CN114292151A - 一种低成本耐高温炸药、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低成本耐高温炸药、制备方法及应用,该方法具体包括:制备偏二氟乙烯‑全氟丙烯共聚物包覆液、制备三氨基三硝基苯/三乙烯二铵高氯酸铵复盐共混物、共混物包覆、共混物造粒、共混物烘干和颗粒包覆。采用该制备方法制得的耐高温炸药,以质量份数计,由以下原料组成:三氨基三硝基苯为35%~62%,三乙烯二铵高氯酸铵复盐为35%~62%,偏二氟乙烯‑全氟丙烯共聚物为2.0%,石墨为1.0%,原料的质量份数之和为100%。该制备方法的工艺流程简单,生产成本低廉,制得的耐高温炸药相对于现有技术中的耐热炸药,具有更高的爆轰性能和更为优良的耐热性能,同时具有更低的生产成本,在超高温石油射孔弹装药中具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于火炸药技术领域,涉及耐热炸药,具体涉及一种低成本耐高温炸药、制备方法及应用。
背景技术
耐热炸药在诸多领域,例如地下资源开采和宇宙航行中,均具有有不可替代的重要作用。应用在这些领域的耐热炸药,需要在高温以及非常压环境中经过较长时间后,仍能可靠地引爆作功。随着超深油气井的开发发展,对耐热炸药的耐热性能和作功能力也提出了更高的要求。
三氨基三硝基苯(1,3,5-Triamino-2,4,6-trinitrobenzone,TATB,分子式C6H6N6O6),是目前安全性能最好的钝感炸药,其爆热为2789J/g,爆速为7541m/s,能量密度为1.858g/cm3,具有良好热安定性,常用作火箭、导弹、宇航中需用的耐热炸药。孙国祥在《高分子混合炸药及其发展》(火炸药学报,1981,6(16),P13-17)中,公开了一种高聚物粘结炸药(Polymer-bonded explosive,PBX),该高聚物粘结炸药中包含90%的三氨基三硝基苯,其爆速为7500m/s,在220℃温度下48h不燃不爆,耐热性能较好。
但是,由于三氨基三硝基苯的价格昂贵(具体为3500元/公斤),而此高聚物粘结炸药中由于包含90%的三氨基三硝基苯,因此导致该高聚物粘结炸药的价格也较为昂贵(其出售价格大于350万/吨),加之其生产成本高,进而导致该高聚物粘结炸药仅用于研制军事武器的低感装药,其应用推广受限;此外,虽然该高聚物粘结炸药的耐热性能较好,但其耐热性能已经无法满足现有武器装备所需的耐热性能。
发明内容
针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于,提供一种低成本耐高温炸药、制备方法及应用,解决现有技术中的耐热炸药难以兼顾低成本和高耐热性能的技术问题。
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:
一种耐高温炸药的制备方法,该方法具体包括如下步骤:
步骤一,制备偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物包覆液;
将偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物加入至乙酸乙酯中进行搅拌,待偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物完全溶解后,制得偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物包覆液;
步骤二,制备三氨基三硝基苯/三乙烯二铵高氯酸铵复盐共混物;
将三氨基三硝基苯和三乙烯二铵高氯酸铵复盐,加入至乙酸乙酯中,经过分散后,制得三氨基三硝基苯/三乙烯二铵高氯酸铵复盐共混物;
步骤三,共混物包覆;
将步骤一的制得的偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物包覆液与步骤二制得的三氨基三硝基苯/三乙烯二铵高氯酸铵复盐共混物混合后,进行包覆,制得包覆物料,将包覆物料进行挥发后,制得包覆共混物;
步骤四,共混物造粒;
将步骤三制得的包覆共混物铺展好后进行造粒,造粒结束后,制得湿润包覆共混物颗粒;
步骤五,共混物烘干;
将步骤四制得的湿润包覆共混物颗粒进行烘干后,制得包覆共混物颗粒;
步骤六,颗粒包覆;
将石墨和步骤五制得的包覆共混物颗粒进行旋转混合后,制得耐高温炸药。
本发明还具有如下技术特征:
