CN116283453A

CN116283453A - 一种耐热混合炸药及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN116283453A
Application number: CN202310199050.6A
Authority: CN
Inventors: 白晓朋; 王鹏; 沈晓琛; 常征; 王帅; 肖运钦; 赵新岩
Original assignee: Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Current assignee: Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Priority date: 2023-03-03
Filing date: 2023-03-03
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2043-03-03
Also published as: CN116283453B

Abstract

本发明公开了一种耐热混合炸药及其制备方法与应用，属于炸药技术领域。该耐热混合炸药的制备原料包括70‑86％的三乙烯二胺高氯酸铵复盐、10‑25％的三氨基三硝基苯、2‑5％的氟硅橡胶、0.1‑0.5％的键合剂、0.1‑0.5％的表面活性剂及0.5‑1.5％的钝感剂。通过加入三氨基三硝基苯，可提高混合炸药的钝感；通过加入氟硅橡胶并配合键合剂、表面活性剂和钝感剂等功能助剂，能够明显改善配方的包覆效果。该耐热混合炸药具有优良的耐热性能，感度较低、能量较高、生产成本低，实测爆速高于7900m/s，射孔穿深大于170mm，可用于耐高温石油射孔弹装药。

Description

一种耐热混合炸药及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及炸药技术领域，具体而言，涉及一种耐热混合炸药及其制备方法与应用。

背景技术

耐热炸药是一类经历较长时间高温环境贮存后仍能可靠起爆、热安定性较好的炸药，主要应用于在石油射孔弹装药。近年来，随着深部油气井的勘探和开发，深井和超深井数量大幅增加，对耐热炸药的耐热性能和做功能力提出了更高的要求。

以高氯酸根为桥联配体，将高氯酸铵(AP)与三乙烯二胺组装制备出的DAP-4是一种新型耐高温含能化合物。与传统单质炸药相比，DAP-4具有优良的爆轰性能，其理论密度为1.87g/cm³，理论爆速为8600m/s，热分解温度为397.6℃，而且DAP-4制备工艺简单，原材料成本较低，有望用于耐高温的石油射孔弹装药。

然而，现有技术中，DAP-4自身较差的安全性能制约着其在工业上的应用，且，现有的含DAP-4的耐高温混合炸药机械感度难以有效降低至使用安全水平。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种耐热混合炸药，该耐热混合炸药具有优良的耐热性能，感度较低、能量较高、生产成本低。

本发明的目的之二在于提供一种上述耐热混合炸药的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种上述耐热混合炸药的应用，例如用于耐高温石油射孔弹装药。

本发明的目的之四在于提供一种含有上述耐热混合炸药的耐高温石油射孔弹。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供一种耐热混合炸药，按质量百分数计，其制备原料包括70-86％的三乙烯二胺高氯酸铵复盐、10-25％的三氨基三硝基苯、2-5％的氟硅橡胶、0.1-0.5％的键合剂、0.1-0.5％的表面活性剂以及0.5-1.5％的钝感剂。

在可选的实施方式中，三乙烯二胺高氯酸铵复盐的平均粒径D₅₀为100-200μm；

和/或，三氨基三硝基苯为Ⅱ类，平均粒径D₅₀为8-25μm；

和/或，氟硅橡胶为主要以γ-三氟丙基甲基硅氧烷为结构单体的聚合物；

和/或，键合剂包括氮丙啶类键合剂和硼酸酯键合剂中的至少一种；

和/或，表面活性剂包括十二烷基磺酸钠和卵磷脂中的至少一种；

和/或，钝感剂包括石墨和二硫化钼中的至少一种。

在可选的实施方式中，耐热混合炸药的实测爆速高于7900m/s，和/或，耐热混合炸药的射孔穿深大于170mm；和/或，耐热混合炸药的撞击感度不高于8％，和/或，耐热混合炸药的摩擦感度不高于26％；和/或，耐热混合炸药在220℃的温度下能保持170h不燃不爆；和/或，比压小于200MPa时，耐热混合炸药的装药密度大于1.778g/cm³，相对密度百分数大于97.1％。

