CN114262249A - 一种复合炸药粒子及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合炸药粒子及其制备方法，由以下原料组成：CL‑20、ADN、复合表面活性剂、DOA和EVA；所述的复合表面活性剂由牛磺脱氧胆酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚组成。本发明的复合炸药粒子具有高能量的优点，钝感后的复合粒子与CL‑20比，爆速降低小于5％，爆热和氧平衡显著改善。本发明的复合炸药粒子具有低感度的优点，复合粒子的机械感度显著优于原CL‑20炸药和ADN炸药。本发明的复合炸药粒子本发明热效应显著，分解温度高于单质组分ADN。本发明的复合炸药粒子采用两种敏感高能炸药作为基体制备复合颗粒，通过物理匹配技术保证复合材料的安全性。

Description

一种复合炸药粒子及其制备方法

技术领域

本发明属于炸药领域，涉及复合炸药，具体涉及一种复合炸药粒子及其制备方法。

背景技术

炸药装药是武器系统的主要能量源，其作用结果直接影响到武器系统的作战效果。作为炸药装药的核心组分，猛炸药的能量和安全性直接决定了炸药装药乃至整个武器系统的威力和安全性。为此，行业内一直致力于研究高能量不敏感的单质炸药。炸药属于亚稳态物质，通常能量高的单质炸药如CL-20、

ADN等安全性差，安全性好的炸药如TATB等威力较低。为了综合能量和安全性，行业内通用做法是利用高能不安全的单质炸药和安全的普通炸药或者惰性体制备复合材料，例如CL-20/TATB共晶、CL-20的钝感包覆等等。大量惰性体的加入虽然提高了材料的安全性，却直接降低了炸药的能量，导致高能炸药的能量优势不再显著。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种复合炸药粒子及其制备方法，解决现有技术中的复合炸药难以兼顾安全性和高能优势难以兼顾的技术问题。

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：

一种复合炸药粒子，由以下原料组成：CL-20、ADN、复合表面活性剂、 DOA和EVA；

所述的复合表面活性剂由牛磺脱氧胆酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚组成。

具体的，以重量份数计，由以下原料制成：CL-20为72.8％～74.6％，ADN 为20.4％～22.2％，复合表面活性剂为0.5％～2％，DOA为0.5％～1％，EVA为2％～ 4％，原料的重量份数之和为100％。

优选的，所述的复合表面活性剂由牛磺脱氧胆酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚按照重量比为95：5混合并干燥组成。

优选的，ADN的平均粒度为13μm。

本发明还保护一种复合炸药粒子的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，制备CL-20/ADN嵌晶结构：

将CL-20溶解到乙酸乙酯中，然后加入ADN，控制温度为65～70℃、搅拌速度200r/min～300r/min，混合10分钟后加入DOA；降低搅拌速度至60r/min，继续搅拌直至物料呈现砂浆状，烘干，得到CL-20/ADN嵌晶结构；

步骤二，包覆嵌晶结构：

将EVA加入石油醚中加热至EVA溶解，形成EVA的石油醚溶液，加入 CL-20/ADN嵌晶结构和复合表面活性剂，控制温度65～70℃，搅拌速度 200r/min～300r/min，搅拌20min，降温出料，过10目筛，干燥，得到复合炸药粒子。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的复合炸药粒子中采用了复合表面活性剂，复合表面活性剂可以改善EVA在嵌晶结构粒子表面的包覆效果，复合表面活性剂由两种互溶的表面活性剂组成，第一种表面活性剂牛磺脱氧胆酸钠改善EVA对裸露的ADN 包覆，不对CL-20作用，另一种表面活性剂捕捉牛磺脱氧胆酸钠和CL-20，使嵌晶机构包覆的更紧密。

(Ⅱ)本发明的复合炸药粒子具有高能量的优点，钝感后的复合粒子与 CL-20比，爆速降低小于5％，爆热和氧平衡显著改善。本发明的复合炸药粒子具有低感度的优点，复合粒子的机械感度显著优于原CL-20炸药和ADN炸药。

(Ⅲ)本发明的复合炸药粒子热效应显著，分解温度高于单质组分ADN。

(Ⅳ)本发明的复合炸药粒子采用两种敏感高能炸药作为基体制备复合颗粒，通过物理匹配技术保证复合材料的安全性。

(Ⅴ)本发明的复合炸药粒子能够作为复合推进剂中的猛炸药使用，也可以作为造型粉压制成炸药装药件，装填杀伤战斗部或杀爆战斗部。

附图说明

图1是实施例1步骤一得到的CL-20/ADN嵌晶结构的微观形貌。

图2是对比例1得到的微观形貌。

图3是对比例2步骤一得到的CL-20/ADN嵌晶结构的微观形貌。

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，本发明中的所有原料，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的原料。