具体的,所述的耐高温炸药,以质量份数计,由以下原料组成:三氨基三硝基苯为35%~62%,三乙烯二铵高氯酸铵复盐为35%~62%,偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物为2.0%,石墨为1.0%,原料的质量份数之和为100%。
具体的,步骤一中,所述的搅拌的搅拌温度为60℃~65℃。
具体的,步骤二中,所述的分散的条件为,分散的转速为20r/min~30r/min,分散的时间为30min;所述的三乙烯二铵高氯酸铵复盐为三乙烯二铵高氯酸铵复盐粗品在乙醇中研磨2h后制得,其粒度为10μm~50μm。
具体的,步骤三中,所述的包覆具体为,采用30r/min的转速,进行搅拌30min。
具体的,步骤三中,所述的挥发具体为:将包覆物料铺展于干净铝盘中,包覆物料的铺展厚度小于2mm,在自然条件下挥发溶剂乙酸乙酯。
具体的,步骤四中,所述的造粒的条件为,压料刀为反转,反转转速为40rpm,碾料刀为正转,正转转速为35rpm。
具体的,步骤四中,所述的包覆共混物的铺展厚度小于2mm。
具体的,步骤五中,所述的烘干的条件为,烘干温度为50℃~55℃,烘干时间为8小时。
具体的,步骤六中,所述的旋转混合的条件为,旋转混合的转速为20r/min,旋转混合的时间为20min。
本发明还保护一种耐高温炸药,该耐高温炸药采用如上所述的耐高温炸药的制备方法制得。
如上所述的耐高温炸药用于超高温石油射孔弹中作为装药的应用。
本发明与现有技术相比,具有如下技术效果:
(Ⅰ)本发明的耐高温炸药的制备方法,以偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物为原料制得包覆液,以三氨基三硝基苯和三乙烯二铵高氯酸铵复盐为原料制得共混物,将共混物经过包覆、造粒、烘干和颗粒包覆后,制得低成本耐高温炸药。该制备方法的工艺流程简单,生产成本低廉。
(Ⅱ)本发明的耐高温炸药,在220℃的温度下能够保持170h不燃不爆,相较于现有技术而言,其耐热温度和耐热时间均有较大提高,即其具有更为优良的耐热性能。
(Ⅲ)本发明的耐高温炸药,其实际爆速高于7800m/s,相较于现有技术而言,具有更高的爆速;此外,该耐高温炸药还具有较高的能量密度。综合而言,本发明的耐高温炸药具有优良的爆轰性能。
(Ⅳ)本发明的耐高温炸药的配方中,三氨基三硝基苯的占比为35%~62%,相较于现有技术中的三氨基三硝基苯90%的占比,大幅度降低了三氨基三硝基苯的占比,进而降低了炸药的成本。
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
本发明中:
效果性能测试和经济性分析中,用作对比的现有技术中的耐热炸药,指的是文献《高分子混合炸药及其发展》(火炸药学报,1981,6(16),P13-17)中公开的高聚物粘结炸药。
三乙烯二铵高氯酸铵复盐为西安近代化学研究所提供,化学式为(C6H14N2)[NH4(ClO4)3],该三乙烯二铵高氯酸铵复盐的粒度为10μm~50μm,由三乙烯二铵高氯酸铵复盐粗品在乙醇中研磨2h后制得。
偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物为白色至淡黄色弹性体,密度1.78-1.84g/cm3,门尼粘度为61-100,拉伸强度≥11.0MPa,拉断伸长率≥150%,硬度为70-85度。
小药量混合装置、颗粒形貌处理装置和钝感包覆装置均为西安近代化学研究所自主研发,且均为现有技术中已知的装置。
本发明的效果性能测试的方法如下:
(A)爆速测试:采用GJB772A-1997方法702.1爆速电测法进行爆速试验。
(B)撞击感度测试:采用GJB772A-97方法601.1爆炸概率法进行撞击感度测试。
(C)摩擦感度测试:采用GJB772A-97方法602.1爆炸概率法进行摩擦感度测试。
(D)爆轰性能测试(射孔弹穿靶试验):采用GB/T 20488-2006《油气井聚能射孔器材性能试验方法》进行装填炸药的射孔弹穿靶试验。
(E)耐热性能测试:采用Q/AY178-91耐热炸药药柱及射孔弹耐热试验法进行炸药的耐热性考核。具体测试方法为,将盛有试样的容器或射孔弹置于加热炉内的试样器座上,盖上加热炉的石棉盖。按下记录仪标志按钮,当试样爆炸时,产生巨大声响和放出热量,每个温度点做两个平行试验。
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:
本实施例公开了一种耐高温炸药的制备方法,该制备方法具体包括如下步骤:
步骤一,制备偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物包覆液;
