LLM-105炸藥粒度及形貌對(duì)機(jī)械感度的影響

孫銀雙 黃 鑫 黃 忠

(中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所, 四川綿陽，621900)

LLM-105炸藥粒度及形貌對(duì)機(jī)械感度的影響

孫銀雙 黃 鑫 黃 忠

(中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所, 四川綿陽，621900)

采用感度試驗(yàn)(摩擦感度和撞擊感度)測(cè)定了高能鈍感炸藥1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)粒度對(duì)于單質(zhì)炸藥機(jī)械感度的影響。試驗(yàn)以機(jī)械球磨法得到的LLM-105顆粒為研究對(duì)象，粒度范圍為4-70μm。機(jī)械感度結(jié)果表明隨著LLM-105平均粒徑的增大，其摩擦感度和撞擊感度均有不同程度的降低。機(jī)械球磨得到的顆粒由于表面相對(duì)于溶液結(jié)晶得到的顆粒表面更為平滑，其摩擦感度和撞擊感度也相對(duì)較低。

粒度 形貌 機(jī)械感度 LLM-105

1 引言

感度是指炸藥在外界能量作用下發(fā)生爆炸的難易程度，是炸藥安全性和作用可靠性的標(biāo)度。在生產(chǎn)、處理、存儲(chǔ)、運(yùn)輸和類似的活動(dòng)過程中，炸藥經(jīng)常受到各種外部刺激(如熱、撞擊、摩擦等)，這可能會(huì)導(dǎo)致炸藥的燃燒或爆轟[1]。而由于炸藥在上述過程中起爆現(xiàn)象的復(fù)雜性，就最低起爆的能量而言，沒有絕對(duì)的感度指標(biāo)。也就是說，感度具有選擇性和相對(duì)性，前者指不同的炸藥選擇性地吸收某種起爆能量，后者則指感度只是表示危險(xiǎn)性的相對(duì)程度。在這其中，機(jī)械感度(包括撞擊感度、摩擦感度)測(cè)定作為評(píng)估炸藥在機(jī)械脈沖作用下的感度指標(biāo)，具有重要的參考價(jià)值[2]。

1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)首先由美國(guó)勞倫斯·利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室(LLNL)于1995年首次合成，具有良好的物化性質(zhì)和很好的安全性能[3]。而對(duì)于幾種LLM-105單質(zhì)炸藥配方的安全性試驗(yàn)表明，LLM-105能量超過超細(xì)TATB配方，是一種具有應(yīng)用于始發(fā)裝藥的高能鈍感炸藥[4]。

在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，炸藥晶體顆粒的粒度對(duì)LLM-105塑料粘接炸藥的感度影響顯著。國(guó)內(nèi)外關(guān)于LLM-105單質(zhì)炸藥的研究中，有關(guān)粒度對(duì)機(jī)械感度影響的報(bào)道相對(duì)較少，尤其對(duì)于使用不同細(xì)化方式得到的LLM-105顆粒過程中顆粒粒徑以及顆粒形貌對(duì)機(jī)械感度的影響還未見報(bào)道。

本研究測(cè)量了使用溶液結(jié)晶及機(jī)械球磨兩種方式得到的具有不同平均粒徑的LLM-105顆粒，使用掃描電鏡觀察了不同顆粒度的LLM-105形貌及粒徑分布，并測(cè)量了上述兩種方式得到的LLM-105顆粒經(jīng)壓制得到的單質(zhì)炸藥的機(jī)械感度數(shù)據(jù)?？疾炝松鲜鲆蛩貙?duì)機(jī)械感度的影響規(guī)律。

2 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

感度試驗(yàn)使用BAM感度儀，該設(shè)備由機(jī)片、電動(dòng)機(jī)、托架及砝碼等組成。LLM-105顆粒粒徑使用激光粒度測(cè)定儀測(cè)定，取中值粒徑d50近似作為平均粒徑。顆粒形貌使用掃描電子顯微鏡進(jìn)行測(cè)量。

2.2 試驗(yàn)方法

撞擊感度使用GJB 772A-1997規(guī)定，使用撞擊能量進(jìn)行表征。摩擦感度使用GJB 3347-98規(guī)定，使用摩擦能量進(jìn)行表征。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 LLM-105顆粒度與顆粒形貌的關(guān)系

圖1為L(zhǎng)LM-105在機(jī)械球磨前后的形貌圖。從圖1中可以看出，對(duì)于溶液中結(jié)晶得到的LLM-105顆粒而言(圖1(a)-圖1(c))，由于晶體顆粒是在接近于靜態(tài)的操作環(huán)境下獲得，因此顆粒較好地保持了具有豐富棱角形貌的晶體結(jié)構(gòu)。而對(duì)于經(jīng)過機(jī)械球磨的樣品(圖1(d)-圖1(f))，由于操作中機(jī)械摩擦產(chǎn)生的自由碰撞作用，顆粒中的棱角大部分被磨平，變得平滑。

