CN115093301A - 一种含氟粘合剂体系浇注金属化炸药及制备方法 - Google Patents

一种含氟粘合剂体系浇注金属化炸药及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含氟粘合剂体系浇注金属化炸药及制备方法，涉及火炸药技术领域，所述炸药由包括以下组分的原料制备得到：高能炸药、金属燃料、氧化剂、预聚物、含氟反应型增塑剂、含能增塑剂、交联剂和催化剂；各组分按质量百分比计：高能炸药20‑60％；金属燃料20‑35％；氧化剂10‑40％；预聚物3‑6％；含氟反应型增塑剂3‑6％；含能增塑剂2‑5％；交联剂0.2‑0.6％；催化剂0.001‑0.1％；各组分总的质量百分比为100％。本发明的炸药具有较高的能量特性，密度大于1.93g/cm3，能量释放率由原来的76％提高至84％以上；安全性好，降低炸药在慢速烤燃条件下的响应等级。

Description

一种含氟粘合剂体系浇注金属化炸药及制备方法
技术领域
本发明涉及火炸药技术领域，进一步地说，是涉及一种含氟粘合剂体系浇注金属化炸药及制备方法。
背景技术
炸药爆炸的本质是氧化剂与金属燃料(主要是Al粉)发生快速的氧化还原反应。但是铝粉常温下容易氧化，并在其表面形成钝化的氧化铝外壳，其独特的“核-壳”结构阻碍铝粉能量释放。由于氟具有很强的电负性，有机氟分解释放的含氟产物则能够与铝粉的氧化铝外壳发生反应，从而提高铝粉的燃烧效率。研究表明，引入氟聚物的含能材料(如铝热剂、活性破片)具有更大的反应热以及更出色的燃烧性能。
目前，学者们通常需要先利用有机氟对铝粉进行包覆，然后将包覆后的铝粉引入到含能材料中，这类方法比较复杂，而且所用的氟化物大多为固体。就浇注混合炸药而言，相同固相含量下必将引起其他固体组分的下降，从而引起炸药体系总能量减少，因此该类方法效果不佳。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种含氟粘合剂体系浇注金属化炸药及制备方法。本发明的炸药具有较高的能量特性，密度大于1.93g/cm3，能量释放率由原来的76％提高至84％以上；安全性好，在缓慢加热条件下粘合剂体系率先分解，可在炸药发生爆炸前将弹药的壳体冲破，突破密闭空间的束缚，降低慢速烤燃条件下炸药发生爆炸的可能性，降低炸药在慢速烤燃条件下的响应等级。
本发明的目的之一是提供一种含氟粘合剂体系浇注金属化炸药，所述炸药由包括以下组分的原料制备得到：
高能炸药、金属燃料、氧化剂、预聚物、含氟反应型增塑剂、含能增塑剂、交联剂和催化剂；
各组分按质量百分比计：
Figure BDA0003743996380000021
各组分总的质量百分比为100％。
优选的，各组分按质量百分比计：
Figure BDA0003743996380000022
各组分总的质量百分比为100％。
优选的，所述含氟反应型增塑剂为十二氟庚醇(DFH)或十六氟壬醇(HFN)与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)反应得到的预聚体。
优选的，所述含氟反应型增塑剂中异佛尔酮二异氰酸酯与十二氟庚醇或十六氟壬醇的摩尔比为(1.5-2.0)：1；反应温度为40-65℃；反应时间为5-10h。
优选的，所述高能炸药为六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)、奥克托今(HMX)、黑索今(RDX)、三硝基三氨基苯(TATB)、1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐(TKX-50)、二氨基二硝基乙烯(FOX-7)中的至少一种；
所述金属燃料为铝粉或铝基合金粉；如铝镁合金、铝锌合金、铝硼合金、铝锂合金、铝硅合金等；
所述氧化剂为高氯酸铵(AP)、硝酸铵(AN)、二硝酰胺铵(ADN)中的至少一种。
优选的，所述预聚物为端羟基聚醚预聚物；如端羟基嵌段共聚醚(HTPE)、端羟基无规共聚醚(PET)等。
优选的，所述含能增塑剂为丁基硝酸酯乙基硝胺(Bu-NENA)、双(2,2二硝基丙醇)缩乙醛/双(2,2二硝基丙醇)缩甲醛(BDNPA/BDNPF，又称A3)、三甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)、丁三醇三硝酸酯(BTTN)中的至少一种；
所述交联剂为三羟甲基丙烷(TMP)、季戊四醇(PTT)、丁三醇(BT)中的至少一种；
所述催化剂为三苯基铋(TPB)、三乙氧基苯基铋(TEPB)、二月桂酸二丁基锡(DBTDL)中的至少一种。
本发明的配方中还可以根据实际情况加入常规的助剂，如软磷脂、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)安定剂，其用量为常规用量，技术人员可以依据实际情况添加。
本发明的目的之二是提供一种含氟粘合剂体系浇注金属化炸药的制备方法，所述方法包括：
所述组分按所述重量份搅拌混合、浇注固化后得到所述炸药。
优选的，所述方法包括：
(1)将预聚物、含氟反应型增塑剂、含能增塑剂、交联剂和金属燃料搅拌混合后，加入高能炸药搅拌混合，再加入氧化剂继续搅拌混合，最后加入催化剂搅拌混合得到混合药浆；
(2)将所述混合药浆浇注固化得到所述炸药。
优选的，将所述组分按所述重量份搅拌混合后进行抽真空脱泡处理；50-70℃条件下固化4-10天。
具体可以采用如下方案：
