CN111302876A - 一种含铝炸药及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含铝炸药及其制备方法,各组分及质量百分组成为:1,1’‑二羟基‑5,5’‑联四唑二羟胺盐29%~35%;高氯酸铵27%~33%;铝粉17%~29%;六硝基六氮杂异伍兹烷6%~10%;顺丁橡胶2%~3%;石蜡3%~4%。利用胶体磨对1,1’‑二羟基‑5,5’‑联四唑二羟胺盐进行剪切处理,采用溶剂‑非溶剂法重结晶制备1,1’‑二羟基‑5,5’‑联四唑二羟胺盐/高氯酸铵的核壳结构复合含能材料,得到近球形的高氯酸铵紧密包覆1,1’‑二羟基‑5,5’‑联四唑二羟胺盐的核壳结构复合含能材料;进一步利用直接法制备得到基于核壳结构复合含能材料的含铝炸药。本发明提供的方法制备的含铝炸药具有感度低、爆热高、力学性能好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种含铝炸药及其制备方法,炸药适用于爆破战斗部、水中兵器战斗部装药。
背景技术
进入21世纪后,武器装备的安全性日益受到军方和武器研发者的关注,低易损性和高威力被视为武器装备和战斗部的两大关重指标。炸药装药是战斗部的释能释放和效能发挥的重要载体,随着美国、北约等特别强调要发展不敏感弹药(IM),低易损性炸药已经进入大面积推广应用阶段,不敏感炸药对于加热、撞击、弹药攻击等剧烈的外界刺激表现出良好的稳定性,可以大大提高作战人员、武器装备的生存能力,大幅度降低对贮存、运输和维护的需求,减轻后勤保障的压力。其中,不敏感含能材料是实现炸药不敏感的关键手段之一。
专利201218002026.1公布了一种高能不敏感含能材料—1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐,晶体密度为1.879g·cm-3;热分解温度达到249.1℃,真空安定性较好,撞击和摩擦爆炸概率分别为16%和24%,是一种很有潜力的不敏感含能材料。但1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐存在着爆热低(4903J·g-1)、持续做功能力不足、起爆性差的问题。通过研究发现以1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐为主体含铝炸药的雷管起爆性差,添加少量六硝基六氮杂异伍兹烷后形成的JCHa-1炸药(62%1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐、10%六硝基六氮杂异伍兹烷、23%铝粉、5%钝感剂)虽然能可靠起爆,但也存在以下缺点:(1)1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐对铝粉的氧化能力差,JCHa-1的爆热仅能达到为6215J·g-1;(2)1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐为含能离子盐,与多数粘结剂的结合能很小,压制形成的JCHa-1药柱力学性能较差。急需寻找有效的技术途径提升1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐对铝粉的氧化能力,改善炸药的表界面性能,形成有应用潜力的高能、不敏感、力学性能良好的含铝炸药,促进不敏感战斗部的发展。
发明内容
为了克服背景技术的不足,本发明提供一种含铝炸药及其制备方法。
本发明的质量百分组成如下:1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐29%~35%;高氯酸铵27%~33%;铝粉17%~29%;六硝基六氮杂异伍兹烷6%~10%;顺丁橡胶2%~3%;石蜡3%~4%。六硝基六氮杂异戊兹烷的平均粒度为20~30μm;1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐的平均粒度为193.8μm;高氯酸铵的平均粒度为205μm;顺丁橡胶规格型号Br9000,平均分子量:5~7万;石蜡牌号为68#。
本发明的优选方案,其质量百分组成如下:32%1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐、30%高氯酸铵、23%铝粉、10%六硝基六氮杂异伍兹烷、2%顺丁橡胶、3%石蜡。
本发明的有益效果:
(1)本发明具有高能量的优点。一是选择高氯酸铵与1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐形成复合材料,能有效改善1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐的氧平衡,提升其对铝粉的氧化能力,从而提升含铝炸药爆热;二是采用溶剂-非溶剂法制备的核壳结构复合材料中1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐与高氯酸铵的扩散距离小,高氯酸铵能与1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐的能量输出形成协同效应,使得炸药能量水平得以提升。
