CN113773163A - 一种高性能塑性炸药及其制备方法 - Google Patents

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宋小兰
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王毅
郭凯歌
李凤生
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C06—EXPLOSIVES; MATCHES
    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B25/00—Compositions containing a nitrated organic compound
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C06B—EXPLOSIVES OR THERMIC COMPOSITIONS; MANUFACTURE THEREOF; USE OF SINGLE SUBSTANCES AS EXPLOSIVES
    • C06B21/00—Apparatus or methods for working-up explosives, e.g. forming, cutting, drying
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)

Abstract

本发明提供了一种高性能塑性炸药及其制备方法；由以下质量百分数的原料组成：基础物质91％，聚异丁烯2.1％，机油1.6％，已二酸二辛酯5.3％。本发明还涉及前述炸药的制备方法。本发明方法制备的塑性炸药密度较高，最低密度达到1.66g/cm3，比C4炸药的密度(1.59g/cm3)要高。本发明方法制备的塑性炸药能量较高。最低爆速达到8266m/s，最低爆热达到1716kJ/mol，比C4炸药的爆速(8040m/s)和爆热(1081kJ/mol)要高。本发明方法制备的塑性炸药感度很低。撞击感度为0％～8％(25cm，2.5kg，35mg)，与C4炸药的撞击感度(Pi＝0％)基本相当。本发明制备的塑性炸药塑性温度范围较高，达到了‑55℃～77℃。而传统C4炸药的塑性范围只有‑40℃～60℃。