第二方面，本申请提供如前述实施方式任一项的耐热混合炸药的制备方法，包括以下步骤：将由氟硅橡胶、键合剂以及表面活性剂制得的包覆液与其余制备原料混合，得到包覆共混物，随后造粒，干燥。

在可选的实施方式中，包覆液由氟硅橡胶、键合剂以及表面活性剂共同溶于溶剂而得。

在可选的实施方式中，溶剂包括乙酸乙酯。

在可选的实施方式中，溶剂的质量为氟硅橡胶、键合剂以及表面活性剂的总质量的5-10倍。

在可选的实施方式中，溶解温度为55-60℃。

在可选的实施方式中，包覆液先与三乙烯二胺高氯酸铵复盐和三氨基三硝基苯第一次混合，再与钝感剂第二次混合。

在可选的实施方式中，第一次混合和/或第二次混合是于搅拌条件下进行。

在可选的实施方式中，搅拌转速为60-80r/min，搅拌时间为15-20min。

在可选的实施方式中，造粒是将包覆共混物进行挤压以使其通过筛网。

在可选的实施方式中，筛网的网径为8-12目。

在可选的实施方式中，包覆共混物的铺展厚度小于3mm。

在可选的实施方式中，干燥温度为50-60℃，干燥时间为8-12h。

在可选的实施方式中，干燥采用烘干方式进行。

第三方面，本申请提供如前述实施方式任一项的耐热混合炸药的应用，例如用于耐高温石油射孔弹装药。

第四方面，本申请提供一种耐高温石油射孔弹，其使用的炸药包括前述实施方式任一项的耐热混合炸药。

本申请的有益效果包括：

本申请通过加入特定量的三氨基三硝基苯，能够提升耐热混合炸药的钝感性能；通过加入特定量的氟硅橡胶，其比表面能较低，耐热性能较好，有利于在三乙烯二胺高氯酸铵复盐表面形成良好的包覆，提高耐热混合炸药的性能；通过配合特定量的键合剂、表面活性剂和钝感剂等功能助剂，能够明显改善配方的包覆效果。

该耐热混合炸药具有优良的耐热性能，感度较低、能量较高、生产成本低，可用于耐高温石油射孔弹装药。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本申请提供的耐热混合炸药及其制备方法与应用进行具体说明。

发明人经研究后提出，导致现有的含DAP-4的耐高温混合炸药机械感度难以有效降低至使用安全水平的主要原因在于：DAP-4的高酸性及低表面能特性，导致常规的氟橡胶、丙烯酸丁酯-丙烯腈共聚物等耐高温粘结剂难以在其表面进行良好的包覆，从而使得其机械感度较高。

鉴于此，本申请创造性地提出了一种耐热混合炸药，按质量百分数计，其制备原料包括70-86％的三乙烯二胺高氯酸铵复盐(DAP-4)、10-25％的三氨基三硝基苯(TATB)、2-5％的氟硅橡胶、0.1-0.5％的键合剂、0.1-0.5％的表面活性剂以及0.5-1.5％的钝感剂。

上述三乙烯二胺高氯酸铵复盐为新型耐高温含能化合物，其具有优良的爆轰性能，其在本申请的耐热混合炸药中作为主要成分。

作为参考地，三乙烯二胺高氯酸铵复盐的用量可以为70％、72％、75％、78％、80％、82％、85％或86％等，也可以为70-86％范围内的其它任意值。

若三乙烯二胺高氯酸铵复盐的用量低于70％，不利于提高配方的能量；若高于86％，不利于降低配方的感度。

在一些实施方式中，上述三乙烯二胺高氯酸铵复盐的平均粒径D₅₀可以为100-200μm，如100μm、120μm、150μm、180μm或200μm等，也可以为100-200μm范围内的其它任意值。

