CN116082103B - 一种tkx-50基高能复合炸药及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明本发明属于火炸药技术领域，具体涉及一种TKX‑50基高能复合炸药及其制备方法，是为了解决TKX‑50基炸药爆热低的问题。本发明的TKX‑50基高能复合炸药由TKX‑50/AP/含能材料复合物、铝粉、复合型酸碱气体吸附剂、粘结剂和石蜡制成；所述TKX‑50/AP/含能材料复合物是将TKX‑50、AP和含能材料经球磨制备而成；所述的复合型酸碱气体吸附剂包括五氧化二磷和活性炭。本发明的复合炸药的爆热值显著提高至8000J/g左右，同时爆容不低于510kg/L，具有能量输出高的特点；并且本发明配方的摩擦感度和撞击感度均低于28％，具有安全性良好的特点。
Description
技术领域
本发明属于火炸药技术领域，具体涉及一种TKX-50基高能复合炸药粒子及其制备方法。
技术背景
5,5'-联四唑-1,1'-二氧二羟铵(TKX-50，HATO)属于典型富氮类含能离子盐，含氮量高达59.3％，理论密度为1.918g/cm3，爆速为9679m/s，爆容为846L/kg，属于一种高爆速、高爆容炸药，可作为高能炸药配方的主体炸药。
现有技术“The Detonation Properties Research on TKX-50in HighExplosives”,Propellants Explos.Pyrotech(2019,44,408–412)公开的TKX-50基混合炸药配方(TKX-50/粘结剂＝95/5)性能表明其冲击波感度和配方爆热较低，一方面导致了起爆能力差，另一方面导致作功能力偏低，限制了TKX-50在炸药配方中的应用。
如“TKX-50基混合炸药的爆轰及安全性能，含能材料(2019，27(11)：902-907)”公开的TKX-50基混合炸药配方PBX-TKX(TKX-50/F2314＝95/5)的做功能力低于常用炸药PBX-9501，存在问题是爆热较低。
发明内容
针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种TKX-50基高能复合炸药。
为此，本发明所提供的TKX-50基高能复合炸药由TKX-50/AP/含能材料复合物、铝粉、复合型酸碱气体吸附剂、粘结剂和石蜡制成；
所述TKX-50/AP/含能材料复合物是将TKX-50、AP和含能材料经球磨制备而成；所述含能材料选自六硝基六氮杂异伍兹烷、黑索金(RDX)、奥克托今(HMX)或3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)；
所述的复合型酸碱气体吸附剂包括五氧化二磷和活性炭，且五氧化二磷与活性炭的质量比为1:1～3；
所述粘合剂选自偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(viton a)。
可选的方案中，各物质的质量百分比为：TKX-50：25％～35％，高氯酸铵：25％～35％，含能材料：5％～15％，铝粉：20％～30％，粘合剂：3％，复合型酸碱气体吸附剂：1％，石蜡：1％。
可选的方案中，所述的复合型酸碱气体吸附剂是将五氧化二磷、活性炭和第一有机溶剂在50～60℃条件下混合、干燥后制得；所述第一有机溶剂选自正己烷、乙醇或乙酸乙酯。
本发明同时提供了上述TKX-50基高能复合炸药的制备方法。所提供的制备方法包括：
在温度为65～70℃的条件下，将TKX-50/AP/含能材料复合物和第二有机溶剂进行捏合；然后加入复合型酸碱气体吸附剂和熔融态石蜡，在70～75℃条件下捏合；之后加入粘结剂的有机溶液捏合；再加入铝粉捏合得捏合料；捏合料干燥后得TKX-50基高能复合炸药；所述第二有机溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、1,2-丙二醇、碳酸丙烯酯和丁二酸二甲酯中的一种或两种以上的混合。
5,5'-联四唑-1,1'-二氧二羟铵(TKX-50，HATO)的产气量大、爆容高，但是爆热较低、冲击波感度低；高氯酸铵(AP)氧含量高、氧化能力强、与铝粉反应能放出大量的热，但是难起爆；高能敏感含能材料(如六硝基六氮杂异伍兹烷、黑索金(RDX)、奥克托今(HMX)或3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF))可作为敏化剂，不降低配方体系能量；如将TKX-50、AP、含能材料进行直接混合将能够在一定程度上改善这三者的问题，但是由于各组分间扩散距离大，能量提升不明显；另外，低温下高氯酸铵缓慢分解产生氨气，这将导致配方体系安定性变差。
