CN112939711A - 一种混合炸药结构及制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合炸药结构及成型工艺，包括混晶颗粒，混晶颗粒外有包覆有包覆膜；所述的混晶颗粒包括CL‑20炸药和铝粉，CL‑20炸药和铝粉之间通过粘结剂局部粘接；所述的包覆膜由石蜡、滑石粉和十二烷基苯磺酸钠组成。所述的混晶颗粒通过混晶分散、混晶捏合工艺实现；所述的包覆膜通过溶液制备和无桨混合过程实现。本发明的混合炸药结构具有较强的爆轰输出能力，相对于同比例共混炸药常规混合，爆炸场温度提高100℃以上；格尼系数提高5％；冲击波超压提高10％以上。本发明的混合炸药结构具有较高的安全性，相对于同比例嵌晶结构和常规混合结构，撞击感度和摩擦感度下降10％以上。

Description

一种混合炸药结构及制备工艺

技术领域

本发明属于火炸药技术领域，涉及混合炸药，具体涉及一种混合炸药结构及制备工艺。

背景技术

CL-20炸药是一种多环笼状硝胺化合物，以高能量密度为显著特点，在爆速、爆压、爆热、密度等能量性能方面显著高于HMX等单环硝胺炸药，是未来推进剂和高能炸药配方的首选材料。但是，CL-20炸药的撞击感度、摩擦感度、静电感度也明显高于HMX，导致CL-20炸药在工业处理、复合炸药制造以及在武器应用过程中存在很大安全隐患，尤其是在安全制造和弹药不敏感要求的大环境下，限制了CL-20炸药的推广和应用。文献《国外六硝基六氮杂异伍兹烷的发展现状》(王昕等，火炸药学报，2007，第10期)论述了当前CL-20炸药应用的最高水平，主要是利用CL-20炸药单质能量的提高，实现高能输出，炸药安全性没有显著改善；文献《HNIW炸药钝感机理及包覆工艺研究进展》(席鹏等，爆破器材，2020，第4期)论述了当前CL-20炸药的包覆工艺进展，体现了当前CL-20炸药包覆钝感技术的最高水平，但是钝感技术不同程度降低炸药的爆轰输出能量。文献《CL-20炸药基含铝炸药组分微结构对其爆炸释能特性的影响》(火炸药学报，2009年，第12期)提出一种嵌晶结构的含铝炸药制备技术，造型粉的感度略高于普通炸药，能量显著提升，但是，该技术需要对CL-20炸药进行重结晶，采用采用该文献提出的溶剂-非溶剂法存在CL-20炸药转晶的风险。

含铝炸药是混合炸药中应用最广泛的一种炸药，CL-20炸药为基的含铝炸药具有广泛的应用前景。但是，当前工艺仅仅是参照HMX基含铝炸药的工艺，将CL-20炸药和铝粉混合在一起，无法兼顾混合炸药威力和安全性。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种混合炸药结构及制备工艺，解决现有技术中的混合炸药难以兼顾威力和安全性的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种混合炸药结构，包括混晶颗粒，混晶颗粒外有包覆有包覆膜；

所述的混晶颗粒包括CL-20炸药和铝粉，CL-20炸药和铝粉之间通过粘结剂局部粘接；

所述的包覆膜由石蜡、滑石粉和十二烷基苯磺酸钠组成。

本发明还具有如下技术特征：

优选的，所述的CL-20炸药为ε晶型球形颗粒，最大粒径小于1000纳米；所述的铝粉为球形颗粒，最大直径小于1000纳米。

优选的，所述的粘结剂为EVA。

具体的，所述的混合炸药结构中，以重量份数计，由以下原料组成：CL-20炸药和铝粉为95％，粘结剂为1％～2％，石蜡为2.8％～3.8％，滑石粉和十二烷基苯磺酸钠为0.2％，原料的重量份数之和为100％。

