包覆硝胺類炸藥的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

苑媛，劉天生

（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西太原030051）

包覆硝胺類炸藥的發(fā)展現(xiàn)狀及展望

苑媛，劉天生

（中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西太原030051）

硝胺類炸藥固體填料被包覆后，將改變其與周圍組分接觸的表面積，使得其分解和燃燒過(guò)程中的傳熱和傳質(zhì)受到一定程度的影響，不僅可改善固體推進(jìn)劑的力學(xué)性能，而且對(duì)燃燒性能和感度也將產(chǎn)生很大的影響。水性聚氨酯具有氣味小、環(huán)境友好、節(jié)能、操作加工方便等優(yōu)點(diǎn)，用其包覆硝銨炸藥可以改善硝銨炸藥的感度及流散性能。

硝胺類炸藥;膠粘劑;水性聚氨酯

目前研究的改性雙基推進(jìn)劑中硝胺類炸藥的含量已提高到55%，有些配方甚至高達(dá)60%以上；而復(fù)合推進(jìn)劑（NEPE）中的硝胺類炸藥的含量高達(dá)70%～80%[1]。硝胺炸藥含量過(guò)大，在滿足能量要求的同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)很多問(wèn)題，如推進(jìn)劑的力學(xué)性能降低、機(jī)械感度升高等。混合炸藥的流散性、成型性及安全性降低[2]。

硝胺類炸藥，如黑索今（RDX）等固體填料被包覆后，將改變其與周圍組分接觸的表面積，使得其分解和燃燒過(guò)程中的傳熱和傳質(zhì)受到一定程度的影響，不僅可改善固體推進(jìn)劑的力學(xué)性能，而且對(duì)燃燒性能和感度也將產(chǎn)生很大的影響。

硝銨類炸藥表面包覆材料較多，其常用材料主要包括兩類：鈍感劑和高分子聚合物。

1 鈍感劑

硝銨類炸藥常用的鈍感劑有硬脂酸、石蠟和石墨等。用鈍感劑包覆能較好地降低炸藥的機(jī)械感度，但是目前所用的鈍感劑大都是惰性的，過(guò)量使用會(huì)損耗炸藥的輸出能量。

Manning等[3]對(duì)用在推進(jìn)劑中的硝胺炸藥進(jìn)行了石墨包覆研究，其方法是把硝胺炸藥顆粒放入混有石墨的一種易揮發(fā)溶劑中，然后蒸發(fā)掉溶劑，完成包覆，并對(duì)撞擊感度等進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，包覆后的硝胺炸藥比未包覆的撞擊感度降低40%。

王曉麗等[4]用物理氣相沉積（PVD）技術(shù)在RDX表面上包覆了一層硬脂酸薄膜，并對(duì)包覆后的RDX進(jìn)行了撞擊感度和摩擦感度測(cè)試，結(jié)果表明隨著硬脂酸含量的增加，其機(jī)械感度也相應(yīng)降低。張樹(shù)海[5]等則運(yùn)用超臨界溶液快速膨脹（RESS）技術(shù)對(duì)硝胺炸藥顆粒進(jìn)行了包覆，包覆劑選用的是硬脂酸，結(jié)果同樣表明包覆后的撞擊感度明顯降低。

2 高分子聚合物

聚氨酯具有良好的物理機(jī)械性能，優(yōu)異的耐寒性、彈性、高光澤、軟硬度隨溫度變化不太大、耐有機(jī)溶劑等優(yōu)點(diǎn)，在混合炸藥和推進(jìn)劑等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

Smith等[6]運(yùn)用溶液懸浮法用聚丙烯酸酯對(duì)RDX和HMX進(jìn)行了包覆，制造出了可壓縮的鈍感塑性炸藥。Chan[7]等以聚疊氮縮水甘油醚GAP為粘結(jié)劑、以含能的物質(zhì)三羥甲基乙烷三硝酸酯（TMETN）和二縮三乙醇二硝基酯（TEGDN）的混合物或以2,2-二硝基丙基縮甲醛/乙醛（BDNPF/A）為增塑劑對(duì)RDX和HMX進(jìn)行了包覆，制成了一種高能鈍感、機(jī)械性能良好和防老化性能優(yōu)異的混合炸藥。Simp-son RL等[8]用GAP包覆了CL-20，包覆后的炸藥撞擊感度、摩擦感度和靜火花感度等都大有改善，與LX-14炸藥相當(dāng)。

Allen用水溶性蛋白質(zhì)作為HMX、RDX的包覆原料，制成微煙雙基推進(jìn)劑，可增加填料與推進(jìn)劑粘結(jié)基體間的粘結(jié)，使推進(jìn)劑的低溫抗張強(qiáng)度顯著提高，但高溫抗張強(qiáng)度增加幅度較小。常溫下的抗張強(qiáng)度也有提高，但延伸率變化不大。Dehm采用多元醇與多異氰酸酯作用，對(duì)HMX、RDX進(jìn)行包覆，使改性雙基推進(jìn)劑的抗張強(qiáng)度有較大幅度的提高，而延伸率變化不大。雖然包覆后的顆粒表面上帶有異氰酸酯基團(tuán)，使其應(yīng)用受到一定的限制，但他所提出的包覆原料的選擇為以后的工作打下了基礎(chǔ)[9]。

樹(shù)形分子鍵合劑（DBA）是國(guó)內(nèi)研究人員最近研發(fā)的一種新型鍵合劑，它是以聚氨基酰胺（PAMAM）樹(shù)形分子為骨架的樹(shù)形鍵合劑。DBA具有較大的相對(duì)分子質(zhì)量（103～105）并含有多個(gè)末端基官能團(tuán)，包括極性較大的腈基和能夠與粘合劑網(wǎng)絡(luò)形成主化學(xué)鍵的羥基。

