CN111302876A - 一种含铝炸药及其制备方法 - Google Patents

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王晓峰
冯晓军
封雪松
赵娟
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薛乐星
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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

一种含铝炸药及其制备方法
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
Figure BDA0002446505990000041
Figure BDA0002446505990000051

Claims (3)

1.一种含铝炸药，其特征在于，各组分及质量百分比组成如下：
Figure FDA0002446505980000011
所述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#。
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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