(2)本发明具有力学性能好的优点。制备的核壳结构复合材料中高氯酸铵壳层对1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐紧密包覆,与粘结剂和其他组分直接接触的是高氯酸铵,高氯酸铵与粘结剂的作用能要远大于1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐,可大幅提升炸药的力学强度;
(3)本发明具有低感度的优点。将1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐处理成近球形,能有效降低1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐的感度;高氯酸铵稳定吸附于1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐近球形晶体表面形成的核壳结构,壳层的高氯酸铵与物理混合相比无尖锐棱角,且复合颗粒表面光滑成近球形,从“热点”生成角度来说,能显著降低炸药的感度。
(4)本发明相对JCHa-1炸药装药密度提升1.62%,爆热提高15.3%,抗拉强度提高51.4%、抗压强度提高52.6%、抗剪强度提高75.4%,感度显著降低;较基于同比例的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐/高氯酸铵复合含能材料的含铝炸药的爆热提高8.3%,力学性能和安全性显著提升。
附图说明
图1为基于1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐/高氯酸铵核壳结构复合含能材料的含铝炸药微观形貌;
图2为基于物理混合的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐/高氯酸铵复合含能材料的含铝炸药微观形貌。
图中1-Al颗粒,2-Cl-20晶体,3-AP晶体,4-TKX-50晶体,5-TKX-50/AP复合晶体;
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。
实施例1
本实施例按照如下质量百分比组成实施:32%1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐、30%高氯酸铵、23%铝粉、10%六硝基六氮杂异伍兹烷、2%顺丁橡胶、3%石蜡。顺丁橡胶购自燕山石化公司。
本实例的制备
(1)将320g1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐入胶体磨中,设置胶体磨间隙为0.2mm,添加乙醇,剪切60min,过滤、干燥得到近球形的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐样品,备用;称取300g高氯酸铵加入1000mL水中,水浴锅温度加热至70℃,搅拌溶解后形成高氯酸铵水溶液,备用;称取320g近球形的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐,加入反应釜中,加入4000mL体积比3:1的乙醇/乙酸乙酯混合溶剂中,机械搅拌速率500r/m,形成1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐悬浊液;提高搅速至1000r/m,以10mL/min的速度向1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐悬浊液中滴入高氯酸铵水溶液,控制水浴温度为20℃、搅拌速率为800r/m,使溶液过饱和且高氯酸铵晶体析出,待高氯酸铵水溶液滴加完成后,降低机械搅拌速率200r/m,继续搅拌20min;待溶液中的晶体析出完全后,停止搅拌,抽滤、洗涤、烘干,得到近球形的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐/高氯酸铵核壳结构复合含能材料;
(2)将20g顺丁橡胶、30g石蜡加入400mL石油醚中溶解制备成溶液,备用;
(3)将620g1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐/高氯酸铵核壳结构复合含能材料、100g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、石蜡的石油醚溶液,控制温度65~70℃、搅拌速度300r/min~400r/min,混合40min;加入200g铝粉,继续搅拌20min,降温出料,过10目筛,干燥,得到本发明的含铝炸药。
性能测试数据显示:本发明相对JCHa-1炸药装药密度提升1.62%,爆热提高15.3%,抗拉强度提高51.4%、抗压强度提高52.6%、抗剪强度提高75.4%,感度显著降低;较基于同比例的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐/高氯酸铵复合含能材料的含铝炸药的爆热提高8.3%,力学性能和安全性显著提升。
实施例2
本实施例按照如下质量百分比组成实施:29%1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐、27%高氯酸铵、29%铝粉、10%六硝基六氮杂异伍兹烷、2%顺丁橡胶、3%石蜡。制备步骤参照实施例1。
