JO－9CⅠ傳爆藥組分分析工藝條件優(yōu)化

蘭學成， 王保國

（中北大學化工與環(huán)境學院，山西 太原 030051）

聚奧－9Ⅰ型傳爆藥（JO－9CⅠ傳爆藥）是一種性能穩(wěn)定、安全性好、耐熱性高的高能傳爆藥。它是由奧克托今（HMX）和2＃氟橡膠Vition A制成的塑料黏結炸藥［1］。在國外，JO－9CⅠ傳爆藥（PBXN－5）是美國 MIL－STD－1751、MIL－STD－1316C軍標規(guī)定許用的傳爆藥［2］。在我國，中北大學（原華北工學院）定型了JO－9CⅠ傳爆藥［3］，先后用于XX破彈無線電引信、XX式殺傷槍榴彈引信、XX式破甲槍榴彈引信和XX式50mm榴彈彈射器殺傷彈引信等5種引信。

JO－9CⅠ傳爆藥中氟橡膠含量對傳爆藥的感度和能量等均有直接影響，其成分分析是對傳爆藥質量指標測定的重要部分。美國采用軍標 MIL－E－81111A化學成分分析方法，其分析周期太長，測試結果不穩(wěn)定［4］。國內的姜夏冰［5］將紫外光分光光度法應用到分析PBX傳爆藥中HMX的含量，與化學分析方法相比，該法測定傳爆藥中組分HMX含量略微偏低，最大誤差接近2%，且測試吸光度時HMX濃度難控制，分析重復性差。梁逸群［6］采用可見光分光光度法測定PBX傳爆藥中HMX的含量，該法由于在顯色反應時不可避免地引入微量雜質，因此測得PBX傳爆藥中HMX的質量分數比化學分析法偏高。王金英［7］采用化學分析法研究了JO－9CⅠ傳爆藥中HMX的含量，其乙酸乙酯的用量與傳爆藥質量比為5.0～5.5，但該研究采用的堿范圍較窄，且未見明顯對比性，也未探討堿濃度和水解時間之間的內在關聯(lián)。因此，本文在原有工藝基礎上進一步提高效率，優(yōu)化分析工藝，具有很強的現(xiàn)實意義。

1 實驗部分

1.1 原料及儀器

JO－9CⅠ傳爆藥，中國兵器工業(yè)傳爆藥性能檢測中心實驗室；氫氧化鈉（分析純），符合GB／T 629－1997，北京泰博化工廠；乙酸乙酯（分析純），符合GB／T 12589－1990，天津市科密歐化學試劑有限公司；蒸餾水。

DGSY－Ⅱ電熱恒溫水浴鍋，上海醫(yī)療器械儀表廠；SHZ－D（Ⅲ）型循環(huán)水式真空泵，河南鞏義英峪豫華儀器廠；DT－100A電子分析天平，精度值0.000 1g，上海精科電子有限公司；G3坩堝式過濾器，太原市玻璃儀器廠；AHX－871安全型烘箱，南京理工大學；ASR0500ADT型超聲波分散器，天津奧特賽斯儀器有限公司。

1.2 實驗原理

JO－9CⅠ傳爆藥由質量分數95%HMX和質量分數5%的氟橡膠組成。HMX在沸騰狀態(tài)下能被低濃度氫氧化鈉溶液水解成甲醛和硝酸銨，黏結劑氟橡膠不與上述濃度及條件下的堿液反應，并以固體形態(tài)游離在溶液中［8－11］。

試樣中氟橡膠的質量分數按式（1）計算：

式中：G1為盛有殘留物坩堝過濾器的質量，g；G2為恒重后坩堝過濾器的質量，g；m為試樣質量，g。

每個試樣平行測定2次，結果取其平均值。

1.3 實驗方法

1）取1g JO－9CⅠ傳爆藥，加入10mL～12mL的乙酸乙酯中，使其中的黏結劑（氟橡膠）溶解，達到炸藥與黏結劑分離的目的。

2）加入4種不同質量分數（6.5%、8.5%、10.5%、12.5%）的 NaOH 溶液，加熱至沸騰，使其水解。每種質量分數選取2組樣品，記錄完全水解的時間。

3）過濾、干燥后，稱量過濾物。通過對比過濾物的含量是否接近氟橡膠的真實含量來驗證JO－9CⅠ傳爆藥是否完全水解。

4）通過對比完全水解的時間，得到完全水解的最佳工藝條件。

其工藝流程如圖1所示。

圖1 傳爆藥組分分析工藝流程圖

2 結果與討論

2.1 堿質量分數對水解情況的影響

實驗樣品的理論氟橡膠質量分數為5.283%。經水解、過濾、干燥、稱重等步驟計算出樣品中氟橡膠的質量分數，如表1所示。

從表1中可以看出，在6.5%、8.5%和10.5%的堿質量分數下，氟橡膠質量分數的數據都在誤差允許的范圍之內，說明其可以完全水解；而在12.5%的堿濃度下，其過濾物質量分數與氟橡膠的真實質量分數相差較遠，說明12.5%堿質量分數下的水解情況異常。