采用上述粒径范围的三乙烯二胺高氯酸铵复盐流动性较好，易于包覆，且其机械感度较低，提高了配方的安全性能。

若三乙烯二胺高氯酸铵复盐的平均粒径D₅₀小于100μm，其比表面能较大，易团聚，不利于配方的制备；若大于200μm，其机械感度较高，不利于配方安全性能的提高。

三氨基三硝基苯为钝感炸药，其作为本申请耐热混合炸药的成分之一，能够提升该耐热混合炸药的钝感性能。

作为参考地，三氨基三硝基苯的用量可以为10％、12％、15％、18％、20％、22％或25％等，也可以为10-25％范围内的其它任意值。

若三氨基三硝基苯的用量低于10％，不利于配方感度的降低；若高于25％，不利于获得能量较高的配方，且过多的三氨基三硝基苯增加了配方的成本。

在一些实施方式中，上述三氨基三硝基苯可以为Ⅱ类，平均粒径D₅₀为8-25μm；如8μm、10μm、12μm、15μm、18μm、20μm、22μm或25μm等，也可以为8-25μm范围内的其它任意值。

采用上述粒径范围的三氨基三硝基苯能够与三乙烯二胺高氯酸铵复盐实现粒度级配，显著提高配方的压制成型性。

若三氨基三硝基苯的平均粒径D₅₀小于8μm，易团聚，不利于实现粒度级配；若大于25μm，当其在配方中含量较低时，不利于显著降低配方感度。

本申请未使用现有技术中通常使用的氟橡胶，而是特定采用的氟硅橡胶，氟硅橡胶的比表面能较低，耐热性能较好，有利于在三乙烯二胺高氯酸铵复盐表面形成良好的包覆，有利于提高耐热混合炸药的性能。

作为参考地，氟硅橡胶的用量可以为2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％或5％等，也可以为2-5％范围内的其它任意值。

若氟硅橡胶的用量低于2％，不利于实现对三乙烯二胺高氯酸铵复盐的均匀包覆，配方感度较高，造粒成型较差；若高于5％，不利于获得能量较高的配方。

在一些优选地实施方式中，氟硅橡胶为主要以γ-三氟丙基甲基硅氧烷为结构单体的聚合物，其可通过购买得到。

键合剂在本申请中主要用于增强界面连接。

作为参考地，键合剂的用量可以为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％等，也可以为0.1-0.5％范围内的其它任意值。

若键合剂的用量低于0.1％，不利于增强粘结剂与三乙烯二胺高氯酸铵复盐的界面连接；若高于0.5％，不利于配方的造粒成型，配方工艺性能较差。

在一些实施方式中，键合剂示例性但非限定性地可包括氮丙啶类键合剂(MAPO)和硼酸酯键合剂(BEBA)中的至少一种。

表面活性剂在本申请中主要用于增强表面活性。

作为参考地，表面活性剂的用量可以为0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％、0.35％、0.4％、0.45％或0.5％等，也可以为0.1-0.5％范围内的其它任意值。

若表面活性剂的用量低于0.1％，不利于增加配方各组分流散性，降低粘结剂的比表面能；若高于0.5％，不利于配方装药密度提高。

在一些实施方式中，表面活性剂示例性但非限定性地可包括十二烷基磺酸钠和卵磷脂中的至少一种。

钝感剂在本申请中主要用于增强钝感。

作为参考地，钝感剂的用量可以为0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％或1.5％等，也可以为0.5-1.5％范围内的其它任意值。

若钝感剂的用量低于0.5％，不利于配方感度的降低；若高于1.5％，不利于配方能量的提高。

在一些实施方式中，钝感剂示例性但非限定性地可包括石墨和二硫化钼中的至少一种。

承上，本申请提供的耐热混合炸药使用了比表面能较低的氟硅橡胶、增强界面连接的键合剂以及少量钝感炸药TATB等，不仅在DAP-4表面产生了较好的包覆效果，而且显著改善了炸药的造粒成型性，使得该耐热混合炸药具有优良的耐热性能，感度较低、能量较高、生产成本低。

示例性地，该耐热混合炸药的实测爆速高于7900m/s，射孔穿深大于170mm，具有优良的爆轰性能；撞击感度不高于8％，摩擦感度不高于26％，具有较好的安全性能；在220℃的温度下能保持170h不燃不爆，相较于现有技术中的R852炸药，耐热温度更高，耐热时间更长，耐热性能更好；比压小于200MPa时，其装药密度大于1.778g/cm³，相对密度百分数大于97.1％，具有良好的压制成型性能。

相应地，本申请还提供了一种上述耐热混合炸药的制备方法，例如可包括以下步骤：将由氟硅橡胶、键合剂以及表面活性剂制得的包覆液与其余制备原料混合，得到包覆共混物，随后造粒，干燥。

