老化對(duì)HMX/RDX基含鋁炸藥爆熱及爆速性能的影響研究

黃亞峰，趙省向，李文祥，楊建剛，李欣，劉文亮

（西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安，710065）

武器彈藥老化研究一直是關(guān)系到武器彈藥的安全儲(chǔ)存與使用的重要問(wèn)題，美國(guó)在武器延壽計(jì)劃(SLEP)、核心監(jiān)測(cè)計(jì)劃(CSP)、武庫(kù)科學(xué)研究與管理計(jì)劃(SSMP)、增強(qiáng)監(jiān)測(cè)計(jì)劃(SEMP)等武器彈藥的各種研究計(jì)劃中均將武器彈藥老化列為研究?jī)?nèi)容之一[1]。對(duì)于武器彈藥的老化試驗(yàn)一般采用加速老化法和自然儲(chǔ)存老化法。國(guó)外對(duì)于炸藥的老化試驗(yàn)研究主要集中在老化對(duì)高分子粘結(jié)炸藥組分、相容性、內(nèi)部細(xì)觀損傷、力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等性能方面的影響[2-4]。國(guó)內(nèi)對(duì)高分子粘結(jié)炸藥的老化試驗(yàn)研究結(jié)果表明：PBX炸藥老化后，其沖擊波感度、模量、破壞強(qiáng)度、破壞應(yīng)變、穩(wěn)態(tài)蠕變速率等力學(xué)性能指標(biāo)均未發(fā)生明顯的變化[5-7]。為表征老化對(duì)裝填含鋁炸藥戰(zhàn)斗部的長(zhǎng)儲(chǔ)安全以及毀傷性能的影響，本文主要對(duì)HMX/RDX基含鋁炸藥在71℃下老化后的體積、質(zhì)量、爆熱、爆速進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料準(zhǔn)備

測(cè)爆熱藥柱的準(zhǔn)備：將配方為65（HMX/RDX）/30Al/5鈍感粘結(jié)劑的HMX/RDX基的含鋁炸藥造型粉壓制成外形尺寸為Ф25mm×25mm、密度為1.85g/cm3的藥柱8發(fā)，測(cè)爆熱。

測(cè)爆速藥柱準(zhǔn)備：將配方為65（HMX/RDX）/30Al/5鈍感粘結(jié)劑的HMX/RDX基的含鋁炸藥造型粉壓制成外形尺寸為Ф20mm×20mm、密度為1.85g/cm3的藥柱28發(fā)，測(cè)爆速。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 藥柱的老化

參照GJB 736.8-90火工品試驗(yàn)方法71℃試驗(yàn)法，將老化試驗(yàn)用藥柱放在控溫精度為±1℃、設(shè)定溫度為71℃的試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，老化45d、55d后分別取出測(cè)爆熱、爆速。

1.2.2 爆熱測(cè)試方法

按照GJB 772A-1997方法701.1絕熱法測(cè)試爆熱。在-0.094MPa的真空度下，將質(zhì)量為25g、直徑為25mm的試驗(yàn)樣品在容積為5.8L的爆熱彈內(nèi)引爆，以16.5L的蒸餾水作為測(cè)溫介質(zhì)，用精確度為1‰的精密測(cè)溫儀實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量水溫，根據(jù)爆熱彈系統(tǒng)的熱容值及溫升值求出單位質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)樣品的定容爆熱值，連續(xù)3發(fā)試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差不超過(guò)3%，其平均值即為炸藥爆熱。

1.2.3 爆速測(cè)試方法

按照GJB 772A-1997方法702.1電測(cè)法測(cè)試爆速。利用炸藥爆轟波陣面電離導(dǎo)電特性，用測(cè)試儀和電探針測(cè)定爆轟波在一定長(zhǎng)度炸藥柱中傳播的時(shí)間，通過(guò)計(jì)算求得炸藥的爆速。每個(gè)樣品測(cè)試2組數(shù)據(jù)，每組7個(gè)樣品，爆速數(shù)據(jù)采用14發(fā)試驗(yàn)的平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 藥柱老化前后體積和質(zhì)量變化

武器彈藥在受到外界溫度刺激時(shí)，如果裝藥體積發(fā)生明顯變化，則使彈體承受內(nèi)部壓力，存在一定的安全隱患。因此，在老化試驗(yàn)時(shí)，選取測(cè)量爆速用的3發(fā)Ф20mm×20mm的藥柱，監(jiān)測(cè)其體積、質(zhì)量隨老化時(shí)間的變化率，數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 HMX/RDX基含鋁炸藥藥柱老化前后的體積、質(zhì)量變化率Tab.1 Bulk and mass change ratio of the HMX/RDX based aluminized explosive after aging test

