HMX及PBX顆粒度對撞擊摩擦感度的影響試驗

于劭鈞，趙學(xué)峰，文玉史，代曉淦，向 永

(中國工程物理研究院 化工材料研究所, 四川 綿陽 621900)

【化學(xué)工程與材料科學(xué)】

HMX及PBX顆粒度對撞擊摩擦感度的影響試驗

于劭鈞，趙學(xué)峰，文玉史，代曉淦，向 永

(中國工程物理研究院 化工材料研究所, 四川 綿陽 621900)

對HMX、PBX-1及PBX-2三種炸藥進行了不同顆粒粒度下的撞擊感度試驗和摩擦感度試驗，結(jié)果顯示HMX的機械感度隨著HMX顆粒度的增加而增加總的趨勢；PBX炸藥隨著顆粒度的提高，摩擦感度略有提高，而撞擊感度未發(fā)現(xiàn)明顯變化。由于粒度不同造成裝藥密度不同是造成HMX的機械感度顆粒度波動的原因。實驗結(jié)果可指導(dǎo)確定炸藥配方研制中HMX粒度，為制定相應(yīng)的具體實驗工藝提供技術(shù)支撐。

撞擊感度；摩擦感度；顆粒粒度

在機械感度實驗中，樣品形態(tài)、形貌、顆粒的粒度等物理性能參數(shù)對炸藥機械感度實驗結(jié)果有顯著影響[1-8]。國內(nèi)外關(guān)于炸藥機械感度試驗行業(yè)標準方法[9-11]對實驗樣品這些物理性能參數(shù)并沒有明確規(guī)定，僅對粒度范圍有一些大致要求。比如對均質(zhì)炸藥和單質(zhì)炸藥的粒度要求為0.2～0.45 mm由于測試送樣的粒度差異很大，對樣品機械感度試驗結(jié)果影響較大，甚至不合格。由此，同一配方不同批次產(chǎn)品或同一批次不同取樣部位產(chǎn)品的感度實驗數(shù)據(jù)會有很大差別。

為了能夠更加科學(xué)有效判定炸藥機械感度，擬通過一系列不同顆粒度樣品的炸藥機械感度實驗，獲得HMX單質(zhì)炸藥顆粒粒度對炸藥機械感度結(jié)果的影響規(guī)律；獲得PBX-1、PBX-2混合炸藥不同粒度對炸藥機械感度結(jié)果的影響規(guī)律；根據(jù)炸藥顆粒粒度對炸藥機械感度結(jié)果的影響規(guī)律，對機械感度試驗的取樣送樣規(guī)范提出建議，更好地服務(wù)于炸藥配方研制和炸藥生產(chǎn)。

1 試驗方法

撞擊感度試驗在1.8 m落錘儀(秦川機床廠，型號WL-1)上進行，錘重10 000±10 g。用擊柱、擊套、底座組成一套撞擊裝置，以25發(fā)為一組，并用標準炸藥標定合格。

用精度等級為0.1 mg的電子分析天平(品牌METTLER-TOLEDO，型號AL104)稱取定量樣品，倒入撞擊裝置中，輕輕轉(zhuǎn)動撞擊裝置使樣品均勻平鋪在下?lián)糁墓ぷ鞅砻?，裝入上擊柱，如圖1(a)所示。將一組組裝好藥的撞擊裝置依次放入落錘儀上，在規(guī)定高度下落進行錘擊試驗。錘擊時凡出現(xiàn)試樣變色、有氣味、冒煙、有爆炸響聲或擊柱表面有燒蝕痕跡等現(xiàn)象之一者都判為爆，否則判為不爆。記錄試驗結(jié)果，并計算樣品的爆炸概率。

摩擦試驗是在擺角為90°的摩擦儀(秦川機床廠，型號WM-1)上進行，擺錘重1 500±10 g。由滑柱、導(dǎo)向套組成一套摩擦裝置，如圖1(b)所示，以25發(fā)為一組，并用標準炸藥標定合格。

圖1 機械感度試驗方法示意圖

用精度等級為0.1 mg的電子天平稱取定量樣品，倒入摩擦裝置中，輕輕轉(zhuǎn)動摩擦裝置使樣品均勻地平鋪在下滑柱的工作表面上，裝入上滑柱。將一組組裝好藥的摩擦裝置依次放入摩擦儀上，在規(guī)定壓力下進行摩擦試驗，試驗中凡出現(xiàn)試樣變色、有氣味、冒煙、有爆炸響聲或擊柱表面有燒蝕痕跡等現(xiàn)象之一者都判為爆，否則判為不爆。記錄試驗結(jié)果，并計算樣品的爆炸概率。

2 結(jié)果與討論

2.1 HMX單質(zhì)炸藥機械感度試驗

對于單質(zhì)HMX炸藥，采用原材料進行重結(jié)晶，盡量制取缺陷少、符合需求粒度及形狀的顆粒。表1為不同粒度HMX機械感度數(shù)據(jù)。粒度采用歐美克激光粒度分析儀進行測試(型號LS-609)。試驗結(jié)果為爆炸的照片見圖2。