将20g偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物,加入至100mL乙酸乙酯中在60℃~65℃温度下进行搅拌,待偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物完全溶解后,制得偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物包覆液。
步骤二,制备三氨基三硝基苯/三乙烯二铵高氯酸铵复盐共混物;
将385g三氨基三硝基苯和585g三乙烯二铵高氯酸铵复盐,加入至200mL乙酸乙酯中,在小药量混合装置的混合锅中,以20r/min~30r/min转速,进行分散30min后,制得三氨基三硝基苯/三乙烯二铵高氯酸铵复盐共混物。三乙烯二铵高氯酸铵复盐为三乙烯二铵高氯酸铵复盐粗品在乙醇中研磨2h后制得,其粒度为10μm~50μm。
步骤三,共混物包覆;
将步骤一的制得的包覆液,加入至小药量混合装置的混合锅中,与步骤二制得的共混物混合,混合时以30r/min的转速进行搅拌30min后,制得包覆物料,将包覆物料铺展于干净铝盘中,包覆物料的铺展厚度小于2mm,在自然条件下挥发溶剂乙酸乙酯,挥发结束后制得包覆共混物。
步骤四,共混物造粒;
将步骤三制得的包覆共混物铺展至颗粒形貌处理装置中的干净铝盘中,包覆共混物的铺展厚度小于2mm;铺展好包覆共混物,进行造粒;造粒时的具体条件为:打开颗粒形貌处理装置的电源和变频器1min后设置压料刀为反转,反转转速为40rpm,碾料刀为正转,正转转速为35rpm。造粒结束后,制得湿润包覆共混物颗粒。
步骤五,共混物烘干;
将盛有步骤四制得的湿润包覆共混物颗粒的铝盘,放入温度为50℃~55℃的防爆烘箱中,烘干8小时,制得包覆共混物颗粒。
步骤六,颗粒包覆;
将10g石墨和990g步骤五制得的包覆共混物颗粒,一并加入至钝感包覆装置中,以20r/min转速,进行旋转混合20min后,制得耐高温炸药。
本实施例中,最终制得的耐高温炸药,以质量份数计,由以下原料组成:三氨基三硝基苯为38.5%,三乙烯二铵高氯酸铵复盐为58.5%,偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物为2.0%,石墨为1.0%。
实施例2:
本实施例公开了一种耐高温炸药的制备方法,该制备方法具体包括如下步骤:
本实施例中,步骤一与实施例1的步骤一相同。
本实施例中,步骤二与实施例1的步骤二基本相同,区别在于,取620g的三氨基三硝基苯和350g的三乙烯二铵高氯酸铵复盐;在62℃的温度下进行搅拌。
本实施例中,步骤三与实施例1的步骤三相同。
本实施例中,步骤四与实施例1的步骤四相同。
本实施例中,步骤五与实施例1的步骤五相同。
本实施例中,步骤六与实施例1的步骤六相同。
本实施例中,最终制得的耐高温炸药,以质量份数计,由以下原料组成:三氨基三硝基苯为62%,三乙烯二铵高氯酸铵复盐为35%,偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物为2.0%,石墨为1.0%。
实施例3:
本实施例公开了一种耐高温炸药的制备方法,该制备方法具体包括如下步骤:
本实施例中,步骤一与实施例1的步骤一相同。
本实施例中,步骤二与实施例1的步骤二基本相同,区别在于,取350g的三氨基三硝基苯和620g的三乙烯二铵高氯酸铵复盐,在65℃的温度下进行搅拌。
本实施例中,步骤三与实施例1的步骤三相同。
本实施例中,步骤四与实施例1的步骤四相同。
本实施例中,步骤五与实施例1的步骤五相同。
本实施例中,步骤六与实施例1的步骤六相同。
本实施例中,最终制得的耐高温炸药,以质量份数计,由以下原料组成:三氨基三硝基苯为35%,三乙烯二铵高氯酸铵复盐为62%,偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物为2.0%,石墨为1.0%。
效果测试:
本发明中,对实施例1至3中的耐高温炸药的物理性能、机械感度和爆轰性能进行了测试,结果如表1和表2所示。
表1物理性能及机械感度数据
测试项目 | 现有技术中的耐热炸药 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
理论密度(g/cm<sup>3</sup>) | — | 1.899 | 1.915 | 1.897 |
成型密度(g/cm<sup>3</sup>) | — | 1.855 | 1.858 | 1.844 |