CL-20指的是六硝基六氮杂异戊兹烷。

ADN指的是二硝酰胺铵。

DOA指的是己二酸二辛酯。

EVA指的是乙烯-醋酸乙烯共聚物。

HMX指的是奥克托今。

TNT指的是三硝基甲苯。

TATB指的是三氨基三硝基苯。

ADN的平均粒度为13μm。

优选的，EVA的乙酸乙烯酯含量32％，熔点63℃。

优选的，壬基酚聚氧乙烯醚的羟值115±5mgKOH/g，pH值6.0～7.0。

本发明的构思：六硝基六氮杂异戊兹烷(代号CL-20)、二硝酰胺铵(代号 ADN)是目前研制出的高能量密度材料，其输出能量均高于HMX，但是安全性较差。如果降低CL-20、ADN的感度，提高其安全性，则能够在实现本发明的目的。但是大量文献研究的结果是，采用HMX、TNT、TATB等能量低于CL-20、 ADN的单质炸药或者直接使用惰性体处理形成共晶、混晶、共混、核壳结构等，虽然能降低CL-20、ADN的感度，但是其感度降低越多，能量损失越大，也无法实现本发明的目的。

炸药的安全性主要用热点理论解释，主要包括热点生成和点火增长两个过程。CL-20感度高的原因是其点火能力很强，但是增长并不剧烈，反应相对温和。 ADN是一种胺盐类高能化合物，其热稳定性和化学稳定性都较好，但是其晶体破裂强度较低，在撞击摩擦下容易发生剪切破碎，在剪切带上发生点火。如果有一种方法能够降低他们点火后的增长过程，就能改善CL-20、ADN的安全性能，这样就能提高其安全性，并不降低其能量。

本发明的设计思路是：与行业内的通用做法不同，本发明不改变CL-20点火性能，而是抑制其点火后的增长性能，同时降低ADN的点火性能。根据炸药爆轰理论，炸药点火能力与晶体结构、大小相关。将CL-20重结晶，以结晶膜的形式包裹到ADN表面，在受到外界刺激后，CL-20发生点火，ADN不再直接点火；CL-20发生点火后能量开始传递，利用ADN熔点低的特性，融化吸热，抑制了热点的增长；ADN融化后塑性增加，反而抑制了CL-20的进一步撞击、摩擦点火。

具体设计是，设计一种CL-20、ADN嵌晶结构，内部为ADN，外部为CL-20，在嵌晶结构表面包覆惰性体制备造型粉。加入少量的增塑剂DOA，增加嵌晶结构之间的滑移，减小机械刺激下的摩擦生热。EVA的目的是制备造型粉，有利于压装炸药成型，同时防止ADN的吸湿敏化，增塑剂DOA在增加体系塑性的同时，可以填补CL-20、ADN的晶体间隙，减小晶体缺陷；复合表面活性剂可以改善EVA在嵌晶结构粒子表面的包覆效果，复合表面活性剂由牛磺脱氧胆酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚组成。与行业内的通用做法不同，本发明选择的牛磺脱氧胆酸钠对于CL-20和EVA的表面改性几乎没有作用。ADN容易在表面形成水膜，牛磺脱氧胆酸钠通过与水膜的作用，改善EVA对裸露的ADN包覆。壬基酚聚氧乙烯醚主要改善牛磺脱氧胆酸钠的长链基团和CL-20的亲和性，使嵌晶机构包覆的更紧密。

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：

本实施例给出一种复合炸药粒子，以重量份数计，由以下原料制成：CL-20 为74％，ADN为21％，复合表面活性剂为1％，DOA为1％，EVA为3％。

所述的复合表面活性剂由牛磺脱氧胆酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚按照重量比为95：5混合并干燥组成。

本实施例的复合炸药粒子的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，制备CL-20/ADN嵌晶结构：

称量CL-2074g、ADN21g、DOA1g；将CL-20溶解到500ml乙酸乙酯中；加入ADN，控制温度65～70℃、搅拌速度200r/min～300r/min，混合10分钟后加入DOA；降低搅拌速度至60r/min，继续搅拌直至物料呈现砂浆状，烘干，得到 CL-20/ADN嵌晶结构；

步骤二，包覆嵌晶结构：

将3gEVA加入200ml石油醚中，50℃加热至EVA溶解，形成EVA的石油醚溶液，加入CL-20/ADN嵌晶结构和复合表面活性剂，控制温度65～70℃、搅拌速度200r/min～300r/min，搅拌20min，降温出料，过10目筛，干燥，得到复合炸药粒子。

本实施例的复合炸药粒子的性能测试结果参见表1。

实施例2：

本实施例给出一种复合炸药粒子，以重量份数计，由以下原料制成：CL-20 为72.8％，ADN为22.2％，复合表面活性剂为2％，DOA为1％，EVA为2％。

所述的复合表面活性剂由牛磺脱氧胆酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚按照重量比为95：5混合并干燥组成。

本实施例的复合炸药粒子的制备方法与实施例1相同。

本实施例的复合炸药粒子的性能测试结果参见表1。

实施例3：

本实施例给出一种复合炸药粒子，以重量份数计，由以下原料制成：CL-20 为74.6％，ADN为20.4％，复合表面活性剂为0.5％，DOA为0.5％，EVA为 4％。

