CN112479795A - 一种含硼炸药及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种含硼炸药及其制备方法，采用反应抑制球磨工艺先将铝粉、硼粉与聚四氟乙烯机械活化成高能复合粒子，使硼粉表面包覆铝粉和聚四氟乙烯，降低硼粉与聚四氟乙烯、铝粉的扩散距离，改善硼粉与聚四氟乙烯、铝粉结合的紧密程度，从而提升硼粉的反应完全性；然后再与高能炸药混合，从而提高炸药配方体系的能量水平；最后添加粘合剂、钝感剂捏合形成含硼炸药。本发明的含硼炸药质量百分组成为：六硝基六氮杂异伍兹烷(CL‑20)50％～60％；铝粉15％～30％；硼粉5％～10％；聚四氟乙烯10％～20％；偏二氟乙烯‑全氟丙烯共聚物1％～2％。该炸药适用于温压战斗部装药、侵彻战斗部装药。

Description

一种含硼炸药及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种含硼炸药及其制备方法，适用于温压战斗部装药、侵彻战斗部装药。
技术背景
六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)炸药的爆速和爆热可达9500m/s和6238kJ/kg，高于常用的HMX和RDX炸药。PAX-29和PAX-11是美国近年来研制成功的两种新型CL-20基含铝炸药，铝粉含量均为15％，爆速均在8800m/s左右，但表征爆炸能量输出的爆热值偏低。目前国内目前研制的CL-20基含铝复合炸药配方其理论密度为2.137g/cm3，爆速为7250m/s(装药密度2.03g/cm3)，爆热为8900J/g。与炸药中常用的氧化剂高氯酸铵(ρ＝1.95g·cm-3)相比，聚四氟乙烯的密度(ρ＝2.2g·cm-3)更高、安全性更好、氧化性更强，金属氟化所释放的能量通常高于氧化的能量；硼具有更高的质量单位热值和体积单位热值，与铝粉匹配使用可释放更高热量。专利201010052051.0公布以RDX为基的含铝硼炸药，爆热可达到8729J/g，但整体密度偏低，组成中无氧化剂使爆轰过程中铝粉和硼粉的反应完全性偏低，因而释能偏低，能量密度无法满足战斗部装药的要求。上述两个配方均有不足之处：CL-20基含铝复合炸药应提高其氧化剂的氧化性能与所添加可燃金属的能量；RDX基铝硼炸药应提高其主炸药自身能量与密度，并添加性能良好的氧化剂；二者均很大程度限制了含硼炸药的开发应用。因此，有必要将二者结合，对现有含铝硼炸药进行改进，提升其能量输出和装药密度，从而满足战斗部装药的使用要求。
金属/氟聚物机械活化含能材料是由金属粉和含氟聚合物在机械能作用下复合得到的纳米级反应体系，金属与氟形成的键具有极高的生成焓，且不低于任何相应金属本身金属键的生成焓，在机械作用下金属、氟聚物组分被细化、均匀混合及活化，具有较高密度及热效应(聚四氟乙烯与质量分数26.5％的铝混合物的热效应为8665J·g-1，加入硼粉后能够进一步提高)。
利用高能球磨法制备铝粉/硼粉/聚四氟乙烯机械活化含能材料，选择在六硝基六氮杂异伍兹烷(ρ＝2.04g·cm-3)(CL-20)基含铝炸药配方中用铝粉/硼粉/聚四氟乙烯机械活化含能材料替代铝粉作为燃料，改善六硝基六氮杂异伍兹烷爆轰过程中铝粉和硼粉的氧化速率和氧化完全性、提升炸药的能量密度和能量输出，随后的试验也证明了采用铝粉/硼粉/聚四氟乙烯机械活化含能材料作为燃料的六硝基六氮杂异伍兹烷基炸药的具有更高的装药密度和爆热输出。
发明内容
为了克服背景技术的不足，本发明提供一种含硼炸药及其制备方法。
本发明的质量百分组成如下：六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)50％～60％；铝粉15％～30％；硼粉5％～10％；聚四氟乙烯9％～19％；偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物1％～2％。
其中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；硼粉粒径1～2μm，偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物规格型号FPM2603，平均分子量：6～10万。
本发明的优选方案，其质量百分组成如下：54％六硝基六氮杂异伍兹烷；20％铝粉；10％硼粉；14％聚四氟乙烯；2％偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物。
本发明的优点：(1)本发明具有高能量的优点。本发明采用聚四氟乙烯作为氧化剂与铝、硼形成氧化还原体系，铝/聚四氟乙烯氧化还原反应的能量为19999J/cm3，硼/聚四氟乙烯氧化还原反应的热值更高，采用聚四氟乙烯作为氧化剂，配方具有很大的释能潜能，能有效提升炸药体系的能量水平。(2)本发明具有高反应性的优点。本发明通过球磨工艺将铝粉、硼粉、聚四氟乙烯制备成三元机械活化复合颗粒，能将铝粉、硼粉和聚四氟乙烯之间的接触紧密程度提高，有效降低扩散距离，提升铝粉和硼粉的反应完全性；采用铝粉-硼粉-聚四氟乙烯机械活化含能材料替代配方中的铝粉，提升铝粉、硼粉高热值材料的氧化反应速率和反应完全性，从而提升炸药的能量输出。(3)本发明具有高密度的优点。本发明采用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，两者者的密度均超过2.0g/cm3；筛选偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物这类含氟高密度高分子材料作为粘结剂，也提升了炸药的装药密度，提高炸药能量水平；配方在保证能量的释放的同时，也具有高密度的特点。
本发明装药密度达到2.108g/cm3，爆热达到9213J/g，能量密度达到19.42kJ/cm3。
本发明相对技术背景中CL-20基含铝炸药的装药密度提升3.8％，能量密度提高7.48％，达到2.82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、偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物均购自中昊晨光化工研究院有限公司。
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：54％六硝基六氮杂异伍兹烷；20％铝粉；10％硼粉；14％聚四氟乙烯；2％偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物。
本实例的制备
(1)三元机械活化颗粒制备：将100g铝粉(FLQT4)、50g硼粉和70g聚四氟乙烯加入高能球磨机中，添加500mL正己烷作为球磨助剂，进行反应抑制球磨处理；行星式球磨机的球磨罐体容积为2L，控制运行速率800～850转/分钟，球磨40min，取出样品，40℃干燥，备用。
(2)配制粘结剂：将10g偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物加入200ml乙酸乙酯中溶解制备成溶液，备用。
(3)炸药组分混合：将270g六硝基六氮杂异伍兹烷、220g铝粉/硼粉/聚四氟乙烯机械活化颗粒、偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物乙酸乙酯溶液依次加入捏合机中，添加乙酸乙酯。
(4)炸药组分均匀分散：设置捏合机搅拌速度30r/min～40r/min，升温至60℃～65℃，混合40～50min后停止。
(5)自然降温至20℃～30℃出料，过10目筛，40℃干燥，得到本发明的含硼炸药。
性能测试数据显示：本实施例理论密度2.182，较CL-20基含铝炸药增加2.1％，爆热较CL-20基含铝炸药增加2.4％，能量密度较CL-20基含铝炸药增加4.54％，机械感度低，安全性能良好。
实施例2
本实施例按照如下质量百分比组成实施：44％六硝基六氮杂异伍兹烷；25％铝粉；10％硼粉；19％聚四氟乙烯；2％偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物。制备步骤参照实施例1。
性能测试数据显示：本实施例理论密度2.219，较CL-20基含铝炸药增加3.8％，爆热较CL-20基含铝炸药增加3.5％，能量密度较CL-20基含铝炸药增加7.48％，机械感度低，安全性能良好。
实施例3
本实施例按照如下质量百分比组成实施：54％六硝基六氮杂异伍兹烷；20％铝粉；5％硼粉；19％聚四氟乙烯；2％偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物。制备步骤参照实施例1。
性能测试数据显示：本实施例理论密度2.180，较CL-20基含铝炸药增加2.0％，爆热较CL-20基含铝炸药增加2.1％，能量密度较CL-20基含铝炸药增加4.15％，机械感度低，安全性能良好。
实施例4
本实施例按照如下质量百分比组成实施：60％六硝基六氮杂异伍兹烷；15％铝粉；5％硼粉；19％聚四氟乙烯；1％偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物。制备步骤参照实施例1。
性能测试数据显示：本实施例理论密度2.161，较CL-20基含铝炸药增加1.1％，爆热较CL-20基含铝炸药增加1.3％，能量密度较CL-20基含铝炸药增加2.83％，机械感度低，安全性能良好。
本发明性能测试
爆炸组合物的爆热根据GJB772A 701.1恒温法和绝热法测试，撞击感度根据GJB772A-97方法601.1爆炸概率法测试，摩擦感度根据GJB772A-97方法602.1爆炸概率法测试。能量密度的计算方法为：能量密度＝爆热*装药密度。
测试结果见表1。
表1高能量密度炸药的物理性能、爆轰性能及感度
Figure BDA0002829705160000041
Figure BDA0002829705160000051

