CN112457145B

CN112457145B - 一种金属加速型炸药及其制备方法

Info

Publication number: CN112457145B
Application number: CN202011447168.9A
Authority: CN
Inventors: 封雪松; 潘文; 席鹏; 赵娟; 薛乐星; 冯博; 冯晓军
Original assignee: Xian Modern Chemistry Research Institute
Current assignee: Xian Modern Chemistry Research Institute
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2020-12-09
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2040-12-09
Also published as: CN112457145A

Abstract

本申请公开了一种金属加速型炸药及其制备方法，是为了解决现有金属加速型炸药加速能力偏低的问题。本申请的质量百分组成为：3，4‑二硝基呋咱基氧化呋咱(D₅₀30μm～40μm)75％～83％、纳米铝粉(D₅₀100nm～200nm)15％～20％、乙烯‑醋酸乙烯共聚物(EVA，型号28/150)1％～4％、石蜡(68^#)1％～4％。将纳米铝粉与3,4‑二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)的复合颗粒，随后用EVA和石蜡进行包覆造粒，完成金属加速型炸药造型粉制备。该炸药能够在保证安全性的前提下，实现较强的金属驱动能力。本申请适用破甲战斗部和杀爆战斗部装药。

Description

一种金属加速型炸药及其制备方法

技术领域

本申请涉及一种金属加速型炸药及其制备方法，适用反装甲战斗部和杀爆战斗部装药，属于混合炸药。

背景技术

3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱是一种新型高能量密度材料，集呋咱、氧化呋咱及硝基于一体，密度1.937g·cm^-3，爆速9250m·s^-1，爆热5798J·g^-1，具有高密度高能量的优点，是现阶段唯一在能量上能与六硝基六氮杂异戊兹烷抗衡的含能材料。

国内现用的破甲战斗部或破片杀伤战斗部等均需要装填金属加速能力强的炸药装药，目前普遍采用主炸药含量高的高爆压混合炸药，其中主炸药多使用RDX、HMX等。这类炸药虽然金属加速能力较强，但是加速时间短，综合能量低，且RDX、HMX等的密度、爆速等均远低于三代高能炸药如DNTF等。一定量金属粉的加入能有效提升炸药的总能量输出，但传统的炸药与微米铝粉机械混合势必会削弱炸药的金属加速能力，DNTF基的普通含铝炸药也同样存在铝粉难以快速反应、整体金属驱动能力减弱的问题。因此，提高装药的金属加速能力可以从两方面入手：一方面提高主炸药的能量性能，使用爆速显著高于RDX、HMX等的三代炸药DNTF；另一方面调节炸药体系中铝粉的反应性，包括降低铝粉粒度、改善铝粉与炸药结合的紧密程度等，促进铝粉在爆轰反应区内快速反应，提高其反应速率和反应完全性；将上述两方面结合起来，增强混合炸药体系的金属驱动能力，从而提高战斗部的破片杀伤或杀爆功能是目前亟待解决的问题。

现有技术中威力最高的DNTF基金属加速型炸药为熔铸型炸药，由DNTF、HMX、Al等组成，密度1.86g/cm³，爆速8600m/s，格尼系数2.96mm/μs。但其金属加速能力仍不能完全满足破甲战斗部、杀爆战斗部或破片杀伤战斗部的要求。且由于DNTF机械感度较高(撞击感度接近100％)，现阶段3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱主要作为熔铸载体应用于熔铸炸药，受到外界刺激时3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱作为连续相，其点火增长难以抑制，也降低了其安全性。将3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱从连续相转化为非连续相应用于压装型混合炸药中是提高安全性、实现广泛应用的一个重要思路。姚李娜，王彩玲，赵省向，戴致鑫，王海清.重结晶对DNTF形貌和含铝炸药爆轰性能的影响.爆破器材，2015，44(6)：25-33.公开了含重结晶预处理3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱的含铝炸药的爆热和爆速性能，炸药安全性虽然改善，但压装含铝炸药中组分间是简单的物理混合，与熔铸炸药相比，其中3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱和铝粉会从紧密接触转换成被钝感剂隔离，很大程度上降低了铝粉周围的氧浓度，抑制了含铝炸药的反应完全性和能量水平。

综合分析上述现有研究技术的不足和缺陷，本申请选用主炸药3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱与铝粉通过溶剂非溶剂重结晶工艺结合成复合颗粒，再将复合颗粒通过包覆钝感制备成压装型混合炸药，克服了熔铸炸药和压装炸药各自的缺点，在保证安全性的同时提高了DNTF基金属加速型炸药的加速能力。

目前测量炸药金属加速能力主要采用GJB772A 705.2做功能力标准圆筒试验法，该方法中用于表征炸药金属加速能力的格尼系数定义为(2Eg)^1/2，其中Eg为炸药装药爆轰后对加速金属的动能输出。目前常用炸药的格尼系数在1.8～2.9范围内，格尼系数每提高0.1，即需要炸药的爆轰能量输出速度实现较大幅度提升，因此提高炸药的格尼系数即金属加速能力一直是配方研究的难点。

