HTPB包覆RDX效果影響因素研究

雷瑞琛， 田 亮

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

引 言

端羥基聚丁二烯（HTPB）是一種透明度好、黏度低、耐油耐老化、低溫性能及加工性能良好的液體橡膠［1］。HTPB包覆于炸藥顆粒表面，減少了炸藥顆粒間的氣泡，固化后在粒子界面形成很強(qiáng)的抗拉撕裂層，起到了吸熱和隔熱的作用，從而減少了熱點(diǎn)的生成。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者將其普遍應(yīng)用于混合炸藥的黏合劑［2－4］。本文以 HTPB包覆RDX為例，采用2種常用包覆方法，即懸浮法和溶劑蒸發(fā)法，并通過(guò)性能實(shí)驗(yàn)分析了HTPB的含量以及工藝條件對(duì)包覆效果的影響。

1 HTPB包覆機(jī)理分析

HTPB與TDI的反應(yīng)機(jī)理［5］是羥基（—OH）和氰酸酯基（—NCO）反應(yīng)得到氨基甲酸酯（—HNCOO—）。HTPB鏈端的羥基與TDI的氰酸酯基交替反應(yīng)，形成擴(kuò)鏈后的大分子鏈段，由于HTPB有一定量官能度≥3的分子，所以不加交聯(lián)劑（這里即固化劑TDI）也容易形成空間網(wǎng)絡(luò)分子結(jié)構(gòu)。HTPB包覆機(jī)理見(jiàn)第29頁(yè)式（1）～式（3）。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

黏合劑端羥基聚丁二烯（HTPB），黏度6 150mPa·s，平 均 相 對(duì) 分 子 質(zhì) 量 2 700，羥 值0.77mmol／mg～0.82mmol／mg，山東淄博齊魯乙烯化工有限公司；環(huán)三亞甲基三硝胺（RDX），航天806所；四氯化碳試劑，天津富宇精細(xì)化工有限公司；乙酸乙酯試劑，天津富宇精細(xì)化工有限公司；甲苯二異氰酸酯（TDI），分析純，航天806所。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

1）懸浮法：將HTPB溶于四氯化碳溶液中，在水浴條件下滴入混有RDX的無(wú)水乙醇中，加入TDI，攪拌均勻。冷卻、抽濾后放入烘箱烘干。懸浮法實(shí)驗(yàn)條件見(jiàn)第29頁(yè)表1。

2）溶劑蒸發(fā)法：向乙酸乙酯中依次加入HTPB、TDI和RDX，攪拌均勻后抽濾并烘干產(chǎn)物。溶劑蒸發(fā)法實(shí)驗(yàn)條件見(jiàn)第29頁(yè)表2。

根據(jù) GJB 772A－97方法601.3 12型工具法對(duì)2種方法包覆的RDX進(jìn)行撞擊感度實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)條件：落錘質(zhì)量（2.500±0.002）kg；藥量（35±1）mg；實(shí)驗(yàn)室溫度10℃～35℃；實(shí)驗(yàn)室相對(duì)濕度≤80%。

表1 懸浮法實(shí)驗(yàn)條件

表2 溶劑蒸發(fā)法實(shí)驗(yàn)條件

3 結(jié)果與討論

3.1 懸浮法結(jié)果分析

9組實(shí)驗(yàn)為有2個(gè)變量的正交實(shí)驗(yàn)。其中，HTPB質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)置3個(gè)數(shù)值，即5%、10%和15%；HTPB的四氯化碳溶液的滴加速度也設(shè)置3個(gè)數(shù)值，即1、2和3mL／min。9組實(shí)驗(yàn)得到的樣品經(jīng)過(guò)撞擊感度的性能實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表3），由1、2、3組對(duì)比和4、5、6組對(duì)比以及7、8、9組對(duì)比可以看出，在滴加速度1mL／min～3mL／min時(shí)，滴加速度對(duì)于最后的鈍感效果沒(méi)有明顯影響。由1、4、7組對(duì)比和2、5、8組對(duì)比以及3、6、9組對(duì)比可以看出，HTPB質(zhì)量分?jǐn)?shù)的從5%～15%變化，其包覆效果優(yōu)化，而且撞擊感度的爆炸百分率顯著減小，達(dá)到了理想的包覆效果。可見(jiàn)，提高鈍感效果最直接有效的方法是提高HTPB在組分中所占的比例。

表3 懸浮法各組撞擊感度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.2 溶劑蒸發(fā)法結(jié)果分析