由表1中數(shù)據(jù)可知，在71℃老化時(shí)，藥柱體積變化的趨勢(shì)為先逐漸膨脹，膨脹到最大時(shí)，開(kāi)始逐漸縮??；對(duì)于藥柱的質(zhì)量則是一直處于減小的趨勢(shì)。藥柱體積先膨脹后縮小，主要是因?yàn)樵谒幹鶋褐七^(guò)程中承受很大的壓力，使作為粘結(jié)劑的復(fù)合高分子材料本身儲(chǔ)存了一定的內(nèi)應(yīng)力，在無(wú)約束的高溫環(huán)境下，內(nèi)應(yīng)力開(kāi)始緩慢釋放；同時(shí)高分子材料在高溫作用下，其本身存在受熱體積膨脹的特性，兩方面的綜合作用使藥柱體積逐漸膨脹；在高溫作用下，作為鈍感粘結(jié)劑的復(fù)合高分子體系中的低分子易揮發(fā)成分由固態(tài)變成氣態(tài)，體積增大，也會(huì)使藥柱體積變大。綜合以上各方面的原因，藥柱長(zhǎng)時(shí)間受到高溫作用，體積會(huì)逐漸膨脹直至最大。作為粘結(jié)劑的復(fù)合高分子材料存在少量易揮發(fā)的低分子量成分，在受到高溫作用時(shí)容易揮發(fā)，因此，藥柱質(zhì)量隨著老化時(shí)間的推移而逐漸減少。隨著揮發(fā)性成分由固體變成氣體溢出藥柱，藥柱內(nèi)部逐漸產(chǎn)生一些微小的氣泡，在外界壓力的作用下，藥柱內(nèi)氣泡體積縮小，最終導(dǎo)致藥柱體積變小。

2.2 爆熱

HMX/RDX基含鋁炸藥藥柱71℃下老化后以及老化前的爆熱試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，炸藥在71℃下老化45d、55d后的爆熱與老化前爆熱的變化率分別為0.67%和-0.65%，都在1%之內(nèi)，在爆熱測(cè)試的系統(tǒng)誤差之內(nèi)。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明HMX/RDX基含鋁炸藥在71℃下老化55d后其爆熱幾乎沒(méi)有受到影響。對(duì)含鋁炸藥爆熱影響較大的主要因素是鋁粉的活性，由于鋁粉是一種化學(xué)性質(zhì)非常活潑的金屬元素，在71℃下加熱老化時(shí)，鋁粉可能因繼續(xù)老化減少炸藥中活性鋁粉的含量，導(dǎo)致炸藥爆熱降低。試驗(yàn)結(jié)果顯示，HMX/RDX基含鋁炸藥在老化45d、55d后炸藥的爆熱沒(méi)有明顯降低。原因是藥柱在壓制過(guò)程中排出了絕大部分的空氣，其內(nèi)部的空隙只有很小一部分，減小了炸藥中鋁粉與空氣中氧氣的接觸；在制備炸藥的過(guò)程中，鋁粉被復(fù)合高分子鈍感粘結(jié)劑包覆，減少了與空氣中氧氣的接觸，阻止鋁粉繼續(xù)老化；鋁粉在制備過(guò)程中，顆粒表面即生成了一層化學(xué)性能穩(wěn)定的致密的三氧化二鋁薄膜，阻止了活性鋁繼續(xù)氧化。

表2 HMX/RDX基含鋁炸藥老化前后爆熱Tab.2 Explosion heat of the HMX/RDX based aluminized explosive after aging test

2.3 爆速

HMX/RDX基含鋁炸藥71℃下老化后以及老化前的爆速試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 HMX/RDX基含鋁炸藥老化前后爆速Tab.3 Detonation velocity of the HMX/RDX based aluminized explosive after aging test

由表3數(shù)據(jù)可知，組成為65（HMX/RDX）/30Al/5鈍感粘結(jié)劑的含鋁炸藥理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值分別為7 565 m·s-1和7 585 m·s-1，相差很小。當(dāng)炸藥在71℃下老化45d和55d后，爆速分別為7 541 m·s-1（ρ=1.846 g·cm-3）和7 595 m·s-1（ρ=1.856g·cm-3），與老化前的爆速7 585 m·s-1（ρ=1.851g·cm-3）相比，爆速變化率分別為-0.58%和0.13%，在1%之內(nèi)，炸藥的爆速?zèng)]有受到老化試驗(yàn)的影響。已有硝銨類含鋁炸藥爆速的研究結(jié)果表明，影響爆速的主要因素包括主炸藥及鋁粉的含量、鋁粉的粒度以及形狀等。對(duì)于炸藥組分及粒度、形狀已經(jīng)確定的同一外形尺寸的炸藥，其爆速不會(huì)有很大的差異。HMX/RDX基含鋁炸藥71℃下老化55d后爆速?zèng)]有發(fā)生明顯變化，說(shuō)明在71℃下老化55d后HMX/RDX基含鋁炸藥的主要組分沒(méi)有發(fā)生明顯的本質(zhì)變化。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)HMX/RDX基含鋁炸藥的71℃老化試驗(yàn)研究，得出結(jié)論：（1）藥柱在71℃老化時(shí)，體積逐漸膨脹后開(kāi)始逐漸縮??；質(zhì)量隨著老化時(shí)間的推移逐漸減小。在老化55d的時(shí)間里，體積和質(zhì)量的變化率都小于0.1%。（2）藥柱在老化0d、45d和55d時(shí)的爆熱分別為7 486J/kg、7 536J/kg、7 437J/kg，爆熱變化率小于1%，說(shuō)明71℃下老化55d，炸藥爆熱未發(fā)生明顯改變。（3）藥柱在老化0d、45d和55d時(shí)的爆速，分別為7 585m·s-1（ρ=1.851g·cm-3）、7 541m·s-1（ρ=1.846 g· cm-3）和7 595m·s-1（ρ=1.856 g·cm-3），爆速變化率小于1%，71℃下老化55d，炸藥爆速?zèng)]有明顯變化。

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