本申请通过选择高爆速的DNTF主炸药并制备主炸药-纳米铝粉复合颗粒，能够降低炸药与铝粉颗粒的扩散距离，实现炸药与铝粉颗粒的紧密接触，促进铝粉提前快速参与爆轰反应区的反应，从而提高炸药体系整体的爆轰反应速度；另外，降低铝粉粒度、使用纳米铝粉也能有效提升铝粉的反应速度；且铝粉与炸药相互直接接触无钝感剂的阻隔，显著提升了铝粉周围的氧浓度，有效促进铝粉反应完全性和DNTF-铝粉复合颗粒的能量提升。随后的试验结果能够证实采用DNTF炸药与纳米铝粉的复合颗粒，所制备的炸药体系其金属加速能力获得明显提升。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺陷，本申请提供一种装药密度与现有技术相当、金属加速能力优于现有技术的一种金属加速型炸药。

本发明针对目前金属加速型炸药金属驱动能力不足的问题，采用溶剂-非溶剂重结晶工艺使3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱炸药与纳米铝粉相互结合制成复合颗粒，通过结晶混杂方式实现了炸药颗粒与纳米铝粉的紧密接触，提高了爆轰反应的整体速度，实现了炸药体系的金属加速能力提高。

本发明提供的金属加速型炸药，质量百分比组成为：3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱75％～83％、纳米铝粉15％～20％、乙烯-醋酸乙烯共聚物1％～4％、石蜡1％～4％，纳米铝粉粒径D₅₀处于100nm～200nm之间。其中3，4-二硝基呋咱基氧化呋咱粒径D₅₀处于30μm～40μm之间，纳米铝粉粒径D₅₀处于100nm～200nm之间，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的型号28/150，石蜡的型号是68^#。

本发明的优选方案，质量百分组成为：3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱80％、铝粉15％、乙烯-醋酸乙烯共聚物2％、石蜡3％。

本发明的优点：(1)本发明采用溶剂-非溶剂法制备的3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)/纳米铝粉复合颗粒，实现DNTF与纳米铝粉的紧密接触，大大降低铝粉与DNTF之间的扩散距离，实现二者紧密接触，促进铝粉参与炸药爆炸前期反应，提升炸药能量输出结构中用于金属加速的部分输出；(2)使用纳米铝粉，由于降低粒度能够有效提高其反应速率、降低其反应时间，进而较早较快地参与爆炸反应并释放能量，提高炸药爆轰反应中的金属加速过程的能量水平。(3)由于复合颗粒内部纳米铝粉与炸药之间无钝感剂的阻隔，钝感剂仅存在于复合颗粒之间，因而显著提升了铝粉周围的氧浓度，有效促进铝粉反应速度和反应完全性及复合颗粒整体的能量提升。(4)机械感度较低。复合颗粒制备完成之后，将3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱从熔铸型炸药中的连续相转化为压装型炸药中的非连续相并包覆钝感，实现颗粒间的有效阻隔，显著降低了机械感度。前三项优点能有效提升炸药的金属加速能力，提高炸药的格尼系数；第四项优点保证了炸药体系的安全性。

与现有技术对比，本发明的格尼能系数最大提高5.13％，金属驱动能力显著提高，安全性能良好，显著推进国内金属加速型炸药的发展进程。

具体实施方式

本申请实施例中乙烯-醋酸乙烯共聚物和石蜡购自晨光化工研究院，3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱购自西安近代化学研究所，纳米铝粉购自西安向阳化工机械公司。所述金属加速能力按国家军用标准GJB772A-1997方法705.2(标准圆筒试验法)文件规定进行测量，撞击感度按国家军用标准GJB772A-97方法601.1(撞击感度爆炸概率法)文件规定进行测量，摩擦感度按国家军用标准GJB772A-97方法602.1(摩擦感度爆炸概率法)文件规定进行测量。

下面结合具体实施例对本申请进一步详细说明。

实施例1

本实施例参照如下质量百分组成实施：3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)80％、纳米铝粉15％、乙烯-醋酸乙烯共聚物2％、石蜡3％。

本实例的制备方法如下：

(1)DNTF/纳米铝粉复合颗粒制备：称取80g3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱加入300ml二甲基亚砜中搅拌溶解形成3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱的二甲基亚砜溶液，备用；称取15g纳米铝粉加入上述溶液中，机械搅拌速度以200-250r/min，持续搅拌形成纳米铝粉在3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱二甲基亚砜溶液中的悬浊液；保持该搅拌速度，用滴液漏斗将无水乙醇以5ml/min～8ml/min的速度滴入上述纳米铝粉的3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱溶液悬浊液中，使3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱晶体在纳米铝粉的悬浊液中析出，并与纳米铝粉相互包覆结合；待3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱晶体析出完全后，停止滴加无水乙醇，降低搅拌速度至100r/min～150r/min，继续搅拌30min停止。抽滤，滤后物料用无水乙醇洗涤，40℃烘干干燥，得到3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱/纳米铝粉复合颗粒，备用。