上述制备方式为直接法，制备工艺简单，生产成本较低。

作为参考的，上述包覆液可由氟硅橡胶、键合剂以及表面活性剂共同溶于溶剂而得。

该溶剂示例性但非限定性地可以包括(为)乙酸乙酯。

在一些实施方式中，溶剂的质量可以为氟硅橡胶、键合剂以及表面活性剂的总质量的5-10倍，如5倍、6倍、7倍、8倍、9倍或10倍等，也可以为5-10倍范围内的其它任意值。

溶解温度可以为55-60℃，如55℃、56℃、57℃、58℃、59℃或60℃等，也可以为55-60℃范围内的其它任意值。

在一些优选的实施方式中，包覆液先与三乙烯二胺高氯酸铵复盐和三氨基三硝基苯第一次混合，再与钝感剂第二次混合，以实现更好的包覆效果。

上述第一次混合和/或第二次混合是可以于搅拌条件下进行。

示例性地，搅拌转速可以为60-80r/min(如60r/min、65r/min、70r/min、75r/min或80r/min等)，搅拌时间可以为15-20min(如15min、18min或20min等)。

作为参考地，造粒可以是将包覆共混物进行挤压以使其通过筛网，得到湿润共混物颗粒。

示例性地，筛网的网径可以为8-12目(如8目、10目或12目等)。

较佳地，包覆共混物的铺展厚度小于3mm，若铺展厚度大于3mm，容易导致包覆共混物颗粒的堆积。

作为参考地，干燥过程的温度可以为50-60℃(如50℃、52℃、55℃、58℃或60℃等)，干燥时间可以为8-12h(如8h、9h、10h、11h或12h等)。

上述干燥可采用烘干方式进行。

此外，本申请还提供了一种上述耐热混合炸药的应用，例如可用于耐高温石油射孔弹装药。

相应地，本申请还提供了一种耐高温石油射孔弹，其使用的炸药包括上述耐热混合炸药。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供了一种低成本、高威力耐热混合炸药1#，参照如下的质量组成实施：75％DAP-4(平均粒径D₅₀＝100μm)、20％TATB(平均粒径D₅₀＝10μm)、3.5％氟硅橡胶、0.3％BEBA、0.2％十二烷基磺酸钠、0.5％石墨、0.5％二硫化钼。

以制备1000g的耐热混合炸药1#为例，其制备方法包括以下步骤：

步骤(1)：将35g氟硅橡胶、3g BEBA、2g十二烷基磺酸钠称量入混合容器中，加入300ml乙酸乙酯，在55℃～60℃的温度下，溶解混合均匀，制得包覆液；

步骤(2)：将750g DAP-4、200g TATB依次加入包覆液中，以60r/min的搅拌速率，混合15min；

步骤(3)：将5g石墨和5g二硫化钼加入混合容器中，以60r/min的搅拌速率，混合15min，制得包覆共混物；

步骤(4)：将步骤(3)制得的包覆共混物挤压通过10目筛网进行造粒，制得湿润包覆共混物颗粒，将包覆物颗粒铺展于干净的铝盘中，包覆物的铺展厚度小于3mm；

步骤(5)：将步骤(4)制得的湿润包覆共混物颗粒放入50℃烘箱中，烘干8h，制得耐热混合炸药。

实施例2

本实施例提供了一种低成本、高威力耐热混合炸药2#，参照如下的质量组成实施：80％DAP-4(平均粒径D₅₀＝150μm)、15％TATB(平均粒径D₅₀＝15μm)、3.5％氟硅橡胶、0.3％BEBA、0.2％十二烷基磺酸钠、0.5％石墨、0.5％二硫化钼。

本实施例的制备方法和条件与实施例1#相同。

实施例3

本实施例提供了一种低成本、高威力耐热混合炸药3#，参照如下的质量组成实施：86％DAP-4(平均粒径D₅₀＝200μm)、10％TATB(平均粒径D₅₀＝25μm)、3.2％氟硅橡胶、0.2％MAPO、0.1％卵磷脂、0.5％石墨。

