造型粉包覆質(zhì)量表征及其對(duì)機(jī)械感度的影響

蔣躍強(qiáng)，劉永剛，張建虎

(中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所，四川綿陽621900)

造型粉包覆質(zhì)量表征及其對(duì)機(jī)械感度的影響

蔣躍強(qiáng)，劉永剛，張建虎

(中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所，四川綿陽621900)

為了掌握降感機(jī)理，降低壓裝塑料黏結(jié)劑炸藥(PBX)機(jī)械感度，采用XPS、EDX等方法對(duì)炸藥造型粉的表面包覆質(zhì)量進(jìn)行了表征方法研究，通過測(cè)試表面元素含量，進(jìn)行了造型粉表面包覆度計(jì)算，并對(duì)包覆度對(duì)機(jī)械感度的影響規(guī)律進(jìn)行了研究分析。結(jié)果表明，造型粉表面的包覆度可以半定量地表征造型粉表面的包覆質(zhì)量，而且還可用于研究同系列配方造型粉的機(jī)械感度;包覆度越高，機(jī)械感度相應(yīng)越低，因此通過優(yōu)化造粒工藝提高包覆度，可降低配方的機(jī)械感度。

XPS;EDX;包覆度;機(jī)械感度

造型粉是壓裝聚合物黏結(jié)炸藥部件的原材料，指通過一定的制作工藝使單質(zhì)炸藥顆粒包覆上高聚物黏結(jié)劑而形成的復(fù)合材料顆粒，相對(duì)熱固、澆注炸藥而言，具有高固含量、能量高等優(yōu)點(diǎn)。壓裝炸藥配方的機(jī)械感度是配方設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問題，主要由炸藥配方的組成決定，但也受制備工藝的影響，進(jìn)而對(duì)造型粉的感度產(chǎn)生影響［1，2］。有研究表明，制備造型粉時(shí)黏結(jié)劑加入速度和方式、溫度、攪拌速度等對(duì)造型粉的表面包覆形態(tài)、機(jī)械感度等均有一定影響［3－5］。因此，研究表征造型粉的包覆質(zhì)量，對(duì)改善配方的機(jī)械感度等具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

壓裝配方造型粉的機(jī)械感度是造型粉的包覆質(zhì)量的直觀表示，成為研究表征造型粉包覆效果的必要手段，國(guó)內(nèi)外配方研究中也均通過測(cè)試其機(jī)械感度來直觀表征造型粉的包覆質(zhì)量［1－12］。該方法直接表示機(jī)械感度的高低，但不能很好解釋。也有少量文獻(xiàn)報(bào)道過采用SEM、FTIR來定性表征造型粉的表面包覆效果［3－7］，此方法能定性表征黏結(jié)劑在造型粉表面的包覆狀態(tài)，但不能直接表征黏結(jié)劑對(duì)單質(zhì)炸藥的包覆質(zhì)量。

造型粉表面單質(zhì)炸藥的包覆質(zhì)量的表征，目前國(guó)內(nèi)外報(bào)道較少，且未進(jìn)行系統(tǒng)的研究。有資料報(bào)道了采用XPS測(cè)試表面元素相對(duì)含量［8－12］及根據(jù)表面元素含量計(jì)算包覆度［11］的方法，但未對(duì)包覆物和包覆方法對(duì)包覆度的影響規(guī)律進(jìn)行研究。另有國(guó)外報(bào)道了一種采用EDX元素分布圖的方法表示造型粉表面元素的分布，從而表征表面包覆質(zhì)量。

因此，研究造型粉表面包覆質(zhì)量及其對(duì)機(jī)械感度的影響規(guī)律，對(duì)于掌握壓裝炸藥降感機(jī)理、降低配方的機(jī)械感度有一定的科學(xué)意義。本項(xiàng)目通過造型粉的表面包覆質(zhì)量表征，研究了造型粉表面質(zhì)量與機(jī)械感度的影響關(guān)系。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料準(zhǔn)備

以RDX和TATB為基的JA－19炸藥造型粉，分別采用2種造粒工藝制備，其中JA－19－01～JA－19－03和其他以HMX為基的造型粉均采用連續(xù)滴加的水懸浮造粒工藝制備，JA－19－11～JA－19－13采用分段滴加的水懸浮造粒工藝制備。

1.2 主要試驗(yàn)設(shè)備

KYKY2800掃描電子顯微鏡顯微鏡，0～30 kV;英國(guó)ESCALAB250 X－射線光電子能譜儀;英國(guó)EDAX能譜儀;WL－1(1.8 m)落錘儀;WM－1型摩擦感度儀。

1.3 主要試驗(yàn)方法

采用XPS測(cè)試造型粉表面元素含量，計(jì)算造型粉的表面包覆度。

采用EDX測(cè)試造型粉表面元素含量和表面元素的分布成像，直觀表征表面元素分布和含量差異。試驗(yàn)中掃描電壓均為20.0 kV，掃描面積和放大倍數(shù)相同。

