回收HMX基炸藥制備民用耐熱炸藥性能研究

趙東奎， 田 軒， 黃亞峰， 馮曉軍， 石 健

（西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安 710065）

引 言

奧克托金（HMX）是我國(guó)武器彈藥裝備中常用的一種高能炸藥，HMX基混合炸藥大量應(yīng)用于國(guó)防。受使用壽命限制，我國(guó)每年都有大量的HMX炸藥因服役期滿而成為廢舊炸藥。

目前，國(guó)內(nèi)外常用的廢舊火炸藥處理方法［1－2］有公海傾倒和深土掩埋及露天燃燒、爐中焚燒、爆炸法。前2種方法并未解除含能材料爆炸的潛在威脅，因此在上世紀(jì)70年代中期以后已停止使用。露天燃燒具有操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但由于燃燒時(shí)形成大量有害氣體和固態(tài)殘?jiān)?，?duì)空氣污染嚴(yán)重；爐中焚燒可將火炸藥材料充分分解氧化，將污染氣體（如氮氧化物）的生成量降至最低，但該方法所用設(shè)施的建造、使用和維護(hù)需要大量費(fèi)用，目前該方法已被發(fā)達(dá)國(guó)家采用。其他國(guó)家普遍采用露天燃燒法。

隨著環(huán)境問(wèn)題的日漸突出及各國(guó)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的日漸重視，廢舊火炸藥的處理方式正由過(guò)去的銷毀型向資源二次開(kāi)發(fā)型轉(zhuǎn)變。廢舊火炸藥二次開(kāi)發(fā)是將廢舊彈藥中的火炸藥經(jīng)過(guò)回收、加工后重新利用的過(guò)程，民用化是其再利用的重要途徑［3－4］。

在廢舊炸藥回收利用［5－6］方面，西安近代化學(xué)研究所（204所）有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，如，孫國(guó)祥等于2002年成功回收了鈍化黑索金炸藥。2012年，204所組織科研人員將廢舊HMX炸藥制備成民用耐熱炸藥。本文對(duì)比研究了該炸藥的組成、熱性能和應(yīng)用性能，參比對(duì)象為由純HMX制備的H781炸藥。

1 民用耐熱炸藥的選擇

在民用炸藥應(yīng)用領(lǐng)域，石油、天然氣等射孔彈是其中一種重要產(chǎn)品。由于石油和天然氣開(kāi)采環(huán)境通常伴隨高溫，為了保證作業(yè)過(guò)程中的安全性，應(yīng)用環(huán)境對(duì)油、氣射孔彈用炸藥提出了苛刻的耐熱要求。目前，國(guó)內(nèi)外在石油、天然氣開(kāi)采方面根據(jù)井深將主炸藥分為3類，見(jiàn)表1。

表1 油、氣射孔彈用耐熱炸藥

首先，選定HMX基民用耐熱炸藥H781作為再利用目標(biāo)；然后，將廢舊HMX基炸藥回收制備成H781A；最后，對(duì)比了它與H781炸藥的性能。

2 產(chǎn)品性能

針對(duì)H781A炸藥進(jìn)行分析，試驗(yàn)對(duì)象分別為藥粉和炸藥裝藥。

2.1 藥粉性能

2.1.1 粒度、水分揮發(fā)分、成分

按照 Q／AY.82A－2001《H781炸藥》規(guī)定，取樣測(cè)試H781A炸藥的粒度、水分揮發(fā)分、成分。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 H781A炸藥組分試驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2可知，H781A炸藥符合204所H781產(chǎn)品的組成要求。

2.1.2 機(jī)械感度

試驗(yàn)方法采用 GJB772A－601.1（爆炸百分?jǐn)?shù)法），H781A炸藥的感度數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 H781A與H781的機(jī)械感度

由表3數(shù)據(jù)可知，H781A炸藥感度較低，符合204所H781產(chǎn)品對(duì)感度性能的要求。

2.1.3 H781A炸藥的真空安定性

按照GJB772A方法501.2進(jìn)行真空安定性試驗(yàn)，對(duì)比測(cè)試了H781A炸藥的真空安定性。試驗(yàn)條件：5g藥在180℃下恒溫48h的放氣量。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 真空安定性結(jié)果（放氣量） mL