Description

一种高性能塑性炸药及其制备方法
技术领域
本发明涉及含能材料技术领域；尤其涉及一种高性能塑性炸药及其制备方法。
背景技术
塑性炸药是一种常见的混合炸药，这类炸药的品种较多，应用较广泛。其特点是在(-40℃～60℃)之间具有良好的塑性，便于携带和手工装药。其组成含有高能炸药、热塑性弹性体或橡胶、较多的增塑剂和机械油等。可以根据战术要求调整炸药的能量、粘稠度和粘性。其中，C4炸药是最常见的一种塑性炸药。它的应用非常广泛，可以用来装填炸弹、反坦克碎甲弹、水中兵器弹药、杀伤雷和反坦克雷；也可用于战区排雷和丛林开路；还可用于破坏敌方的建筑、堡垒、线路以及其他军事设施。
C4炸药是由高能炸药黑索金(RDX其分子结构式见图5所示)和一些非爆炸性增塑剂构成。其爆速可达8040m/s，在-40℃～60℃之间具有良好的塑性，而且感度极低。但随着战场环境的改变，装备防御能力的提高，传统的C4炸药已经逐渐不能胜任。主要体现在密度较低、爆炸能量不够，不能有效地摧毁目标。另外，传统C4炸药的塑性温度范围有点窄，导致在低温下可塑性低、变形能力差等问题。但C4的感度依然非常低，这是它的一个巨大优势。因此，现在急需调整配方和工艺，在感度没有大幅度增高的情况下，提高炸药的密度、提高炸药的爆速和爆热，扩展炸药的塑性温度范围，以达到适应新战场情况的目的。
发明内容
本发明的目的是提供了一种高性能塑性炸药及其制备方法。
第一方面，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种高性能塑性炸药，由以下质量百分数的原料组成：
Figure RE-GDA0003336059980000021
其中，基础物质为高能炸药奥克托今(HMX)或高能炸药六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)或两者的混合物；
本发明还涉及前述的高性能塑性炸药的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，粘结剂溶液的配置：首先，在烧杯中加入32g的苯，加热至 65℃，加入PIB2.1g，待完全溶解，加入1.6g机油和5.3g DOA，待完全溶解后，得到粘结剂溶液；
步骤2，造粒工艺：在1000mL的三口烧瓶中加入540mL水和91gHMX或 CL-20(或HMX与CL-20的混合物，取两者的混合物时，HMX与CL-20的质量比为1:1、1:3或3:1)，搅拌，加入粘结剂溶液，将三口烧瓶封口，真空泵抽真空，真空度小于40kPa，升温到80℃，40～50min后，降温至35℃出料，再抽滤，洗涤，得到潮湿的造型粉；
步骤3，捏合工艺：将得到的潮湿的造型粉用手捏合45min后取出，将取出的混合炸药放入水浴烘箱中，60℃干燥24h，干燥后得到高性能塑性炸药。
优选地，步骤1中，所述PIB的分子量分别为2400和60000，分子量为60000的PIB占质量百分比的70％，分子量为2400的PIB占质量百分比的30％。
优选地，步骤2中，所述HMX为d50＝99.32um的HMX和d50＝12.87um的 HMX的混合物；其中，d50＝99.32um的HMX占质量百分比的50％，d50＝12.87um 的HMX占质量百分比的50％。
优选地，步骤2中，所述CL-20为d50＝133um的CL-20和d50＝56.74um 的CL-20的混合物；其中，d50＝133um的CL-20占质量百分比的50％， d50＝56.74um的CL-20占质量百分比的50％。
优选地，步骤2中，所述HMX与CL-20的混合物中HMX与CL-20的质量比为1:1、1:3或3:1。
优选地，步骤3中，所述干燥的温度为60℃，时间为24h。
本发明具有以下优点：
(1)本发明制备的塑性炸药密度较高，最低密度达到1.66g/cm3，比C4炸药的密度(1.59g/cm3)要高。
(2)本发明制备的塑性炸药能量较高。最低爆速达到8266m/s，最低爆热达到1716kJ/mol，比C4炸药的爆速(8040m/s)和爆热(1081kJ/mol) 要高。
(3)本发明制备的塑性炸药感度很低。撞击感度为0％～8％(25cm， 2.5kg，35mg)，与C4炸药的撞击感度(Pi＝0％)基本相当。
(4)本发明制备的塑性炸药塑性温度范围较高，达到了-55℃～77℃。而传统C4炸药的塑性范围只有-40℃～60℃。
附图说明
图1为实施例1～4中所用粗颗粒HMX的粒度分布图；
图2为实施例1～4中所用细颗粒HMX的粒度分布图；
图3为实施例2～5中所用粗颗粒CL-20的粒度分布图；
图4为实施例2～5中所用细颗粒CL-20的粒度分布图；
图5为RDX的分子结构图；
图6为HMX的分子结构图；
图7为CL-20的分子结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，以下的实施实例只是对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。
实施例1
本实施例涉及一种高性能塑性炸药的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在烧杯中加入32g的苯，加热至65℃，加入PIB共计2.1g，保温使PIB完全溶解，然后加入1.6g机油和5.3gDOA，完全溶解后得到粘结剂溶液；
步骤2，在1000mL的三口烧瓶中加入540mL水和91gHMX(HMX的分子结构图见图7)，搅拌，形成均匀的悬浮液，然后，在搅拌过程中加入已配好的粘结剂溶液；将三口烧瓶的口封好后，用真空泵抽真空，保持真空度小于40kPa，同时升温到80℃，保持40～50min后，降温至35℃以下出料，经抽滤、洗涤后得到潮湿的造型粉；
步骤3，将潮湿的造型粉用手捏合45min后取出。将取出的混合炸药放入水浴烘箱中，60℃干燥24h。干燥后得到高性能塑性炸药。
实施例2
本实施例涉及一种高性能塑性炸药的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在烧杯中加入32g的苯，加热至65℃，加入PIB共计2.1g，保温使PIB完全溶解，然后加入1.6g机油和5.3gDOA，完全溶解后得到粘结剂溶液；
步骤2，在1000mL的三口烧瓶中加入540mL水和68.25gHMX(占75％) 和22.75gCL-20(占25％，CL-20的分子结构图见图7所示)，搅拌，形成均匀的悬浮液；然后，在搅拌过程中加入已配好的粘结剂溶液，然后，将三口烧瓶的口封好后，用真空泵抽真空，保持真空度小于40kPa，同时升温到 80℃。保持40～50min后，降温至35℃以下出料，经抽滤、洗涤后得到潮湿的造型粉；
步骤3，将潮湿的造型粉用手捏合45min后取出。将取出的混合炸药放入水浴烘箱中，60℃干燥24h,，干燥后得到高性能塑性炸药。
实施例3
本实施例涉及一种高性能塑性炸药的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在烧杯中加入32g的苯，加热至65℃，加入PIB共计2.1g，保温使PIB完全溶解。然后加入1.6g机油和5.3gDOA，完全溶解后得到粘结剂溶液；
步骤2，在1000mL的三口烧瓶中加入540mL水和45.5gHMX(占50％)和 45.5gCL-20(占50％)，搅拌，形成均匀的悬浮液；然后，在搅拌过程中加入已配好的粘结剂溶液，然后，将三口烧瓶的口封好后，用真空泵抽真空，保持真空度小于40kPa，同时升温到80℃，保持40～50min后，降温至35℃以下出料，经抽滤、洗涤后得到潮湿的造型粉；
步骤3，将潮湿的造型粉用手捏合45min后取出，将取出的混合炸药放入水浴烘箱中，60℃干燥24h，干燥后得到高性能塑性炸药。
实施例4
本实施例涉及一种高性能塑性炸药的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在烧杯中加入32g的苯，加热至65℃，加入PIB共计2.1g，保温使PIB完全溶解。然后加入1.6g机油和5.3gDOA，完全溶解后得到粘结剂溶液；
步骤2，在1000mL的三口烧瓶中加入540mL水和22.75gHMX(占25％) 和68.25gCL-20(占75％)，搅拌，形成均匀的悬浮液，然后，在搅拌过程中加入已配好的粘结剂溶液；然后，将三口烧瓶的口封好后，用真空泵抽真空，保持真空度小于40kPa，同时升温到80℃，保持40～50min后，降温至35℃以下出料，经抽滤、洗涤后得到潮湿的造型粉；
步骤3，将潮湿的造型粉用手捏合45min后取出。将取出的混合炸药放入水浴烘箱中，60℃干燥24h，干燥后得到高性能塑性炸药。
实施例5
本实施例涉及一种高性能塑性炸药的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在烧杯中加入32g的苯，加热至65℃，加入PIB共计2.1g，保温使PIB完全溶解，加入1.6g机油和5.3gDOA，完全溶解后得到粘结剂溶液；
步骤2，在1000mL的三口烧瓶中加入540mL水和91g CL-20，搅拌，形成均匀的悬浮液；然后，在搅拌过程中加入已配好的粘结剂溶液，然后，将三口烧瓶的口封好后，用真空泵抽真空，保持真空度小于40kPa，同时升温到80℃，保持40～50min后，降温至35℃以下出料，经抽滤、洗涤后得到潮湿的造型粉；
步骤3，将潮湿的造型粉用手捏合45min后取出，将取出的混合炸药放入水浴烘箱中，60℃干燥24h，干燥后得到高性能塑性炸药。
本发明所涉及的上述实施例1-4中，所使用的HMX，其粗颗粒HMX的粒度分布见图1所示，其细颗粒HMX的粒度分布见图2所示；
上述实施例2-5中，所使用的CL-20，其粗颗粒CL-20的粒度分布见图 3所示，其细颗粒CL-20的粒度分布见图4所示。
另外，上述实施例1-5所制备得到的塑性炸药的性能数据，见表1 所示。
表1
Figure RE-GDA0003336059980000061
Figure RE-GDA0003336059980000071
上述表1为实施例1～5所制备样品的各项性能，并与传统C4炸药的各项性能进行对比。由表1的数据可以看出，实施例1～5所制备样品的密度均大于C4炸药的密度；所有制备样品的爆速均高于C4炸药的爆速；所有制备样品的爆热均高于C4炸药的爆热；实施例1～5所制备样品的撞击感度爆炸概率Pi略高于C4炸药，比较钝感。另外，由于本发明的炸药配方中使用了DOA作为增塑剂，因此样品实测的塑性温度范围达到了-55℃～ 77℃，明显好于传统C4炸药的-40℃～60℃。DOA是一种优良耐寒增塑剂，它能赋予高聚物优良的低温柔顺性，并具有一定的光、热稳定性和耐水性。
撞击感度测试根据《炸药试验方法》(GJB772A-97)方法601.3中12型工具法，用WL-1型撞击感度仪进行；采用2.5kg落锤，落高25cm。
密度测试根据《炸药试验方法》(GJB772A-97)方法401.1中密度瓶法。
爆速为实测密度下，依据Kamlet公式计算的计算值，详细方法和参数见文献：孙业斌.军用混合炸药[M].兵器工业出版社,1995。
爆热采用吴雄法计算，详细方法和参数见文献：Wu Xiong.A Simole Method forCalculating Detonation Parameters of Explosives[J]. Journal of EnergeticMaterials,1985,3(4):263-277。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。