按GJB 772A—1996 601.1測(cè)定造型粉的特性落高H50，落錘質(zhì)量(5 000±5)g，試樣質(zhì)量(35±1)mg。

按GJB 772A—1996 601.2測(cè)定造型粉的撞擊感度，落錘質(zhì)量(10 000±5)g，試樣質(zhì)量(50±1)mg。

按GJB 772A—1996 602.1測(cè)定造型粉的摩擦感度，擺錘質(zhì)量為(1 500±1.5)g，擺角為90°，表壓為(3.92±0.7)MPa，滑柱移動(dòng)距離為1.5～2.0mm，試樣質(zhì)量(30±1)mg。

2 結(jié)果與討論

2.1 XPS表征造型粉包覆效果

2.1.1 包覆度的計(jì)算方法

包覆度指造型粉中炸藥晶體被包覆的表面積與其總表面積之比，一般用來表征PBX造型粉的包覆效果。一般按炸藥包覆前后的表面N含量的變化來計(jì)算。其計(jì)算公式為［11－12］

式中:N0為包覆前的含氮量;Nb為包覆后的含氮量;Nj為黏結(jié)劑的含氮量。

當(dāng)黏結(jié)劑中不含氮元素時(shí)，即Nj=0，此時(shí)，包覆度的計(jì)算式變?yōu)?/p>

該公式計(jì)算造型粉表面包覆度的前提是單質(zhì)炸藥晶體的含氮量高于黏結(jié)劑中的含氮量。因此，黏結(jié)劑對(duì)造型粉表面單質(zhì)炸藥晶體的包覆面積比例越大，其表面含氮量將越低，對(duì)造型粉的包覆效果越好。

2.1.2 黏結(jié)劑對(duì)造型粉包覆度和感度的影響

在黏結(jié)劑含量相同情況下，造型粉的表面包覆度主要受黏結(jié)劑的物理性質(zhì)影響，而且包覆度與機(jī)械感度之間沒有規(guī)律性聯(lián)系，表面包覆質(zhì)量好，其特性落高H50不一定高，即不同配方造型粉的包覆度對(duì)其感度的影響規(guī)律沒有可比性。這是因?yàn)樵煨头鄣臋C(jī)械感度不但受包覆質(zhì)量的影響，還受到黏結(jié)劑的物理性質(zhì)所影響，比如黏結(jié)劑的硬度、比熱、熔化潛熱等。

對(duì)于黏結(jié)劑種類相同的同一系列配方，黏結(jié)劑含量越高，由于表面包覆層厚度增加，其包覆度有增大趨勢(shì)，造型粉機(jī)械感度得到一定程度的改善。但是，對(duì)于不同黏結(jié)體系，增加黏結(jié)劑含量對(duì)提高造型粉的表面包覆度的改善程度有所不同，這主要受黏結(jié)劑的表面能及其與炸藥的黏附功大小不同影響。

表1 不同配方造型粉的包覆度和感度

綜上所述，如表1所示可以定性地認(rèn)為，造型粉表面包覆度與其機(jī)械感度有關(guān)，包覆物質(zhì)相同的情況下，包覆度越高其機(jī)械感度越低。因而，提高單質(zhì)炸藥的表面包覆度對(duì)改善造型粉的安全性有利。

2.1.3 相同配方造型粉包覆度與機(jī)械感度的關(guān)系

壓裝炸藥配方的造型粉機(jī)械感度除了受配方組成、單質(zhì)炸藥粒度級(jí)配關(guān)系及原材料質(zhì)量等因素的影響，還受造粒工藝的影響。采用不同造粒工藝制備的JA－19造型粉的XPS測(cè)試結(jié)果和機(jī)械感度測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 造型粉的包幅度和機(jī)械感度

同一造粒工藝制得的造型粉的包覆度比較一致，而2種不同造粒工藝的包覆度差異較大。采用分段滴加造粒工藝生產(chǎn)的造型粉的包覆度明顯高于連續(xù)滴加造粒工藝生產(chǎn)的造型粉。同時(shí)，從H50的差異性可以看出，造型粉的機(jī)械感度與包覆度呈負(fù)相關(guān)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，包覆度高的造型粉的機(jī)械感度低于包覆度低的造型粉，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了同一黏結(jié)體系包覆度越高，機(jī)械感度越低的結(jié)論。

上述結(jié)果表明，同一配方的造粒工藝對(duì)造型粉的表面包覆度有較大影響，而包覆度對(duì)造型粉的機(jī)械感度有直接影響，進(jìn)而影響配方的機(jī)械感度。因此，在壓裝炸藥降感機(jī)理研究中，采用測(cè)試計(jì)算造型粉包覆度的方法可以定性解釋造型粉機(jī)械感度的影響規(guī)律;在造粒工藝研究中，可以應(yīng)用提高造型粉表面包覆度的工藝方法來改進(jìn)造粒工藝，從而改善配方的機(jī)械感度。