(1)将异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)与十二氟庚醇(DFH)或十六氟壬醇(HFN)，按摩尔比为(1.5-2.0):1的比例混合，在40-65℃条件下，反应5-10h，得到含氟反应型增塑剂；
(2)将预聚物、含氟反应型增塑剂、含能增塑剂、交联剂和金属燃料按照比例要求，加入捏合机内搅拌均匀；
(3)将高能炸药、氧化剂按照比例要求，依次加入到捏合机中搅拌15-30min；
(4)按照比例要求加入催化剂，搅拌15-40min，同时抽真空进行脱泡处理，得到混合药浆；
(5)将所述混合药浆浇入模具中，在50-70℃下，固化4-10天即可得到所述炸药。
本发明选用钝感端羟基聚醚预聚物、含氟反应型增塑剂、含能增塑剂作为粘合剂体系，以液态有机氟作为反应型增塑剂，将有机氟引入浇注炸药中，不仅可以发挥粘合剂的作用而且还能作为氧化剂，利用有机氟的强氧化性提高金属化炸药的能量释放率，所制备的浇注炸药具有较高的能量特性，该炸药配方的密度大于1.93g/cm3，能量释放率由原来的76％提高至84％以上，克服了传统金属化炸药能量释放率低的问题。与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：
(1)能量高。本发明选用的粘合剂体系含有强氧化性质的液态有机氟，既可以作为反应型增塑剂，又可以作为氧化剂与金属燃料反应提高炸药的能量释放，可以大幅提高浇注金属化炸药的能量输出。
(2)安全性好。本发明选用含有端羟基聚醚预聚物的粘合剂体系，在缓慢加热条件下粘合剂体系率先分解，可在炸药发生爆炸前将弹药的壳体冲破，突破密闭空间的束缚，降低慢速烤燃条件下炸药发生爆炸的可能性，降低炸药在慢速烤燃条件下的响应等级。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
实施例1
实施例1中各组分的组成及质量百分数如下表1：
表1
Figure BDA0003743996380000051
HFN-NCO制备：将5g(0.022mol)IPDI(阿拉丁试剂有限公司)与5.38g(0.012mol)HFN(阿拉丁试剂有限公司)加入三口烧瓶中，然后放入60℃的油浴中，磁力搅拌使其充分混合，反应6h后，得到透明液态含氟反应型增塑剂，将其命名为HFN-NCO备用。
将预聚物、含氟反应型增塑剂、含能增塑剂、交联剂和铝粉参照比例要求，加入捏合机内搅拌15min；再将高能炸药、氧化剂参照比例要求，依次加入到捏合机中搅拌30min；然后加入催化剂，搅拌30min，同时抽真空进行脱泡处理，得到混合药浆；最后将所述混合药浆浇入模具，在60℃下固化5天，即可得到所述炸药。
实施例2
实施例2中各组分的组成及质量百分数如下表2：
表2
Figure BDA0003743996380000061
DFH-NCO制备：将5g(0.022mol)IPDI与4.92g(0.014mol)DFH(阿拉丁试剂有限公司)加入三口烧瓶中，然后放入50℃的油浴中，磁力搅拌使其充分混合，反应8h后，得到透明液态含氟反应型增塑剂，命名为DFH-NCO备用。
炸药的制备工艺参照实施例1。
实施例3
实施例3中各组分的组成及质量百分数如下表3：
表3
Figure BDA0003743996380000071
HFN-NCO制备：将5g(0.022mol)IPDI与5.06g(0.011mol)HFN加入三口烧瓶中，然后放入60℃的油浴中，磁力搅拌使其充分混合，反应6h后，得到透明液态含氟反应型增塑剂，将其命名为HFN-NCO备用。
炸药的制备工艺参照实施例1。
对比例1
对比例1中各组分的组成及质量百分数如下表4：
表4
Figure BDA0003743996380000081
制备工艺：将预聚物、固化剂、含能增塑剂、交联剂和铝粉参照比例要求，加入捏合机内搅拌15min；再将高能炸药、氧化剂参照比例要求，依次加入到捏合机中搅拌30min；然后加入催化剂，搅拌30min，同时抽真空进行脱泡处理，得到混合药浆；最后将所述混合药浆浇入模具，在60℃下，固化5天，即可得到所述炸药。
对比例2
对比例2中各组分的组成及质量百分数如下表5：
表5
Figure BDA0003743996380000091
对比例2的制备工艺参照对比例1。
对比例3
对比例3中各组分的组成及质量百分数如下表6：
表6
Figure BDA0003743996380000092
对比例3的制备工艺参照对比例1。
在对比例和实施例中，粘合剂体系(预聚物、增塑剂、含能增塑剂、交联剂和催化剂)的含量均为12％；粘合剂体系中异氰酸根与羟基的比值(即固化剂或含氟反应型增塑剂中的异氰酸根与预聚物和交联剂中的羟基的比，固化比R)R均为1.1；所有对比例中无含氟反应型增塑剂，且其中的高能炸药、金属可燃剂、氧化剂的含量与其相对应的实施例保持一致。将对实施例和对比例制备得到的炸药进行性能测试，其中装药密度根据GJB772A-97《炸药试验方法》方法401.2液体静力称量法进行测试；理论爆热根据最小自由能法计算；实测爆热根据GJB772A-97《炸药试验方法》方法701.1恒温法进行测试；测试结果如下表7：
表7
Figure BDA0003743996380000101
对比实施例与对比例可知，使用非氟粘合剂体系的金属化炸药(对比例)的实测爆热为理论爆热的76％左右，而用含氟粘合剂体系的金属化炸药(实施例)的实测爆热为理论爆热的84％左右，说明本发明的含氟粘合剂体系可以提高金属化炸药的能量释放率。