优选的，所述的CL-20炸药和铝粉的重量比为80～90：5～15。

优选的，所述的滑石粉和十二烷基苯磺酸钠的重量比为1：1。

优选的，所述的石蜡熔点小于60℃。

本发明还保护一种如上所述的混合炸药结构的成型工艺，所述的混晶颗粒通过混晶分散、混晶捏合工艺实现；所述的包覆膜通过溶液制备和无桨混合过程实现。

具体的，该成型工艺具体包括以下步骤：

步骤一，混晶分散：

取CL-20炸药和铝粉，加入溶剂，分散，形成悬浊液，回收溶剂，形成混合药浆；

步骤二，混晶捏合：

在捏合机中加入粘结剂和溶剂，加热溶解粘结剂，加入步骤一制备的混合药浆，捏合，出料，自然挥发溶剂，形成混晶颗粒；

步骤三，溶液制备：

取二甲苯，加入石蜡，搅拌待石蜡溶解后加入滑石粉和十二烷基苯磺酸钠的共混物，形成包覆液；

步骤四，无桨混合：

在无桨混合装置中加入步骤二制备的混晶颗粒和步骤三制备的包覆液，混合后脱挥，待物料无溶剂析出时出料，过筛，干燥，制得混合炸药结构。

优选的，该成型工艺具体包括以下步骤：

步骤一，混晶分散：

取CL-20炸药和铝粉，加入溶剂石油醚，在高速旋转混合器中高速分散，转速1000r/min～2000r/min，形成悬浊液，回收溶剂石油醚，形成混合药浆；

步骤二，混晶捏合：

在捏合机中加入粘结剂和溶剂石油醚，加热至60℃，溶解粘结剂，加入步骤一制备的混合药浆，捏合30min，转速30r/min，捏合齿间隙1mm，出料，铺展厚度小于2mm，自然挥发溶剂石油醚，形成混晶颗粒；

步骤三，溶液制备：

取二甲苯，加入石蜡，搅拌待石蜡溶解后加入滑石粉和十二烷基苯磺酸钠的共混物，形成包覆液；

步骤四，无桨混合：

在无桨混合装置中加入步骤二制备的混晶颗粒和步骤三制备的包覆液，常温混合5min后真空脱挥，待物料无溶剂析出时出料，过20目筛，真空干燥，制得混合炸药结构。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的混合炸药结构具有较强的爆轰输出能力，相对于同比例共混炸药常规混合，爆炸场温度提高100℃以上；格尼系数提高5％；冲击波超压提高10％以上。

(Ⅱ)本发明的混合炸药结构具有较高的安全性，相对于同比例嵌晶结构和常规混合结构，撞击感度和摩擦感度下降10％以上。

(Ⅲ)本发明通过分子模拟研究表明，高分子对两种不同物质之间的粘剂力取决于两点，一是粘接面积，二是价键力，粘结剂在CL-20炸药、铝粉的表面无法铺展，但是其价键力较高，宏观表现为成型性好，但是不钝化。石蜡与粘结剂相反，其与CL-20炸药、铝粉的价键力较低，但是润湿性好，铺展完全。本发明主要由铝粉、CL-20炸药、粘结剂、石蜡和滑石粉和十二烷基苯磺酸钠组成。铝粉和CL-20炸药直接接触，在接触面周围通过粘结剂粘接，形成混晶结构；再在混晶结构表面包覆石蜡，形成钝化膜，降低颗粒感度。

附图说明

图1为本发明的混合炸药结构的结构示意图。

图2是本发明实施例1步骤二后的SEM图。

图3是本发明实施例1步骤四后的SEM图。

图4是本发明实施例2制备样品的SEM图。

图中各个标号的含义为：1-混晶颗粒，2-包覆膜，3-CL-20炸药，4-铝粉，5-粘结剂。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

需要说明的是，本发明中所涉及的材料和设备如无特殊说明，均为现有技术中已知的材料和设备。

需要说明的是，CL-20炸药的学名为六硝基六氮杂异伍兹烷。CL-20炸药和铝粉的重量比可以根据混合炸药的实际需求进行匹配。

需要说明的是，EVA为ethylene-vinyl acetate copolymer的缩写，即乙烯-醋酸乙烯共聚物，醋酸乙烯含量质量分数为28％～32％，熔融温度为62℃～70℃。