所述的复合表面活性剂由牛磺脱氧胆酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚按照重量比为95：5混合并干燥组成。

本实施例的复合炸药粒子的制备方法与实施例1相同。

本实施例的复合炸药粒子的性能测试结果参见表1。

性能测试：

(1)根据炸药爆轰理论，计算复合粒子的爆轰参数；将复合粒子压制成直径20mm的药柱，按照GJB772A方法702.1进行爆速测试，与975CL-20/3％EVA的 CL-20作对比；

(2)按照GJB772A-97方法601.1测试粒子的撞击感度；

(3)采用TA2950热重-微商热重仪测试TG-DTG曲线，分析复合粒子的分解温度。

性能测试结果如下表1和图1所示。

表1炸药粒子测试数据

从表1可以看出，本发明实施例1至3中的复合炸药粒子具有高能量的优点，钝感后的复合粒子与CL-20比，爆速降低小于5％，爆热提升5％以上，氧平衡显著改善；本发明具有低感度的优点，复合粒子的机械感度显著优于原CL-20炸药和ADN炸药；本发明热效应显著，分解温度远高于单质组分ADN。

对比例1：

本对比例给出一种复合炸药粒子，该复合炸药粒子的配方与实施例1中的复合炸药粒子的配方相同。

本对比例的复合炸药粒子的制备方法如下所述：

在500ml石油醚中加入EVA，在50℃加热至EVA溶解，形成EVA的石油醚溶液，加入复合表面活性剂和DOA，混合1min后加入CL-20和AND，控制温度65～70℃、搅拌速度200r/min～300r/min，搅拌20min，降温出料，过10目筛，干燥，得到对比例1的粒子，如图2所示。

从图2可以看出，对比例1无嵌晶结构。按照GJB772A-97方法601.1测试粒子的撞击感度，结果为100％。

对比例2：

本对比例给出一种复合炸药粒子，该复合炸药粒子的配方与实施例1中的复合炸药粒子的配方相同。

本对比例的复合炸药粒子的制备方法与实施例1的制备方法之间的区别在于：在制备工艺步骤一“制备CL-20/ADN嵌晶结构”过程中，不加入DOA，得到的嵌晶结构，如图3所示。

从对比图3和图1可以看出，在嵌晶结构制备过程中，没有加入DOA，则嵌晶结构不均匀，ADN聚集，颗粒粗糙。

在制备工艺步骤二“包覆嵌晶结构”中，与EVA一起加入DOA，得到的复合粒子。

按照GJB772A-97方法601.1测试撞击感度，结果为100％。

对比例2表明DOA对嵌晶结构的制备有益，对目标产物的降感明显。

对比例3：

本对比例给出一种复合炸药粒子，该复合炸药粒子的配方与实施例1中的复合炸药粒子的配方之间的区别仅仅在于，将实施例1中的1％的复合表面活性剂替换成与Cl-20亲和性较好的等量的Span-80表面活性剂。

本对比例的复合炸药粒子的制备方法与实施例1基本相同。

按照GJB772A-97方法601.1测试粒子的撞击感度，结果为56％；

对比例4：

本对比例给出一种复合炸药粒子，该复合炸药粒子的配方与实施例1中的复合炸药粒子的配方之间的区别仅仅在于，将实施例1中的1％的复合表面活性剂替换成与单一的等量的牛磺脱氧胆酸钠。

本对比例的复合炸药粒子的制备方法与实施例1基本相同。

按照GJB772A-97方法601.1测试粒子的撞击感度，结果为48％。

Claims (5)

1.一种复合炸药粒子，其特征在于，由以下原料组成：CL-20、ADN、复合表面活性剂、DOA和EVA；

所述的复合表面活性剂由牛磺脱氧胆酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚组成。

2.如权利要求1所述的复合炸药粒子，其特征在于，以重量份数计，由以下原料制成：CL-20为72.8％～74.6％，ADN为20.4％～22.2％，复合表面活性剂为0.5％～2％，DOA为0.5％～1％，EVA为2％～4％，原料的重量份数之和为100％。

3.如权利要求2所述的复合炸药粒子，其特征在于，所述的复合表面活性剂由牛磺脱氧胆酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚按照重量比为95：5混合并干燥组成。

4.如权利要求1所述的复合炸药粒子，其特征在于，ADN的平均粒度为13μm。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的复合炸药粒子的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，制备CL-20/ADN嵌晶结构：

将CL-20溶解到乙酸乙酯中，然后加入ADN，控制温度为65～70℃、搅拌速度200r/min～300r/min，混合10分钟后加入DOA；降低搅拌速度至60r/min，继续搅拌直至物料呈现砂浆状，烘干，得到CL-20/ADN嵌晶结构；

步骤二，包覆嵌晶结构：

将EVA加入石油醚中加热至EVA溶解，形成EVA的石油醚溶液，加入CL-20/ADN嵌晶结构和复合表面活性剂，控制温度65～70℃，搅拌速度200r/min～300r/min，搅拌20min，降温出料，过10目筛，干燥，得到复合炸药粒子。

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