(2)复合颗粒包覆：将2g乙烯-醋酸乙烯共聚物溶于100ml石油醚中制成溶液，加入步骤(1)制备的复合颗粒，在捏合机中搅拌混合，设置捏合机转速30r/min～40r/min，温度60℃～65℃，捏合时间15min；在捏合机中加入3g石蜡，保持转速30r/min～40r/min、温度60℃～65℃，继续捏合30min，出料。

(3)造粒：在20℃-30℃下自然挥发溶剂，待物料呈半干状态，过10目筛造粒，放入温度为40℃～45℃的烘箱中4小时，得到本申请的炸药造型粉，之后通过压制成型，表征其能量性能和安全性能。

实施例2

本实施例参照如下质量百分组成实施：3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱75％、纳米铝粉20％、乙烯-醋酸乙烯共聚物2％、石蜡3％。制备方法参照实施例1。

实施例3

本实施例参照如下质量百分组成实施：3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱83％、纳米铝粉15％、乙烯-醋酸乙烯共聚物1％、石蜡1％。制备方法参照实施例1。

表1各配方的性能对比

从上表可以看出，与对比例相比，本申请的装药密度相当或提高，安全性能良好，表征金属加速能力的格尼系数显著提高，最高可增加5.13％。

Claims

1.一种金属加速型炸药，其特征在于，制得的该金属加速型炸药由以下原料按质量百分组成：3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱：75％～83％，纳米铝粉：15％～20％，乙烯-醋酸乙烯共聚物：1％～4％，石蜡：1％～4％；原料的质量百分比之和为100％；

其中，3，4-二硝基呋咱基氧化呋咱的粒径D₅₀处于30μm～40μm之间，纳米铝粉的粒径D₅₀处于100nm～200nm之间，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的型号为28/150，石蜡的型号是68^#；

该金属加速型炸药的制备方法步骤如下：

(1)称取3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱加入二甲基亚砜中搅拌溶解制成溶液；

(2)称取纳米铝粉加入3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱的二甲基亚砜溶液中，并持续搅拌使其分散，形成纳米铝粉在3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱溶液中的悬浊液，搅拌速度200r/min～250r/min；

(3)保持搅拌速度200r/min～250r/min，用滴液漏斗将无水乙醇以5ml/min～8ml/min的速度滴入上述纳米铝粉的3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱溶液悬浊液中，使溶液过饱和，3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱晶体在纳米铝粉的悬浊液中析出，并与纳米铝粉相互包覆结合；

(4)待溶液中的3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱晶体析出完全后，停止滴加无水乙醇，降低搅拌速度至100r/min～150r/min，继续搅拌30min停止；

(5)抽滤，滤后物料用无水乙醇洗涤，40℃烘干干燥，得到纳米铝粉与3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱的复合颗粒，备用；

(6)将乙烯-醋酸乙烯共聚物溶解在石油醚中制成溶液，加入上述复合颗粒，设置捏合机转速30r/min～40r/min、温度60℃～65℃，在捏合机中搅拌混合，捏合时间15min；

(7)在捏合机中加入石蜡，保持转速30r/min～40r/min、温度60℃～65℃，继续捏合30min，出料；

(8)在20℃-30℃下自然挥发溶剂，待物料呈半干状态，过10目筛进行造粒，放入温度为40℃～45℃的烘箱中4小时，得到金属加速型炸药造型粉，之后通过压制成型，表征其能量性能和安全性能。

2.如权利要求1所述的金属加速型炸药，其特征在于，所述金属加速型炸药的质量百分组成为：3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱：80％，纳米铝粉：15％，乙烯-醋酸乙烯共聚物：2％，石蜡：3％；

该金属加速型炸药的装药密度为1.851g/cm³，撞击感度为28％，摩擦感度为20％，格尼系数为3.106mm/μs。

3.如权利要求1所述的金属加速型炸药，其特征在于，所述金属加速型炸药的质量百分组成为：3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱：75％，纳米铝粉：20％，乙烯-醋酸乙烯共聚物：2％，石蜡：3％；

该金属加速型炸药的装药密度为1.877g/cm³，撞击感度为24％，摩擦感度为20％，格尼系数为3.087mm/μs。

4.如权利要求1所述的金属加速型炸药，其特征在于，所述金属加速型炸药的质量百分组成为：3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱：83％，纳米铝粉：15％，乙烯-醋酸乙烯共聚物：1％，石蜡：1％；

该金属加速型炸药的装药密度为1.896g/cm³，撞击感度为32％，摩擦感度为24％，格尼系数为3.113mm/μs。