需要说明的是，局部粘接又称为局部粘结，指的是聚合物在炸药表面包覆度小于50％，但是能够形成造型粉并压制成型的粘结剂包覆炸药的结构，在本发明中特指包覆度在40％以下，但是能够粘结CL-20炸药和铝粉的结构状态。

需要说明的是，无桨混合装置采用本领域已知的常用无桨混合装置或设备。

本发明的构思：

造型粉压装工艺是当前最主要的火炸药制备工艺，该工艺是将炸药组分制备成可以压制的造型粉，再将造型粉压组成一定密度和性状的炸药药柱。为保证压制工艺的安全性，要求造型粉的撞击感度和摩擦感度同时降低到40％以下。为达到这一目的，现有做法主要有两种，一种是通过钝感包覆，在炸药表面均匀涂膜，降低主炸药的感度，该做法带来的问题是在炸药表面涂膜的惰性体将影响成型药柱的爆轰，导致成型药柱能量得不到显著提高；第二种做法是没有改善炸药的安全性，为了达到撞击感度和摩擦感度同时降低到40％以下的目的，在造型粉中加入石墨，通过石墨的润滑作用，降低机械感度。但是这种感度的改善对于成型药柱安全性的提高影响不大。本发明的构思是，炸药的爆轰效果是爆轰化学反应的热力学和爆轰反应动力学综合作用的结果，利用炸药爆轰的特点，设计钝化膜提高炸药的安全性，通过炸药和铝粉的不完全高强度不完全粘接结构减小爆轰区氧化还原反应的时间，实现高能输出的目的。通俗的讲，铝粉和CL-20炸药形成混晶结构，再在混晶结构表面涂膜，而铝粉和CL-20炸药在混晶内直接接触，实现高能输出的目的。与文献《CL-20炸药基含铝炸药组分微结构对其爆炸释能特性的影响》不同，本构思一方面没有CL-20炸药的重结晶过程，可以直接选用最安全的ε晶型；其次，混晶结构晶体缺陷明显少于混晶结构，导致造型粉的感度低于嵌晶结构。

本发明的性能测试方法：

(A)爆炸场温度：参考文献《CL-20炸药基含铝炸药组分微结构对其爆炸释能特性的影响》(火炸药学报，2009年，第12期)进行爆炸场温度测试；

(B)格尼系数：参考文献《CL-20炸药基含铝炸药组分微结构对其爆炸释能特性的影响》(火炸药学报，2009年，第12期)进行格尼系数测试；

(C)冲击波超压：1kg炸药在距离2m处进行自由场壁面压力测试；

(D)药粉撞击感度：采用GJB772A-97方法601.1爆炸概率法进行撞击感度测试；

(E)药粉摩擦感度：采用GJB772A-97方法602.1爆炸概率法进行摩擦感度测试；

(F)药柱撞击临界点火阈值：参考文献《低速撞击下JO-8和B炸药的响应特性》(含能材料，2015年，第9期)进行药柱撞击临界点火阈值测试。

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种混合炸药结构包括混晶颗粒1，如图1所示，混晶颗粒1外有包覆有包覆膜2；