綜上所述，H781A炸藥在組成、機(jī)械感度和熱安定性方面符合H781炸藥的驗(yàn)收規(guī)范。除此之外，H781A的可壓性、流散性等性能方面也與H781炸藥相當(dāng)。

2.2 藥柱性能

2.2.1 能量特性

由于H781炸藥主要利用炸藥爆轟后的金屬射流效應(yīng)完成射孔，因此炸藥爆速是影響射孔彈射孔能力的主要參數(shù)。H781A炸藥的爆速性能是否達(dá)到H781的指標(biāo)，是其能否作為耐熱射孔彈裝藥的主要技術(shù)指標(biāo)。采用試驗(yàn)方法GJB772A－702.1對(duì)H781A與H781炸藥的實(shí)測(cè)爆速進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 H781A與H781的爆速

由表5可知，H781A的爆速性能與H781相當(dāng)。

2.2.2 耐熱性能

1）高溫下的安全性能

利用熱爆炸試驗(yàn)對(duì)比研究了相同尺寸下2種裝藥在200℃的熱爆炸延滯期。具體實(shí)驗(yàn)條件：藥柱尺寸為Ф50mm×50mm，限制條件采用無(wú)約束，加熱方式采用空氣加熱，升溫速率設(shè)定為1℃／min，從室溫升至200℃，恒溫至炸藥反應(yīng)，恒溫時(shí)間即為炸藥的熱爆炸延滯期。結(jié)果表明，H781與H781A炸藥在上述條件下的熱爆炸延滯期均大于9h。

2）高溫下的性能變化

利用恒溫失重法對(duì)比研究了2種炸藥在190℃下的性能變化。實(shí)驗(yàn)條件：藥柱尺寸為Ф50mm×50mm，限制條件采用無(wú)約束，加熱方式采用空氣加熱，升溫速率設(shè)定為1℃／min，從室溫升至180℃恒溫2h，觀察試驗(yàn)前后的質(zhì)量變化。結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 炸藥的熱失重參數(shù)

由表6結(jié)果可知，H781A炸藥的失重率與H781炸藥的失重率基本相當(dāng)。在體積不變的情況下，炸藥的失重可能導(dǎo)致炸藥的密度降低。但根據(jù)Kamlet爆速公式計(jì)算發(fā)現(xiàn)，H781A炸藥因熱失重導(dǎo)致的爆速下降值僅為68m／s，影響較小。

2.3 穿深性能

分別對(duì)H781和H781A炸藥進(jìn)行射孔彈壓制，在炸高、彈型和藥型罩等相同條件下進(jìn)行穿深性能對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)第66頁(yè)表7。

由表7可知，含H781A炸藥的射孔彈與H781射孔彈穿深性能相當(dāng)。

表7 射孔彈穿深性能對(duì)比 mm

3 結(jié)論

1）由廢舊HMX基炸藥回收制備的民用耐熱炸藥H781A，其藥粉在產(chǎn)品組成、熱安定性、機(jī)械感度等性能上符合H781產(chǎn)品驗(yàn)收規(guī)范，在流散性、可壓性方面與H781炸藥相當(dāng)。

2）無(wú)約束的H781和H781A炸藥藥柱在高溫條件下的安全性和使用性能相當(dāng)，符合使用要求。結(jié)合射孔彈應(yīng)用，其試驗(yàn)結(jié)果表明，H781A炸藥的射流深度與H781炸藥相當(dāng)。

綜上，廢舊HMX基炸藥回收制備的民用耐熱炸藥H781A裝填的射孔彈可安全、有效地用于高溫射孔作業(yè)。

［1］ 黃鵬波，張懷智，謝全民，等.廢棄常規(guī)彈藥銷毀技術(shù)綜述［J］.工程爆破，2013，19（6）：53－56.

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