潘碧峰[10]等用此類鍵合劑對(duì)RDX進(jìn)行了包覆，指出樹(shù)形鍵合劑（DBA）在RDX晶體表面形成了一層粘流狀的吸附層，發(fā)現(xiàn)鍵合劑和RDX的NO2基團(tuán)形成了氫鍵，證明了DBA作為RDX鍵合劑的有效性。

劉云飛等[11]采用乳液聚合法制備了聚丙烯酸乙酯乳液，然后用加入明礬破乳法對(duì)HMX進(jìn)行了包覆，包覆后的HMX熱分解溫度基本不變，感度有所下降。

陸銘等[12]分別以水性聚氨酯乳液和聚氨酯/丙烯酸酯核/殼乳液包覆了RDX。通過(guò)外殼溶出實(shí)驗(yàn)，包覆層的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.48%，而撞擊感度的特性落高值較包覆前提高了約50%；此外，他們還研究了在相同的水性聚氨酯乳液（WPU）包覆量下，破乳法和乳液聚合法包覆RDX對(duì)其撞擊感度的影響，研究結(jié)果表明破乳法包覆的RDX的撞擊感度明顯高于乳液聚合法包覆得到的RDX。

3 展望

硝銨炸藥包覆的膠粘劑應(yīng)具備以下性能：

①本身具有良好的熱安定性、化學(xué)安全性和耐老化性；②與爆炸組分、其它添加劑要有良好的物理和化學(xué)相容性；③應(yīng)具有良好的粘結(jié)作用、包覆作用和潤(rùn)濕作用；④為了提高安全性，應(yīng)當(dāng)具有良好的鈍感作用；⑤對(duì)炸藥顆粒具有良好的潤(rùn)濕性、良好的包覆作用和粘結(jié)作用，以提高爆炸組分的含量和產(chǎn)品的質(zhì)量；⑥應(yīng)具有良好的工藝性、塑性和溶解性；⑦易合成，價(jià)格低廉，宜于大量生產(chǎn)，無(wú)毒性。

水性聚氨酯是能溶于水或能均勻分散于水中的一類聚氨酯，具有氣味小、環(huán)境友好、節(jié)能、操作加工方便等優(yōu)點(diǎn)[13]。雖然水性聚氨酯包覆硝銨炸藥可以改善硝銨炸藥的感度及流散性能，但由于水性聚氨酯主要通過(guò)物理作用力而非化學(xué)鍵力進(jìn)行粘結(jié)，因此其粘結(jié)力較溶劑型差，導(dǎo)致其對(duì)硝銨炸藥包覆的粘結(jié)力不高，包覆效果不是很理想[14]。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)合成改性水性聚氨酯，增加水性聚氨酯對(duì)硝銨炸藥粘結(jié)強(qiáng)度，并進(jìn)行探討改進(jìn)包覆工藝條件，最終獲得具有較低感度和整體流散性良好的硝銨炸藥。因此，水性聚氨酯在硝銨炸藥的應(yīng)用將成為發(fā)展的重點(diǎn)[15]。

［1］張曉宏,趙鳳起,譚惠民,等.用鍵合劑改善硝胺CMDB推進(jìn)劑的力學(xué)性能[J].火炸藥學(xué)報(bào),2005,28(2):1-5.

［2］安崇偉.硝胺炸藥的表面包覆及其對(duì)推進(jìn)劑性能的影響研究[D].南京理工大學(xué),2008.

［3］Manning.Reduction of energetic filler sensitivity in propellants through coating[P].USP6 524706,2003.

［4］王曉麗,焦清介,李國(guó)新,等.鈍化黑索今薄膜及其感度的研究[J].火工品,2003,(3):23-26.

［5］張樹(shù)海,茍瑞君,張景林,等.硝胺炸藥的超臨界溶液快速膨脹包覆技術(shù)研究[J].火工品,2004,（2）:20-26.

［6］Smith,Kjell-Tore.Pressable plastic.bound explosive composition[P].USP20050072503,2005.

［7］Chan.Energetic binder explosive[P].USP5316600,1994.

［8］Simpson R L,Urtiew PA,Ornellas D L,eta1.CL-20 performance exceeds that of HMX and its sensitivity is moderate[J].Prop Expos Pyrotech,1997,22:249.

［9］周彩元,吳曉青,鄧茂盛,等.改性水性聚氨酯乳液包覆的合成研究[J].中國(guó)膠粘劑,2010,19(1):40-43.

［10］潘碧峰,張磊,羅運(yùn)軍,等.樹(shù)形鍵合劑包覆RDX及其相互作用研究[J].推進(jìn)技術(shù),2003,24(5):470-473.

［11］劉云飛,楊榮杰,譚惠民,等.聚丙烯酸乙酯包覆奧克托金(HMX)的研究[J].北京理工大學(xué)報(bào),1998,18(3):370-374.

［12］陸銘,陳煜,孫杰,等.水性聚氨酯乳液的制備及其在含硝胺推進(jìn)劑中的應(yīng)用[J].精細(xì)化工,2004,21(11):876-880.

［13］胡孝勇,陳薇,樂(lè)志文,等.水性聚氨酯膠黏劑的改性研究進(jìn)展[J].化學(xué)與黏合2009,31(1):57-61.

［14］郭文杰,傅和青,黃洪,等.水性聚氨酯膠粘劑研究進(jìn)展[J].粘接,2007,28(4):36-39.

［15］RAHMANMM,KIM HAN-DO.Characterization of waterbrone polyurethane adhesives containing different soft segments[J].Adhesion Sci.Technol.,2007,21(1):81-96.

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.02.005

TA564.4+2

1008-1267（2011）02-0012-02

A

2010-11-02