Claims (7)

1.一种高性能塑性炸药，其特征在于，由以下质量百分数的原料组成：
Figure FDA0003216449310000011
其中，基础物质为：高能炸药奥克托今或高能炸药六硝基六氮杂异伍兹烷或两者的混合物。
2.一种如权利要求1所述的高性能塑性炸药的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，粘结剂溶液的配置：首先，在烧杯中加入32g的苯，加热至65℃，加入PIB 2.1g，待完全溶解，加入1.6g机油和5.3g DOA，待完全溶解后，得到粘结剂溶液；
步骤2，造粒工艺：在1000mL的三口烧瓶中加入540mL水和91gHMX、CL-20或HMX与CL-20的混合物，搅拌，加入粘结剂溶液，将三口烧瓶封口，真空泵抽真空，真空度小于40kPa，升温到80℃，40～50min后，降温至35℃出料，再抽滤，洗涤，得到潮湿的造型粉；
步骤3，捏合工艺：将得到的潮湿的造型粉用手捏合45min后取出，放入水浴烘箱中干燥，得到高性能塑性炸药。
3.如权利要求2所述的高性能塑性炸药的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述PIB的分子量分别为2400和60000，分子量为60000的PIB占质量百分比的70％，分子量为2400的PIB占质量百分比的30％。
4.如权利要求2所述的高性能塑性炸药的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述HMX为d50＝99.32um的HMX和d50＝12.87um的HMX的混合物；其中，d50＝99.32um的HMX占质量百分比的50％，d50＝12.87um的HMX占质量百分比的50％。
5.如权利要求2所述的高性能塑性炸药的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述CL-20为d50＝133um的CL-20和d50＝56.74um的CL-20的混合物；其中，d50＝133um的CL-20占质量百分比的50％，d50＝56.74um的CL-20占质量百分比的50％。
6.如权利要求2所述的高性能塑性炸药的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述HMX与CL-20的混合物中HMX与CL-20的质量比为1:1、1:3或3:1。
7.如权利要求2所述的高性能塑性炸药的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述干燥的温度为60℃，时间为24h。
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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AHMED ELBEIH: "Detonation Characteristics of Plastic Explosives Based on Attractive Nitramines with Polyisobutylene and Poly(methyl methacrylate) Binders", 《JOURNAL OF ENERGETIC MATERIALS》 *

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