6組實(shí)驗(yàn)為有2個(gè)變量的正交實(shí)驗(yàn)。其中，HTPB質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)置3個(gè)數(shù)值，即5%、10%和15%；TDI的加入點(diǎn)設(shè)置2個(gè)過(guò)程，即與HTPB一起加入過(guò)程以及溶劑蒸發(fā)時(shí)加入過(guò)程。6組實(shí)驗(yàn)得到的樣品經(jīng)過(guò)撞擊感度性能實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表4），由10、11組對(duì)比和12、13組對(duì)比以及14、15組對(duì)比表明，TDI與HTPB一起加入的過(guò)程得到的樣品包覆效果更好，而且在HTPB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%和15%時(shí)，采用TDI與HTPB一起加入的過(guò)程得到樣品的撞擊感度明顯減小，達(dá)到了理想的鈍感效果。這是由于，RDX表面的HTPB較為分散，且與RDX在此溶液體系中的界面吸附力不強(qiáng)，加入TDI后，體系中的異氰酸酯基可以與少部分羥基反應(yīng)聚合，得到一些簡(jiǎn)單的體狀結(jié)構(gòu)，使HTPB分子可以聚集起來(lái)，從而使RDX周圍的HTPB較為緊密，吸附力變強(qiáng)，達(dá)到了很好的包覆效果。而對(duì)于溶劑蒸發(fā)時(shí)加入TDI過(guò)程，一部分HTPB與RDX的吸附能力已變得很弱，此時(shí)加入TDI，即使產(chǎn)生了一部分體狀大分子，也很少較好地在RDX的表面上包覆。由10、12、14組對(duì)比可以看到，采用了TDI與HTPB一起加入過(guò)程的各組中，HTPB質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%和15%的2組包覆效果較好，而且撞擊感度顯著變小?？梢?jiàn)，采用TDI與HTPB一起加入過(guò)程，HTPB含量越多，包覆效果和鈍感效果越好。由11、13、15組對(duì)比可以看到，采用溶劑蒸發(fā)時(shí)加入HTPB過(guò)程，各組包覆效果均不理想，而且這3組的撞擊感度較大。由此可以認(rèn)為，當(dāng)采用TDI與HTPB一起加入過(guò)程時(shí)，加大HTPB的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以使包覆效果和鈍感效果變好。因此，采用TDI的加入點(diǎn)是該方法包覆效果和鈍感效果優(yōu)劣的必要條件。

表4 溶劑蒸發(fā)法各組撞擊感度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.3 出現(xiàn)部分結(jié)塊的原因分析

采用懸浮法和溶劑蒸發(fā)法2種方法得出的產(chǎn)物雖然呈粉末狀，但均存在結(jié)塊現(xiàn)象。尤其是溶劑蒸發(fā)法，TDI與HTPB一起加入的過(guò)程所得產(chǎn)物結(jié)塊較多。HTPB與TDI同時(shí)加入體系時(shí)，由于HTPB與RDX的吸附作用較為集中，此時(shí)加入TDI，雖然可以與HTPB反應(yīng)形成體狀大分子，很好地圍繞并吸附于RDX界面，但由于TDI周圍的HTPB較多，使一部分反應(yīng)“過(guò)頭”，形成的體狀分子太大，與過(guò)多RDX分子上的HTPB結(jié)合在一起，進(jìn)而使很多RDX分子連接在一起，從宏觀角度看有較多的結(jié)塊。溶劑蒸發(fā)時(shí)加入TDI過(guò)程得到的產(chǎn)物雖然包覆效果和撞擊感度不好，但是在加入TDI時(shí)，已經(jīng)加入的HTPB的一部分被RDX分子吸附在表面，加入的TDI可以與HTPB固化發(fā)生反應(yīng)，此時(shí)的TDI大多數(shù)處于 HTPB／RDX體系的外圍，因此，反應(yīng)形成的較大體狀分子少，一定程度上阻止了各個(gè)顆粒表面HTPB的相互黏結(jié)，結(jié)塊現(xiàn)象較少。

4 結(jié)論

通過(guò)HTPB的性質(zhì)確定適合的溶劑，選擇使用懸浮法和溶劑蒸發(fā)法來(lái)包覆RDX，研究改變工藝條件以及HTPB質(zhì)量后包覆產(chǎn)物的性能，得出以下結(jié)論：

1）懸浮法中HTPB所占比例的增大會(huì)顯著改善包覆效果，減小撞擊感度。

2）懸浮法中HTPB的四氯化碳溶液的滴加速度對(duì)包覆效果和撞擊感度無(wú)顯著影響。

3）溶劑蒸發(fā)法中采用TDI與HTPB一起加入的過(guò)程會(huì)明顯改善包覆效果。該過(guò)程可減小撞擊感度，但是結(jié)塊現(xiàn)象較明顯，且只有采取該過(guò)程的條件下使HTPB所占比例增大，才會(huì)顯著改善包覆效果，減小撞擊感度。

4）懸浮法選擇試劑較難，操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)周期短；溶劑蒸發(fā)法選擇試劑較簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，且產(chǎn)物結(jié)塊較多。

［1］ 王平，郭洪酞.導(dǎo)電涂料［J］.現(xiàn)代涂料與涂裝，1997（2）：6－10.

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