相对密度(%) | — | 97.68 | 97.25 | 97.20 |
撞击感度(%) | 0 | 4 | 4 | 10 |
摩擦感度(%) | 0 | 8 | 4 | 8 |
表2爆轰性能数据
经济性分析:
本发明中,根据三氨基三硝基苯、三乙烯二铵高氯酸铵复盐、偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物和石墨的市售价格、生产费用等,计算出了对实施例1至3中的耐高温炸药的生产成本,结果如表3所示。
表3射孔弹用炸药的爆轰性能数据
由表1、表2、表3可知,本发明耐高温炸药相对于现有技术中的耐热炸药,爆速提高5%以上,生产成本降低19%以上;本发明耐高温炸药将耐热温度提高到220℃,耐热时间延长到170h。综合上述分析可知,本发明耐高温炸药相对于现有技术中的耐热炸药,具有更高的爆轰性能和更为优良的耐热性能,同时具有更低的生产成本。
Claims (10)
1.一种耐高温炸药的制备方法,其特征在于,该方法具体包括如下步骤:
步骤一,制备偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物包覆液;
将偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物加入至乙酸乙酯中进行搅拌,待偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物完全溶解后,制得偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物包覆液;
步骤二,制备三氨基三硝基苯/三乙烯二铵高氯酸铵复盐共混物;
将三氨基三硝基苯和三乙烯二铵高氯酸铵复盐,加入至乙酸乙酯中,经过分散后,制得三氨基三硝基苯/三乙烯二铵高氯酸铵复盐共混物;
步骤三,共混物包覆;
将步骤一的制得的偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物包覆液与步骤二制得的三氨基三硝基苯/三乙烯二铵高氯酸铵复盐共混物混合后,进行包覆,制得包覆物料,将包覆物料进行挥发后,制得包覆共混物;
步骤四,共混物造粒;
将步骤三制得的包覆共混物铺展好后进行造粒,造粒结束后,制得湿润包覆共混物颗粒;
步骤五,共混物烘干;
将步骤四制得的湿润包覆共混物颗粒进行烘干后,制得包覆共混物颗粒;
步骤六,颗粒包覆;
将石墨和步骤五制得的包覆共混物颗粒进行旋转混合后,制得耐高温炸药。
2.如权利要求1所述的耐高温炸药的制备方法,其特征在于,所述的耐高温炸药,以质量份数计,由以下原料组成:三氨基三硝基苯为35%~62%,三乙烯二铵高氯酸铵复盐为35%~62%,偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物为2.0%,石墨为1.0%,原料的质量份数之和为100%。
3.如权利要求1所述的耐高温炸药的制备方法,其特征在于,步骤一中,所述的搅拌的搅拌温度为60℃~65℃。
4.如权利要求1所述的耐高温炸药的制备方法,其特征在于,步骤二中,所述的分散的条件为,分散的转速为20r/min~30r/min,分散的时间为30min;
所述的三乙烯二铵高氯酸铵复盐为三乙烯二铵高氯酸铵复盐粗品在乙醇中研磨2h后制得,其粒度为10μm~50μm。
5.如权利要求1所述的耐高温炸药的制备方法,其特征在于,如权利要求1所述的耐高温炸药的制备方法,其特征在于,步骤三中,所述的包覆具体为,采用30r/min的转速,进行搅拌30min。
6.如权利要求1所述的耐高温炸药的制备方法,其特征在于,步骤四中,所述的造粒的条件为,压料刀为反转,反转转速为40rpm,碾料刀为正转,正转转速为35rpm。
7.如权利要求1所述的耐高温炸药的制备方法,其特征在于,步骤五中,所述的烘干的条件为,烘干温度为50℃~55℃,烘干时间为8小时。
8.如权利要求1所述的耐高温炸药的制备方法,其特征在于,步骤六中,所述的旋转混合的条件为,旋转混合的转速为20r/min,旋转混合的时间为20min。
9.一种耐高温炸药,其特征在于,采用如权利要求1至8任一项所述的耐高温炸药的制备方法制得。
10.如权利要求9所述的耐高温炸药用于超高温石油射孔弹中作为装药的应用。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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