性能测试数据显示:本发明相对JCHa-1炸药装药密度提升3.24%,爆热提高10.0%,抗拉强度提高49.6%、抗压强度提高50.8%、抗剪强度提高84.7%,感度显著降低;较基于同比例的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐/高氯酸铵复合含能材料的含铝炸药的爆热提高7.9%,力学性能和安全性显著提升。
实施例3
本实施例按照如下质量百分比组成实施:35%1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐、33%高氯酸铵、17%铝粉、10%六硝基六氮杂异伍兹烷、2%顺丁橡胶、3%石蜡。制备步骤参照实施例1。
性能测试数据显示:本发明相对JCHa-1炸药爆热提高13.0%,抗拉强度提高68.7%、抗压强度提高60.1%、抗剪强度提高73.7%,感度显著降低;较基于同比例的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐/高氯酸铵复合含能材料的含铝炸药的爆热提高8.2%,力学性能和安全性显著提升。
实施例4
本实施例按照如下质量百分比组成实施:34%1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐、32%高氯酸铵、23%铝粉、6%六硝基六氮杂异伍兹烷、2%顺丁橡胶、3%石蜡。制备步骤参照实施例1。
性能测试数据显示:本发明相对JCHa-1炸药装药密度提升1.62%,爆热提高6.1%,抗拉强度提高50.1%、抗压强度提高54.9%、抗剪强度提高67.8%,感度显著降低;较基于同比例的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐/高氯酸铵复合含能材料的含铝炸药的爆热提高3.2%,力学性能和安全性显著提升。
实施例5
本实施例按照如下质量百分比组成实施:32%1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐、30%高氯酸铵、21%铝粉、10%六硝基六氮杂异伍兹烷、2%顺丁橡胶、3%石蜡。制备步骤参照实施例1。
性能测试数据显示:本发明相对JCHa-1炸药爆热提高13.9%,抗拉强度提高25.5%、抗压强度提高32.7%、抗剪强度提高53.4%,感度显著降低;较基于同比例的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐/高氯酸铵复合含能材料的含铝炸药的爆热提高7.4%,力学性能和安全性显著提升。
测试性能数据如下:
表1含铝炸药的物理性能、爆轰性能及感度
Claims (3)
2.根据权利要求1所述的含铝炸药,其特征在于,各组分及质量百分组成为:
32%1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐、30%高氯酸铵、23%铝粉、10%六硝基六氮杂异伍兹烷、2%顺丁橡胶、3%石蜡。
3.根据权利要求1所述含铝炸药的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐入胶体磨中,设置胶体磨间隙为0.2mm,添加乙醇,剪切60min,过滤、干燥得到近球形的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐样品,备用;称取高氯酸铵加入水中,水浴锅温度加热至70℃,搅拌溶解后形成高氯酸铵水溶液,备用;称取近球形的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐,加入反应釜中,加入体积比3:1的乙醇/乙酸乙酯混合溶剂中,机械搅拌速率500r/m,形成1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐悬浊液;提高搅速至1000r/m,以10mL/min的速度向1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐悬浊液中滴入高氯酸铵水溶液,控制水浴温度为20℃、搅拌速率为800r/m,使溶液过饱和且高氯酸铵晶体析出,待高氯酸铵水溶液滴加完成后,降低机械搅拌速率200r/m,继续搅拌20min;待溶液中的晶体析出完全后,停止搅拌,抽滤、洗涤、烘干,得到近球形的1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐/高氯酸铵核壳结构复合含能材料;
(2)将顺丁橡胶、石蜡加入石油醚中溶解制备成溶液,备用;
(3)将1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐/高氯酸铵核壳结构复合含能材料、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,控制温度65~70℃、搅拌速度300r/min~400r/min,混合40min;加入铝粉,继续搅拌20min,降温出料,过10目筛,干燥,得到含铝炸药。
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