混晶颗粒1包括CL-20炸药3和铝粉4，CL-20炸药3和铝粉4之间通过粘结剂5局部粘接；

包覆膜2由石蜡、滑石粉和十二烷基苯磺酸钠组成。

CL-20炸药为ε晶型球形颗粒，最大粒径为800纳米。

铝粉为球形颗粒，最大直径为600纳米。

粘结剂为EVA。

混合炸药结构中，以重量份数计，由以下原料组成：CL-20炸药和铝粉为95％，粘结剂为1％，石蜡为3.8％，滑石粉和十二烷基苯磺酸钠为0.2％。

CL-20炸药和铝粉的重量比为85：10。

滑石粉和十二烷基苯磺酸钠的重量比为1：1。

石蜡熔点为58℃。

本实施例的混合炸药结构的成型工艺，该成型工艺具体包括以下步骤：

步骤一，混晶分散：

取CL-20炸药和铝粉，加入溶剂石油醚，在高速旋转混合器中高速分散，转速1000r/min～2000r/min，形成悬浊液，回收溶剂石油醚，形成混合药浆；

步骤二，混晶捏合：

在捏合机中加入粘结剂和溶剂石油醚，加热至60℃，溶解粘结剂，加入步骤一制备的混合药浆，捏合30min，转速30r/min，捏合齿间隙1mm，出料，铺展厚度小于2mm，自然挥发溶剂石油醚，形成混晶颗粒；

步骤三，溶液制备：

取二甲苯，加入石蜡，搅拌待石蜡溶解后加入滑石粉和十二烷基苯磺酸钠的共混物，形成包覆液；

步骤四，无桨混合：

在无桨混合装置中加入步骤二制备的混晶颗粒和步骤三制备的包覆液，常温混合5min后真空脱挥，待物料无溶剂析出时出料，过20目筛，真空干燥，制得混合炸药结构。

本实施例的混合炸药在步骤二后的结构表征结果如图2所示，从图2可以看出采用EVA粘结CL-20炸药和铝粉，铝粉和CL-20炸药紧密接触，形成混晶结构，没有发生涂膜，实现高能输出的目的。

本实施例的混合炸药在步骤四后的结构表征结果如图3所示，从图3可知，采用步骤四后，石蜡在混晶结构表面涂膜，实现钝感的目的，说明本申请最终获得的结构与设想的结构是一致的。

本实施例的混合炸药结构的性能测试结果如表1所示。

实施例2：

本实施例给出一种混合炸药结构，该结构与实施例1的混合炸药结构基本相同，区别仅仅在于，本实施例中：

混合炸药结构中，以重量份数计，由以下原料组成：CL-20炸药和铝粉为95％，粘结剂为2％，石蜡为2.8％，滑石粉和十二烷基苯磺酸钠为0.2％。

CL-20炸药为ε晶型球形颗粒，最大粒径为700纳米。

铝粉为球形颗粒，最大直径为350纳米。

粘结剂为EVA。

CL-20炸药和铝粉的重量比为85：10。

滑石粉和十二烷基苯磺酸钠的重量比为1：1。

石蜡熔点为58℃。

本实施例的混合炸药结构的成型工艺与实施例1的混合炸药结构的成型工艺相同。

本实施例的混合炸药结构的表征结果如图4所示，从图4可知，EVA粘结CL-20炸药和铝粉，铝粉和CL-20炸药紧密接触，形成混晶结构，在混晶结构表面有明显的膜结构，说明本申请最终获得的结构与设想的结构是一致的。

本实施例的混合炸药结构的性能测试结果如表1所示。

实施例3：

本实施例给出一种混合炸药结构，该结构与实施例1的混合炸药结构基本相同，区别仅仅在于，本实施例中：CL-20炸药和铝粉的重量比为80：15。

本实施例的混合炸药结构的成型工艺与实施例1的混合炸药结构的成型工艺相同。

本实施例的混合炸药结构的表征结果与实施例1基本相同。

实施例4：

本实施例给出一种混合炸药结构，该结构与实施例1的混合炸药结构基本相同，区别仅仅在于，本实施例中：CL-20炸药和铝粉的重量比为90：5。

本实施例的混合炸药结构的成型工艺与实施例1的混合炸药结构的成型工艺相同。

本实施例的混合炸药结构的表征结果与实施例1基本相同。

性能测试效果：

参考文献《CL-20炸药基含铝炸药组分微结构对其爆炸释能特性的影响》(火炸药学报，2009年，第12期)，以共混结构和嵌晶结构作为对比例，进行爆炸场温度、格尼系数、冲击波超压、药粉撞击感度、药粉摩擦感度和药柱撞击临界点火阈值的性能测试，结果如下表1所示。