(d) (e) (f)(a)溶液結(jié)晶方法得到的LLM-105顆粒，d50=70 μm；(b)溶液結(jié)晶方法得到的LLM-105顆粒，d50=30 μm；(c)溶液結(jié)晶方法得到的LLM-105顆粒，d50=10 μm；(d)機(jī)械球磨法得到的LLM-105顆粒，d50=60 μm；(e)機(jī)械球磨法得到的LLM-105顆粒，d50=8 μm；(f)機(jī)械球磨法得到的LLM-105顆粒，d50=4 μm)圖1 LLM-105在機(jī)械球磨前后的形貌圖

顆粒形貌可以從顆粒分散性和顆粒的團(tuán)聚狀態(tài)來分析表征。對(duì)于分散性良好的顆粒，當(dāng)其受到載荷作用時(shí)，內(nèi)部受力很快均勻分散到整個(gè)含能體系中，局部有效熱點(diǎn)不易形成。而對(duì)于有團(tuán)聚的顆粒而言，外界載荷作用會(huì)隨著團(tuán)聚體的破碎而被大量耗散，使得其內(nèi)部不易形成熱點(diǎn)[5]。

顆粒形貌和孔隙等結(jié)構(gòu)特征對(duì)機(jī)械感度的影響也很大。外觀形貌越規(guī)則，棱角越少，球形化程度越高，熱點(diǎn)的形成就越困難，相應(yīng)的機(jī)械感度降低的幅度也會(huì)越大。

3.2 LLM-105顆粒度對(duì)機(jī)械感度的影響

表1給出了實(shí)驗(yàn)測(cè)定的不同顆粒細(xì)化方法得到的LLM-105顆粒的機(jī)械感度。從表1中可以看出，對(duì)于溶液結(jié)晶方式獲得的顆粒，其機(jī)械感度普遍要高于通過機(jī)械球磨得到的具有相似粒徑的顆粒。而對(duì)于相同的細(xì)化方法得到的顆粒而言，其平均粒徑越小，機(jī)械感度值也有下降的趨勢(shì)[6]。

表1 不同顆粒細(xì)化方法得到的 LLM-105顆粒的機(jī)械感度值

大量研究數(shù)據(jù)表明，隨著含能材料顆粒度的減小，其爆炸概率減小，機(jī)械感度降低。根據(jù)普遍采用的熱點(diǎn)起爆理論分析，含能體系爆炸取決于以下三個(gè)條件：熱點(diǎn)尺寸、熱點(diǎn)溫度和熱點(diǎn)數(shù)目。一般來說，含能顆粒粒度越大，其微缺陷也越大，同時(shí)微缺陷的數(shù)目也越多。其在撞擊作用下形成的熱點(diǎn)半徑也越大，能夠發(fā)展為爆炸的有效熱點(diǎn)數(shù)量也越多。與此同時(shí)，隨著顆粒粒徑的降低，堆積時(shí)產(chǎn)生的空隙半徑降低，而要使得這些較小尺寸的熱點(diǎn)成為爆炸熱點(diǎn)，需要更高的臨界起爆溫度。綜合以上分析，含能材料顆粒的機(jī)械感度將在一定范圍內(nèi)隨著顆粒粒徑的減小而降低。

4 結(jié)論

(1) LLM-105顆粒的平均粒徑和顆粒表面形貌對(duì)機(jī)械感度值有顯著的影響；

(2)在實(shí)驗(yàn)討論的顆粒范圍內(nèi)，對(duì)于相同的顆粒細(xì)化方式，機(jī)械感度值隨著平均粒徑的降低呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)；

(3)對(duì)比溶液結(jié)晶和機(jī)械球磨兩種LLM-105的細(xì)化方式，通過機(jī)械球磨能夠獲得平滑的顆粒表面，有效減少顆粒表面的棱角，相對(duì)于溶液結(jié)晶方式降感效果更為明顯。

[1] 王友兵,葛忠學(xué),等. 細(xì)顆粒LLM-105的制備及其熱性能[J].含能材料,2011,19(6): 523-526.

[2] 田龍,吳曉青,等.粒度對(duì)炸藥感度影響的研究進(jìn)展[J].四川化工,2013,16(1) :28-30.

[3]Ulrich Teipei. Energetic Materials: Particle Processing and Characterization[M]. Wiley-VCH Verlag GmbH, 2005.

[4] 羅運(yùn)軍,李生華,等.新型含能材料[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社,2010.

[5] 李海波, 程碧波,等. LLM-105重結(jié)晶與性能研究[J].含能材料,2008,16(6) :686-688.

[6] 黃明,李洪珍,等. 高品質(zhì)RDX的晶體特性及沖擊波起爆特性[J].含能材料,2011,9(6): 621-626.

Particle Diameter and Morphology of LLM-105 Explosive:Their Influences on Mechanical Sensitiveness

SunYinshuang,HuangXin,HuangZhong

(InstituteofChemicalMaterials,ChinaAcademyofEngineeringPhysics,Mianyang621900,Sichuan,China)

Different LLM-105 particle diameters were measured and their influences on sensitivities were compared in both friction and compact experiment. The particles of LLM-105 were derived from ball milling method, and their diameter were among 4-70μm. The results shown that with the increase of LLM-105 particle diameters, the friction sensitivity of LLM-105 decreased, and the same trend was found in the compact sensitivity. The phenomenon was attributed mainly to the smooth surface and shape from ball milling method than angular anisotropic particles from crystallization process.

particle diameter; morphology; mechanical sensitivity; LLM-105