Claims (10)

1.一种含氟粘合剂体系浇注金属化炸药，其特征在于所述炸药由包括以下组分的原料制备得到：
高能炸药、金属燃料、氧化剂、预聚物、含氟反应型增塑剂、含能增塑剂、交联剂和催化剂；
各组分按质量百分比计：
Figure FDA0003743996370000011
各组分总的质量百分比为100％。
2.根据权利要求1所述的含氟粘合剂体系浇注金属化炸药，其特征在于：
各组分按质量百分比计：
Figure FDA0003743996370000012
各组分总的质量百分比为100％。
3.根据权利要求1所述的含氟粘合剂体系浇注金属化炸药，其特征在于：所述含氟反应型增塑剂为十二氟庚醇或十六氟壬醇与异佛尔酮二异氰酸酯反应得到的预聚体。
4.根据权利要求3所述的含氟粘合剂体系浇注金属化炸药，其特征在于：所述含氟反应型增塑剂中异佛尔酮二异氰酸酯与十二氟庚醇或十六氟壬醇的摩尔比为(1.5-2.0)：1；反应温度为40-65℃；反应时间为5-10h。
5.根据权利要求1所述的含氟粘合剂体系浇注金属化炸药，其特征在于：所述高能炸药为六硝基六氮杂异伍兹烷、奥克托今、黑索今、三硝基三氨基苯、1,1'-二羟基-5,5'-联四唑二羟胺盐、二氨基二硝基乙烯中的至少一种；
所述金属燃料为铝粉或铝基合金粉；
所述氧化剂为高氯酸铵、硝酸铵、二硝酰胺铵中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的含氟粘合剂体系浇注金属化炸药，其特征在于：所述预聚物为端羟基聚醚预聚物。
7.根据权利要求1所述的含氟粘合剂体系浇注金属化炸药，其特征在于：所述含能增塑剂为丁基硝酸酯乙基硝胺、双(2,2二硝基丙醇)缩乙醛/双(2,2二硝基丙醇)缩甲醛、三甲基乙烷三硝酸酯、丁三醇三硝酸酯中的至少一种；
所述交联剂为三羟甲基丙烷、季戊四醇、丁三醇中的至少一种；
所述催化剂为三苯基铋、三乙氧基苯基铋、二月桂酸二丁基锡中的至少一种。
8.一种如权利要求1-7任一所述的含氟粘合剂体系浇注金属化炸药的制备方法，其特征在于所述方法包括：
所述组分按所述重量份搅拌混合、浇注固化后得到所述炸药。
9.根据权利要求8所述的含氟粘合剂体系浇注金属化炸药的制备方法，其特征在于所述方法包括：
(1)将预聚物、含氟反应型增塑剂、含能增塑剂、交联剂和金属燃料搅拌混合后，加入高能炸药搅拌混合，再加入氧化剂继续搅拌混合，最后加入催化剂搅拌混合得到混合药浆；
(2)将所述混合药浆浇注固化得到所述炸药。
10.根据权利要求8所述的含氟粘合剂体系浇注金属化炸药的制备方法，其特征在于：将所述组分按所述重量份搅拌混合后进行抽真空脱泡处理；50-70℃条件下固化4-10天。
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