从表1可以看出，本发明具有较强的爆轰输出能力，相对于同比例共混炸药常规混合，爆炸场温度提高100℃以上；格尼系数提高5％以上；冲击波超压提高10％以上；具有较高的安全性，相对于同比例嵌晶结构和常规混合结构，撞击感度和摩擦感度下降10％以上。

表1本发明的实施例与对比例实施效果对比

Claims (10)

1.一种混合炸药结构，其特征在于，包括混晶颗粒(1)，混晶颗粒(1)外有包覆有包覆膜(2)；

所述的混晶颗粒(1)包括CL-20炸药(3)和铝粉(4)，CL-20炸药(3)和铝粉(4)之间通过粘结剂(5)局部粘接；

所述的包覆膜(2)由石蜡、滑石粉和十二烷基苯磺酸钠组成。

2.如权利要求1所述的混合炸药结构，其特征在于，所述的CL-20炸药为ε晶型球形颗粒，最大粒径小于1000纳米；所述的铝粉为球形颗粒，最大直径小于1000纳米。

3.如权利要求1所述的混合炸药结构，其特征在于，所述的粘结剂为EVA。

4.如权利要求1所述的混合炸药结构，其特征在于，所述的混合炸药结构中，以重量份数计，由以下原料组成：CL-20炸药和铝粉为95％，粘结剂为1％～2％，石蜡为2.8％～3.8％，滑石粉和十二烷基苯磺酸钠为0.2％，原料的重量份数之和为100％。

5.如权利要求4所述的混合炸药结构，其特征在于，所述的CL-20炸药和铝粉的重量比为80～90：5～15。

6.如权利要求4所述的混合炸药结构，其特征在于，所述的滑石粉和十二烷基苯磺酸钠的重量比为1：1。

7.如权利要求4所述的混合炸药结构，其特征在于，所述的石蜡熔点小于60℃。

8.一种如权利要求1至7任一权利要求所述的混合炸药结构的成型工艺，其特征在于，所述的混晶颗粒通过混晶分散、混晶捏合工艺实现；所述的包覆膜通过溶液制备和无桨混合过程实现。

9.如权利要求8所述的混合炸药结构的成型工艺，其特征在于，该成型工艺具体包括以下步骤：

步骤一，混晶分散：

取CL-20炸药和铝粉，加入溶剂，分散，形成悬浊液，回收溶剂，形成混合药浆；

步骤二，混晶捏合：

在捏合机中加入粘结剂和溶剂，加热溶解粘结剂，加入步骤一制备的混合药浆，捏合，出料，自然挥发溶剂，形成混晶颗粒；

步骤三，溶液制备：

取二甲苯，加入石蜡，搅拌待石蜡溶解后加入滑石粉和十二烷基苯磺酸钠的共混物，形成包覆液；

步骤四，无桨混合：

在无桨混合装置中加入步骤二制备的混晶颗粒和步骤三制备的包覆液，混合后脱挥，待物料无溶剂析出时出料，过筛，干燥，制得混合炸药结构。

10.如权利要求9所述的混合炸药结构的成型工艺，其特征在于，该成型工艺具体包括以下步骤：

步骤一，混晶分散：

取CL-20炸药和铝粉，加入溶剂石油醚，在高速旋转混合器中高速分散，转速1000r/min～2000r/min，形成悬浊液，回收溶剂石油醚，形成混合药浆；

步骤二，混晶捏合：

在捏合机中加入粘结剂和溶剂石油醚，加热至60℃，溶解粘结剂，加入步骤一制备的混合药浆，捏合30min，转速30r/min，捏合齿间隙1mm，出料，铺展厚度小于2mm，自然挥发溶剂石油醚，形成混晶颗粒；

步骤三，溶液制备：

取二甲苯，加入石蜡，搅拌待石蜡溶解后加入滑石粉和十二烷基苯磺酸钠的共混物，形成包覆液；

步骤四，无桨混合：

在无桨混合装置中加入步骤二制备的混晶颗粒和步骤三制备的包覆液，常温混合5min后真空脱挥，待物料无溶剂析出时出料，过20目筛，真空干燥，制得混合炸药结构。

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