本实施例的制备方法和条件与实施例1#相同。

试验例

对实施例1-3制得的耐热混合炸药进行性能试验，以R852炸药作为对照，其中：

撞击感度测试：参照GJB772A-1997方法601.1进行；

摩擦感度测试：参照GJB772A-1997方法602.1进行摩擦感度测试；

真空安定性测试：参照GJB 772A-1997方法501.2进行；

爆发点测试：参照GJB 772A-1997方法606.1进行；

耐热性能测试：参照Q/AY178-91耐热炸药药柱及射孔弹耐热试验法进行；

爆速测试：参照GJB 772A-1997方法702.1进行；

地面穿钢靶试验：参照GB/T 20488-2006《油气井聚能射孔器材性能试验方法》进行。

性能试验结果如表1所示。

表1性能试验结果

由表1可以看出：本申请实施例提供的耐热混合炸药机械感度较低，能量较高，实测爆速高于7900m/s，射孔穿深大于170mm。与现有技术中的R852炸药相比，本申请实施例提供的耐热混合炸药耐热温度较高，耐热时间较长，耐热性能较好。

综上所述，本申请提供的耐热炸药具有较低的生产成本、优良的爆轰性能和耐热性能。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种耐热混合炸药，其特征在于，按质量百分数计，所述耐热混合炸药的制备原料包括70-86％的三乙烯二胺高氯酸铵复盐、10-25％的三氨基三硝基苯、2-5％的氟硅橡胶、0.1-0.5％的键合剂、0.1-0.5％的表面活性剂以及0.5-1.5％的钝感剂。

2.根据权利要求1所述的耐热混合炸药，其特征在于，所述三乙烯二胺高氯酸铵复盐的平均粒径D₅₀为100-200μm；

和/或，所述三氨基三硝基苯为Ⅱ类，平均粒径D₅₀为8-25μm；

和/或，所述氟硅橡胶为主要以γ-三氟丙基甲基硅氧烷为结构单体的聚合物；

和/或，所述键合剂包括氮丙啶类键合剂和硼酸酯键合剂中的至少一种；

和/或，所述表面活性剂包括十二烷基磺酸钠和卵磷脂中的至少一种；

和/或，所述钝感剂包括石墨和二硫化钼中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的耐热混合炸药，其特征在于，所述耐热混合炸药的实测爆速高于7900m/s，和/或，所述耐热混合炸药的射孔穿深大于170mm；和/或，所述耐热混合炸药的撞击感度不高于8％，和/或，所述耐热混合炸药的摩擦感度不高于26％；和/或，所述耐热混合炸药在220℃的温度下能保持170h不燃不爆；和/或，比压小于200MPa时，所述耐热混合炸药的装药密度大于1.778g/cm³，相对密度百分数大于97.1％。

4.如权利要求1-3任一项所述的耐热混合炸药的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将由所述氟硅橡胶、所述键合剂以及所述表面活性剂制得的包覆液与其余制备原料混合，得到包覆共混物，随后造粒，干燥。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述包覆液由所述氟硅橡胶、所述键合剂以及所述表面活性剂共同溶于溶剂而得；

优选地，所述溶剂包括乙酸乙酯；

优选地，所述溶剂的质量为所述氟硅橡胶、所述键合剂以及所述表面活性剂的总质量的5-10倍；

优选地，溶解温度为55-60℃。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述包覆液先与所述三乙烯二胺高氯酸铵复盐和所述三氨基三硝基苯第一次混合，再与所述钝感剂第二次混合；

优选地，第一次混合和/或第二次混合是于搅拌条件下进行；

优选地，搅拌转速为60-80r/min，拌时间为15-20min。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，造粒是将所述包覆共混物进行挤压以使其通过筛网；

优选地，所述筛网的网径为8-12目；

优选地，所述包覆共混物的铺展厚度小于3mm。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，干燥温度为50-60℃，干燥时间为8-12h；

优选地，干燥采用烘干方式进行。

9.如权利要求1-3任一项所述的耐热混合炸药的应用，其特征在于，所述耐热混合炸药用于耐高温石油射孔弹装药。

10.一种耐高温石油射孔弹，其特征在于，所述耐高温石油射孔弹中的炸药包括权利要求1-3任一项所述的耐热混合炸药。