表1 不同粒度HMX炸藥機械感度爆炸概率

圖2 HMX撞擊、摩擦感度試驗爆炸后結(jié)果照片

依據(jù)表1繪制了不同粒度HMX對應(yīng)的機械感度圖，如圖3所示，從圖中可以看出，HMX粒度在3.12 μm和35 μm時，撞擊感度沒有明顯變化；而從35 μm提高到142.7 μm時，爆炸概率顯著變高，從4%變?yōu)?8%；而從142.7 μm增加到169.9 μm和227 μm時，撞擊感度有所降低，當(dāng)粒度變?yōu)?41.7 μm和595.4 μm時，撞擊感度爆炸概率分別增加到80%和100%?？傮w上看，撞擊感度爆炸概率隨著HMX粒度變大而提高。

對于不同粒度的HMX摩擦感度，HMX粒度在3.12 μm、 35 μm和142.7 μm時，摩擦感度沒有顯著變化，而從169.9 μm到595.4 μm，隨著HMX粒度的增加，其摩擦感度也隨之顯著增加?？傮w上看，摩擦感度爆炸概率隨著HMX粒度增大而提高。

圖3 不同粒度HMX對應(yīng)的機械感度

表2測試的不同粒度HMX炸藥晶體密度。晶體密度采用晶體固體密度天平進行測試(品牌為美華儀，型號為MHY-03565)。

表2 不同粒度HMX炸藥晶體密度

綜合以上試驗數(shù)據(jù)可以看出單質(zhì)炸藥HMX樣品選用的是高品質(zhì)重結(jié)晶產(chǎn)物，由表2可見不同粒度HMX的晶體密度基本一致，通過相關(guān)文獻資料證明高品質(zhì)HMX晶體內(nèi)部缺陷少，晶體形狀一致性也較高，可見炸藥晶體密度、形狀、晶體內(nèi)部缺陷對炸藥感度的影響較小，粒度對HMX單質(zhì)炸藥的機械感度爆炸概率的影響非常明顯。由于粒度不同的炸藥樣品裝入相同的試驗裝置中會形成不同的裝藥密度，這是最終造成HMX的機械感度隨著HMX顆粒度的增加而波動增加的原因。

2.2 PBX-2炸藥機械感度試驗

表3為不同粒度PBX-2機械感度數(shù)據(jù)。試驗結(jié)果照片見圖4。

表3 不同粒度PBX-2炸藥機械感度爆炸概率數(shù)據(jù)

圖4 PBX-2感度試驗爆炸后結(jié)果照片

依據(jù)表3中顆粒度范圍的平均值繪制了不同粒度PBX-2對應(yīng)的機械感度趨勢圖，如圖5。從表3可以看出，PBX-2粒度在0.4～0.6 mm和0.6～0.8 mm時，撞擊感度略有增加；而粒度在0.8～0.9 mm時，發(fā)生顯著變化，撞擊感度大幅度降低，從52%變?yōu)?8%；粒度為0.9～1.0 mm時，撞擊感度沒有變化，仍為28%；粒度從0.9～1.0 mm增加到1.15～1.5 mm時，撞擊感度降低到4%，而當(dāng)粒度變?yōu)?.5～2.5 mm時，撞擊感度由4%增加到20%。

對于不同粒度的PBX-2摩擦感度，PBX-2粒度在0.4～0.6 mm 和1.5～2.5 mm變化時，摩擦感度略有提高，沒有顯著變化，而撞擊感度隨著PBX-2顆粒度的變化無規(guī)律，總體趨勢減少。

當(dāng)PBX-2顆粒度在0.8～1.0 mm之間時可以得到最優(yōu)的機械感度數(shù)據(jù)，這樣在生產(chǎn)造粒中顆粒度為0.8～1.0 mm對降低PBX-2機械感度有很大的幫助。

圖5 不同粒度PBX-2對應(yīng)的機械感度

2.3 PBX-1炸藥機械感度試驗

表4為不同粒度PBX-1機械感度數(shù)據(jù)。

表4 不同粒度PBX-1炸藥機械感度爆炸概率數(shù)據(jù)

依據(jù)表4繪制了不同粒度PBX-1炸藥對應(yīng)的機械感度圖，如圖6所示，從表4中可以看出，PBX-1粒度在0.4～0.6 mm、1.5～2.0 mm時，撞擊感度在20%～52%，沒有規(guī)律。對于不同粒度的PBX-1摩擦感度，其粒度在0.4～0.6 mm到0.6～0.8 mm時，摩擦感度隨粒度增加而降低，粒度從1.15～1.5 mm到1.5～2.0 mm時，摩擦感度隨粒度增加而增大。當(dāng)PBX-1顆粒度在0.6～0.9 mm時可以得到最優(yōu)的機械感度數(shù)據(jù)，在生產(chǎn)造粒中顆粒度0.6～0.9 mm對降低PBX-1機械感度可能有很大的幫助。