表1 氟橡膠質量分數

圖2為完全水解和水解異常的對比圖。

圖2 傳爆藥水解對比

圖2可知，當堿質量分數過高時（12.5%），水解情況異常，溶液顏色為深棕色，而且懸浮物呈黑色，有掛壁現(xiàn)象出現(xiàn)，說明堿的質量分數過高，氫氧化鈉將氟橡膠碳化，使過濾物的質量下降。因此，質量分數過高的堿液（12.5%）不適宜用來處理JO－9CⅠ傳爆藥。

HMX之所以水解加速，是因為一定溫度下可逆反應的標準平衡常數K值是一定的。某一反應處于平衡狀態(tài)時，反應熵等于平衡常數（J＝K）。若提高某一反應物的濃度或降低產物的濃度，將使反應熵J變小，從而J＜K，平衡向正方向移動，即向著減小反應物濃度和增加產物濃度的方向移動。所以，HMX的水解反應進行是否完全，決定于反應的推動力是否可以將平衡正向移動，使反應進行到底。HMX在水解的時候生產甲醛和硝酸銨反應式見式（1）～（3）：

對于（1）～（3）反應來說，在堿性條件下，HMX水解達到平衡時，甲醛在水中與水加成生成甲醛的水合物甲二醇，在溶液里甲醛和甲二醇成平衡狀態(tài)；硝銨與堿發(fā)生反應生成硝酸鈉、氨氣和水，氨氣逸走，使得硝銨完全與堿反應，從而降低了HMX水解產物，打破水解平衡，不斷減少產物的濃度，使HMX不斷水解，直到水解完全。

2.2 堿質量分數對水解時間的影響

表2為不同堿質量分數所需的分解時間。

表2 傳爆藥水解時間

由表2可以看出，隨著堿質量分數的增加，所需要的水解時間縮短。因此，在保證HMX以最快速度完全水解和氟橡膠不被氧化的條件下，得出JO－9CⅠ傳爆藥在堿性條件下組分分析的最佳工藝條件：在堿質量分數為10.5%的恒溫水浴鍋（沸水浴）中進行水解，水解時間為2.5h。

利用excel對數據進行回歸分析，得線性回歸方程：y＝－0.907 65x＋13.017 15，相關系數R＝0.987 5。說明時間和濃度具有強烈的相關性。

3 結論

1）在堿液質量分數6.5%～12.5%時，可以有效地水解JO－9CⅠ傳爆藥；當堿質量分數等于12.5%時，水解測試效果出現(xiàn)異常。

2）在堿液質量分數允許范圍內，質量分數和時間成線性關系，即增大堿液質量分數可以有效地縮短水解時間。

3）JO－9CⅠ傳爆藥在堿性條件下組分分析的最佳工藝條件為：在堿質量分數為10.5%的恒溫水浴鍋（沸水?。┲羞M行水解，水解時間為2.5h。

［1］ 徐振相，秦志春，王成，等.國內外傳爆藥的發(fā)展概況［J］.火工品，1995（3）：29－32.

［2］ 孫國祥，戴容蘭，陳魯英，等.國內外傳爆藥發(fā)展概況——傳爆藥的品種發(fā)展［J］.現(xiàn)代引信，1995（1）：56－64.

［3］ 馮國田.我國傳爆藥研究情況簡介［J］.火工品，1999（2）：49－51.

［4］ 袁鳳英，劉小平.氟橡膠含量的分析——關于PBX－5傳爆藥制造工藝的成分分析［J］.太原機械學院學報，1990（31）：82－85.

［5］ 姜夏冰，張景林，王金英.紫外光分光光度法在PBX傳爆藥組分分析中的應用［J］.火工品，2008（2）：24－26.

［6］ 梁逸群，張景林，姜夏冰.可見光分光光度法測定PBX傳爆藥中 HMX含量［J］.含能材料，2008，16（5）：531－533.

［7］ 王金英，姜夏冰，張景林.JO－9CⅠ傳爆藥中 HMX含量的測定［J］.火炸藥學報，2009，32（4）：88－90.

［8］ 程能林.溶劑手冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社，1994：537－538.

［9］ 白紅娟.鈍感傳爆藥多組分分析方法［D］.太原：中北大學，2001.

［10］大連理工大學無機化學教研室.無機化學［M］.北京：高等教育出版社，2003：44－104.

［11］王正烈，周亞平，李松林，等.物理化學［M］.北京：高等教育出版社，2006：195－288.