Claims (5)

1.一种含硼炸药及其制备方法，其特征在于质量百分比组成如下：
六硝基六氮杂异伍兹烷50％～60％
球形铝粉15％～30％
无定形硼粉5％～10％
聚四氟乙烯9％～19％
偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物1％～2％
其中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；硼粉粒径1～2μm，偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物规格型号FPM2603，平均分子量：6～10万。
2.根据权利要求1所述的含硼炸药，其特征在于质量百分组成为：54％六硝基六氮杂异伍兹烷；20％铝粉；10％硼粉；14％聚四氟乙烯；2％偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物。
3.根据权利要求1所述的含硼炸药，其特征在于质量百分组成为：50％六硝基六氮杂异伍兹烷；30％铝粉；10％硼粉；9％聚四氟乙烯；1％偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物。
4.根据权利要求1所述的含硼炸药，其特征在于质量百分组成为：60％六硝基六氮杂异伍兹烷；15％铝粉；5％硼粉；19％聚四氟乙烯；1％偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物。
5.一种权利要求1所述含硼炸药的制备方法，其特征在于步骤如下：
(1)将球形铝粉、无定形硼粉和聚四氟乙烯加入高能球磨机中，添加正己烷作为球磨助剂，控制运行速率800～850转/分钟，球磨40min，取出样品，40℃干燥，备用；
(2)将偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物加入乙酸乙酯中溶解制备成溶液，备用；
(3)将六硝基六氮杂异伍兹烷、球磨得到铝粉、硼粉、聚四氟乙烯的复合颗粒依次加入捏合机中，然后加入偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物的乙酸乙酯溶液，添加乙酸乙酯；
(4)设置捏合机搅拌速度30r/min～40r/min，升温至60℃～65℃，捏合40～50min后停止；
(5)自然降温至20℃～30℃，出料；
(6)过10目筛，40℃干燥，得到本发明的含硼炸药。
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