262381820000051
备注：聚酰胺/乙二醇油酸酯的质量百分比含量为1/1。
2#配方的密度为2.0g/cm3，爆热为8029kJ/kg。炸药的机械感度较低，炸药药浆60℃放置5h后，药浆的粘度为296.4Pa.s，屈服值为50.8Pa。
实施例3
提供了一种浇注型高聚物粘结炸药3#的配方及其性能，如表3所示。
表3 3#配方组成及性能
Figure BDA0002262381820000061
3#配方的密度为2.0g/cm3，爆热为8069kJ/kg。炸药的机械感度较低，炸药药浆60℃放置5h后，药浆的粘度为306.4Pa.s，屈服值为54.8Pa。
实施例4
提供了一种浇注型高聚物粘结炸药4#的配方及其性能，如表4所示。
表4 4#配方组成及性能
Figure BDA0002262381820000071
4#配方的密度为2.0g/cm3，爆热为8020kJ/kg。炸药的机械感度较低，炸药药浆60℃放置5h后，药浆的粘度为326.8Pa.s，屈服值为68.6Pa。
实施例5
提供了一种浇注型高聚物粘结炸药5#的配方及其性能，如表5所示。
表5 5#配方组成及性能
Figure BDA0002262381820000081
5#配方的密度为2.0g/cm3，爆热为8009kJ/kg。炸药的机械感度较低，炸药药浆60℃放置5h后，药浆的粘度为408.6Pa.s，屈服值为76.9Pa。
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 (2)

1.一种浇注型高聚物粘结炸药，其特征在于：它包括非酯类增塑剂、工艺助剂、功能助剂、主炸药、金属燃料、端羟基聚丁二烯粘合剂、固化剂；所述工艺助剂为季戊四醇二油酸酯、乙二醇油酸酯、聚酰胺、二辛基硫代丁二酸钠中的一种或多种的组合；
所述非酯类增塑剂为石蜡油和/或环烷油；
所述功能助剂为防老剂与海因类键合剂的组合；
所述防老剂为苯基-β-萘胺、双苯酚的衍生物、三甲基二氢喹啉聚合物、N-苯基N’-(1,3-二甲基-丁基)对苯二胺、N-苯基N’-环巳基-对苯二胺、二-特丁基氢醌中的一种或多种的组合；
所述海因类键合剂的结构式如下：
Figure FDA0002964012030000011
其中，R1、R2、R7、R8为C1-C6的烷基；
R3、R9为羟甲基或羟乙基；
R4、R6为C1-C6的亚烷基；
R5为异佛尔酮基、甲苯基、n-己烷基中的一种；
所述主炸药为六硝基六氮杂异伍兹烷、奥克托今、3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮、3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱、三硝基氮杂环丁烷中的一种或多种的组合；
所述金属燃料为铝粉、硼粉、镁粉中的一种或多种的组合；所述端羟基聚丁二烯粘合剂为III型HTPB和/或IV型HTPB；
所述浇注型高聚物粘结炸药中固体组分的质量百分含量总和大于90％，其中所述主炸药的质量百分含量为50％～70％，所述金属燃料的质量百分含量为25％～40％；所述非酯类增塑剂的质量百分含量为2％～5％；所述工艺助剂的质量百分含量为0.01％～0.5％；所述功能助剂的质量百分含量为0.01％～1.0％；所述端羟基聚丁二烯粘合剂的质量百分含量为2％～5％。
2.一种如权利要求1所述的浇注型高聚物粘结炸药的制备方法，其特征在于：将粘合剂、增塑剂、工艺助剂和功能助剂按照配方的配比要求称量入容器内，搅拌均匀后，再依次加入金属燃料、主炸药和固化剂，在捏合机内充分混合均匀，成为具有良好流动性、流平性的药浆；将药浆在真空条件下浇注入战斗部或规定形状的模具内，在40℃～60℃温度下固化5天～7天，即可得到所需的浇注型高聚物粘结炸药。
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