为了提高炸药配方体系的起爆性、能量和安定性，本发明一方面采用TKX-50/AP/含能材料复合物，大幅降低爆炸反应物的扩散距离，同时加入五氧化二磷/活性炭复合型酸碱气体吸附剂，提高对氨气和高氯酸气体的协同吸附能力，本发明的含有TKX-50/AP/含能材料复合物、铝粉、复合型酸碱气体吸附剂的炸药复合粒子，可提升炸药配方的爆热、保证炸药的爆容、解决起爆性差的问题，又能提高配方体系的安定性。
本发明的复合炸药的爆热值显著提高至8000J/g左右，同时爆容不低于510kg/L，具有能量输出高的特点；并且本发明配方的摩擦感度和撞击感度均低于28％，具有安全性良好的特点。
其中，采用球磨法制备的TKX-50/AP/含能材料复合物使得TKX-50、AP、含能材料能够保持紧密接触，提升配方体系起爆性和反应完全性；采用溶剂热法制备的五氧化二磷/活性炭复合型酸碱气体吸附剂，增强了对氨气和高氯酸气体的协同吸附能力，提升配方体系的安定性。
具体实施方式
除非有特殊说明，本文中的术语根据相关领域普通技术人员的认识理解。
下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明。需要说明的是，以下实施例为本发明的部分优选示例，不对本发明做限定作用，在本发明制备方案基础上，本领域技术人员可对本发明方法中涉及的包括但不限于具体反应物、物料的配比、物料加入顺序、混合手段和装置、混合时长、干燥温度等进行优化选择以实现本发明的相关效果。
本发明所述球磨为本领域公知技术，采用适合加工含能材料的球磨设备、球磨剂、球磨材料对本发明的材料进行球磨。本发明所述的粘结剂的有机溶液是将粘结剂用适宜的有机溶剂进行溶解制得，所得粘结剂的有机溶液可适用于本发明的制备工艺，实现本发明的效果。
以下实施例中所用材料均为市售产品，5,5'-联四唑-1,1'-二氧二羟铵(TKX-50)粒度(d50)为230μm，高氯酸铵(AP)规格为Ⅲ类，含能材料六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)粒度(d50)为50μm，铝粉规格型号为FLQT4，复合型酸碱气体吸附剂组成为五氧化二磷和活性炭，粘结剂选用偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物FPM2603，工艺助剂为环己烷和乙酸乙酯。
实施例1：
本实施例的制备原料如下：30％ TKX-50、30％高氯酸铵、10％六硝基六氮杂异伍兹烷、25％铝粉、3％ FPM2603、1％复合型酸碱气体吸附剂、1％石蜡；
该实施例的TKX-50/AP/CL-20复合物的制备方法为：将30g TKX-50、30g AP、10gCL-20样品、250mL环己烷(作为湿磨剂)和氧化锆球磨球加入至球磨罐中，在转速为500～600r/min的条件下球磨3～4h，球磨完成后罐体中的液体完全冷却后，抽滤、烘干得到组分均匀的TKX-50/AP/CL-20复合物；球磨过程中氧化锆球对混合原料晶体进行冲击、挤压、摩擦和剪切等连续作用将发生破碎、重新进行组装组合，进而形成复合物；
本实施例所用复合型酸碱气体吸附剂是将0.5g超细化处理的五氧化二磷(P2O5)、0.5g活性炭和20mL正己烷在50～60℃条件下搅拌混合60min，静置后抽滤干燥制得；
制备方法为：在温度为63℃左右时，将TKX-50/AP/CL-20复合物和乙酸乙酯分别加入捏合釜，捏合10min；然后加入1g复合型酸碱气体吸附剂和1g熔融状态下的石蜡，捏合釜温度控制在72℃左右，捏合13min；接着加入粘结剂的有机溶液，捏合14min；再加入25g铝粉，捏合25min，出料；
将捏合后的物料自然冷却至室温，待挥发至半干状态，用10目筛造粒；然后将炸药颗粒放入温度为60～65℃的烘箱中，干燥8h，出料，得到该实施例的TKX-50基高能复合炸药；
所述粘结剂的有机溶液是将将3g偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物(FPM2603)加入50ml乙酸乙酯中，在53℃的温度下搅拌使FPM2603溶解制得。
实施例2：
与实施例1不同的是，本实施例的制备方法参照实施例1，所不同的是实施例组分复合型酸碱气体吸附剂酸碱中五氧化二磷和活性炭的质量比例为1:3。