圖6 不同粒度PBX-1對應(yīng)的機械感度

3 結(jié)論

本文得到如下結(jié)論：

1) 在粒度3.12 μm到595.4 μm變化時，HMX的機械感度隨著HMX顆粒度的增加而總體呈增加趨勢；

2) PBX-2粒度在0.4～0.6 mm到0.6～0.8 mm變化時和從1.15～1.5 mm到1.5～2.0 mm變化時，隨著顆粒度的增加，摩擦感度變化不大，略有提高，而撞擊感度總體呈減少趨勢；

3) PBX-1粒度在0.4～0.6 mm到1.5～2.0 mm之間時，隨著顆粒度的增加，撞擊感度在20%～52%之間變化，沒有明顯的規(guī)律。對于不同粒度的PBX-1摩擦感度，其粒度在0.6～0.8 mm、1.5～2.0 mm之間時，摩擦感度隨粒度增加呈總體增加趨勢。

4) 本文的試驗結(jié)果可以為炸藥配方研制中確定HMX粒度以及在定型炸藥PBX-1、PBX-2生產(chǎn)中控制炸藥粒度范圍提供技術(shù)支撐。

[1] 董海山，周芬芬.高能炸藥及相關(guān)物性能[M].北京：科學(xué)出版社，1989.

[2] 耿孝恒，王晶禹，張景林.不同粒度HMX的重結(jié)晶制備和機械感度研究[J].山西化工，2009，29(3):22-24.

[3] 田龍，吳曉青，鄭主宜，等.粒度對炸藥感度影響的研究進展[J].四川化工，2013,16(1):28-30.

[4] 陳天石，張玉若，張英浩.HMX粒度對其機械感度的影響研究[J].四川兵工學(xué)報,2006,27(5):27-28.

[5] WALLEY S M,FIELD J E， GREENAWAY M W.Crystal sensitivities of energetic materials[J].Materials Science and Technology,2006,22(4):402-413.

[6] RIDEAL E K,ROBERTSON A J B.The sensitiveness of solid high explosives to impact[J].Proc R Soc A,1948,195:135-150.

[7] GREENAWAY M W,GIFFORD M J,PROUD W G,et al An Investigation into the Initiation of Hexanitrostilbene by Laser-Driven Flyer Plates[C]//Shock compression of condensed matter-2001.Melville,NY,American Institute of Physics,2002:1035-1038,.

[8] CHAKRAVARTY A,PROUD W G,FIELD J E.Shock compression of condensed matter-2003[C].Melville,NY,American Institute of Physics,2004:935-938.

[9] 中華人民共和國國家軍用標準，炸藥試驗方法[S].北京：國防科工委軍標出版社，GJB772A—1997.

[10] LEIBER C O.Assessment of Safety and Risk with a Microscopic Model of Detonation[M].Elsevier,Amsterdam,2003:163-175.

[11] Brisant High Explosives,Methods for Determination of the Sensitivity to Impact[S].OST4545—88,1988.

InfluenceofParticleGranularitiesofHMXandPBXonImpactandFrictionSensitivities

YU Shaojun, ZHAO Xu-feng, WEN Yushi, DAI Xiaogan, XIANG Yong

(Institute of Chemical Materials, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China)

In order to study the influence of particle granularities of HMX and PBX on impact and friction sensitivities, impact sensitivity and friction sensitivity trials of three explosives including HMX crystal particles, PBX-1 and PBX-2 were carried out under different grain size. Results show that the sensitivities of HMX crystals increase with the increase of the granularity. For PBX explosive particles, with the improvement of grain size, friction sensitivity increased slightly, and there is no trend of the impact sensitivity can be found. Due to that different particle size of powder samples in the same experiment device can form different charge density; this may be the reason that causes mechanical sensitivity of HMX increased with the increase of HMX particle degree.

impact sensitivity; friction sensitivity; particle granularity

2017-05-10；

2017-06-20

中國工程物理研究院科學(xué)技術(shù)發(fā)展基金項目(2015B0101011)

于劭鈞(1972—)，男，主要從事炸藥感度測試研究。

文玉史(1983—)，男(壯族)，工學(xué)博士，副研究員，主要從事結(jié)構(gòu)分析及含能材料安全性研究。

10.11809/scbgxb2017.10.030

本文引用格式：于劭鈞，趙學(xué)峰，文玉史，等.HMX及PBX顆粒度對撞擊摩擦感度的影響試驗[J].兵器裝備工程學(xué)報，2017(10):147-150.

formatYU Shaojun, ZHAO Xu-feng, WEN Yushi, et al.Influence of Particle Granularities of HMX and PBX on Impact and Friction Sensitivities[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(10):147-150.

TJ55

A

2096-2304(2017)10-0147-04

(責(zé)任編輯楊繼森)