2.2 EDX表征造型粉表面包覆效果

用EDX測(cè)試方法，可以更加直觀地表征炸藥造型粉表面的包覆效果。圖1是JA－19造型粉的EDX測(cè)試結(jié)果。

圖1 造型粉氮元素掃描成像圖

掃描成像結(jié)果表明，造型粉表面氮元素含量的高低可以直觀地進(jìn)行比較，掃描圖像中元素分布密集則元素含量高，其對(duì)應(yīng)的包覆度也較高。JA－19－03與JA－19－13的含氮量測(cè)試結(jié)果與XPS基本一致，可以相互印證。

3 結(jié)束語

使用XPS、EDX方法可以用于表征造型粉的表面包覆質(zhì)量，還可以通過計(jì)算造型粉表面的包覆度來半定量地表征造型粉表面的包覆質(zhì)量。對(duì)于某系列配方，造型粉的包覆度越高，其機(jī)械感度相應(yīng)越低。因此，可以通過炸藥配方的造粒工藝研究，提高造型粉的表面包覆度，改善配方的機(jī)械感度。

［1］李永祥，馬建福，劉天生，等.某高聚物包覆RDX的影響因素［J］.含能材料，2005(6):382－384.

［2］聶福德，楊雪海，張凌，等.HMX/TATB基PBX的感度及表面形態(tài)的關(guān)系探索［J］.火炸藥學(xué)報(bào)，2001(3):19－21.

［3］梁逸群，張景林，姜夏冰，等.超細(xì)A－5傳爆藥的制備與表征［J］.含能材料，2008(5):515－518.

［4］王寶國(guó)，陳亞芬，張景林，等.亞微米HMX/FPM2602超細(xì)混合炸藥的制備工藝研究［J］.含能材料2008(1):142－145.

［5］陳健，王晶禹，白春華，等.ε－HNIW基傳爆藥的制備與表征［J］.火炸藥學(xué)報(bào)，2010(4):56－59.

［6］梁增友，黃風(fēng)雷，段卓平，等.PBX炸藥及其模擬材料沖擊損傷的試驗(yàn)研究［J］.彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào)，2008(1):131－134.

［7］董軍，王晶禹，梁磊，等.LLM－105/EPDM造型粉的制備及性能［J］.火炸藥學(xué)報(bào)，2009(5):14－17.

［8］張淑玲，劉天生，肖秀友，等.RDX粒度對(duì)某塑性炸藥包覆和機(jī)械感度性能的影響［J］.華北工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004 (4):296－298.

［8］汪貴華，楊偉毅，常本康.變角XPS定量分析的研究［J］.真空與低溫.1999(4):242－245.

［9］Cowey K，Day S，F(xiàn)ryer R.Examination of wax－coated RDX by Scanning Electron Microscopy and X－ray Photoelectron Spectroscopy［J］.Propellants，Explosives，Pyrotechnics，1985(10):61－64.

［10］徐濤，陳曙東，王曉川.JOB－9003炸藥中組分遷移及其遷移物的表征［J］.火炸藥學(xué)報(bào).2004，27(4):80－83.

［11］宋華杰，董海山，皓瑩.對(duì)用XPS技術(shù)評(píng)價(jià)塑料黏結(jié)炸藥造型粉包覆度的幾點(diǎn)看法［J］.兵工學(xué)報(bào)，2002，23(1): 132－135.

［12］汪貴華，楊偉毅，常本康.多種鍵合劑與CL－20界面的相互作用機(jī)理［J］.火炸藥學(xué)報(bào)，2005，28(3):23－26.

(責(zé)任編輯楊繼森)

Coating Quality Characterizing and Effect on M echanical Sensitivity of M olding Powder

JIANG Yue－qiang，LIU Yong－gang，ZHANG Jian－h(huán)u
(Institute of Chemical Materials，China Academy Engineer Physics，Mianyang 621900，China)

Formastering the insensitive mechanism and decreasing the mechanical sensitivity of pressed PBX，the quality of coating on the surface of explosive crystal was characterized by means of XPS and EDX.The coating degreewas calculated by test the element composition on the surface ofmolding powder，and the affection to themechanical sensitivity was analyzed.The result is that the coating degree can be used to characterize the coating quality on the surface of explosive crystal semi－quantitalively，and to study themechanical sensitivity of some formulation:the coating degree is higher，and themechanical sensitivity is lower for one series of formulation.And the coating degree can be reduced by optimization of granulation technology，and then deduce themechanical sensitivity of the composition.

XPS;EDX;coating degree;mechanical sensitivity

:A

1006－0707(2014)07－0118－03

format:JIANG Yue－qiang，LIU Yong－gang，ZHANG Jian－h(huán)u.Coating Quality Characterizing and Effect on Mechanical Sensitivity of Molding Powder［J］.Journal of Sichuan Ordnance，2014(7):118－120.

本文引用格式:蔣躍強(qiáng)，劉永剛，張建虎.造型粉包覆質(zhì)量表征及其對(duì)機(jī)械感度的影響［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2014(7): 118－120.

10.11809/scbgxb2014.07.033

2014－03－11

國(guó)家安全重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目(613830201)。

蔣躍強(qiáng)(1971—)，碩士，助理研究員，主要從事壓裝PBX配方及降感技術(shù)研究。

TQ56