实施例3：
与实施例1不同的是，本实施例按照如下质量百分组成实施：35％TKX-50、35％高氯酸铵、5％六硝基六氮杂异伍兹烷、20％球形铝粉、3％FPM2603、1％复合型酸碱气体吸附剂、1％石蜡。
本实施例的制备方法参照实施例1。
实施例4：
与实施例1不同的是，本实施例按照如下质量百分组成实施：25％TKX-50、35％高氯酸铵、10％六硝基六氮杂异伍兹烷、25％球形铝粉、3％FPM2603、1％复合型酸碱气体吸附剂、1％石蜡。
本实施例的制备方法参照实施例1。
实施例5：
与实施例1不同的是，本实施例按照如下质量百分组成实施：25％TKX-50、25％高氯酸铵、15％六硝基六氮杂异伍兹烷、30％球形铝粉、3％FPM2603、1％复合型酸碱气体吸附剂、1％石蜡。
本实施例的制备方法参照实施例1。
对比例1：
该对比例与实施例1所不同是，未加入高氯酸铵、六硝基六氮杂异伍兹烷、铝粉、复合型酸碱气体吸附剂，其余原料参照实施例1中的制备方法进行捏合制备。
对比例2：
本对比例与实施例1不同的是，不对TKX-50、AP与CL-20进行球磨，直接将各原料进行捏合。
对比例3：
本对比例与实施例1不同的是，未加入复合型酸碱气体吸附剂。
对比例4：
本对比例与实施例1不同的是，将复合型酸碱气体吸附剂替换为等质量的活性碳。
对比例5：
本对比例与实施例1不同的是，将复合型酸碱气体吸附剂替换为等质量的五氧化二磷。
进一步对上述实施例和对比例所制产物进行以下性能评价：
炸药的爆热试验按GJB772A-1997方法701.1进行测试；
爆容试验按GJB772A-1997方法703.1进行评价；
冲击波感度按GJB772A-1997方法605.1进行评价；
撞击感度试验按GJB772A-1997方法601.1进行评价；
摩擦感度试验按GJB772A-1997方法602.1进行评价；
恒温质量损失率试验是将10g药粉放至Φ50mm的无盖玻璃干燥器皿，然后放入真空干燥箱，在170℃非真空条件下，每隔l h，取样并置于干燥器中10min后称质量，共测6次取平均值。
评价结果如表1所示：
表1
从上表可以看出，实施例1与对比例相比，可以发现只加入一种活性炭或五氧化二磷时，恒温质量减少率效果不显著；加入本发明的复合型酸碱气体吸附剂后，本发明复合炸药的爆热能够提高至7982J/g，且仍保持较高的爆容，不低于510kg/L，恒温条件下药粉质量减少率明显下降，安定性得到大幅提升，起爆性能得到明显改善，并且撞击感度和摩擦感度均小于28％。
Claims (3)
1.一种TKX-50基高能复合炸药，其特征在于,所述的TKX-50基高能复合炸药由TKX-50/AP/含能材料复合物、铝粉、复合型酸碱气体吸附剂、粘结剂和石蜡制成；
所述TKX-50/AP/含能材料复合物是将TKX-50、AP和含能材料经球磨制备而成；所述含能材料选自六硝基六氮杂异伍兹烷、黑索金、奥克托今或3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱；
所述的复合型酸碱气体吸附剂包括五氧化二磷和活性炭，且五氧化二磷与活性炭的质量比为1:1～3；
所述粘结剂选自偏二氟乙烯-全氟丙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物；
各物质的质量百分比为：TKX-50：25％～35％，高氯酸铵：25％～35％，含能材料：5％～15％，铝粉：20％～30％，粘结剂：3％，复合型酸碱气体吸附剂：1％，石蜡：1％。
2.根据权利要求1所述的TKX-50基高能复合炸药，其特征在于，所述的复合型酸碱气体吸附剂是将五氧化二磷、活性炭和第一有机溶剂在50～60℃条件下混合、干燥后制得；所述第一有机溶剂选自正己烷、乙醇或乙酸乙酯。
3.权利要求1所述TKX-50基高能复合炸药的制备方法，其特征在于，方法包括：
在温度为65～70℃的条件下，将TKX-50/AP/含能材料复合物和第二有机溶剂进行捏合；然后加入复合型酸碱气体吸附剂和熔融态石蜡，在70～75℃条件下捏合；之后加入粘结剂的有机溶液捏合；再加入铝粉捏合得捏合料；捏合料干燥后得TKX-50基高能复合炸药；
所述第二有机溶剂选自乙酸乙酯、乙酸丁酯、1,2-丙二醇、碳酸丙烯酯和丁二酸二甲酯中的一种或两种以上的混合。
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