非理想炸藥的機(jī)械感度研究

熊盟盟

(四川省宜賓威力化工有限責(zé)任公司，四川 宜賓 644600)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，高科技的發(fā)展給炸藥科學(xué)帶來(lái)了較大的變化，從國(guó)內(nèi)外的有關(guān)文獻(xiàn)和專業(yè)學(xué)術(shù)會(huì)議的主題看炸藥研究和應(yīng)用技術(shù)，基本上是圍繞著如何協(xié)調(diào)炸藥的能量及其釋放速度與安全性(感度/ 易損性) 這個(gè)主題展開的，并且強(qiáng)調(diào)在新的含能材料開發(fā)中，要把鈍感放在最先的位置，而不是追求最高的密度和能量[1]。

炸藥在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過(guò)程中，不可避免要發(fā)生機(jī)械撞擊、摩擦、擠壓等作用，機(jī)械感度的高低是決定炸藥能否安全使用的關(guān)鍵因素之一[2]。研究炸藥感度的影響因素，討論降低其機(jī)械感度的可能性，使其在使用過(guò)程中盡可能的安全可靠，這是本課題的研究目的之一。

1 試驗(yàn)

機(jī)械感度是評(píng)價(jià)炸藥安全性的一個(gè)重要指標(biāo)，機(jī)械感度包括撞擊感度、摩擦感度等，其影響因素較復(fù)雜。本課題主要以RDX 為主體的PBX 類含鋁炸藥為主要研究對(duì)象，分別測(cè)試其不同顆粒尺寸、不同形狀、不同狀態(tài)等條件下的撞擊感度和摩擦感度，通過(guò)爆炸百分?jǐn)?shù)來(lái)判定炸藥對(duì)機(jī)械作用的敏感程度，并以此實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)影響非理想炸藥的機(jī)械感度的因素進(jìn)行討論與研究。

1.1 撞擊感度試驗(yàn)

最常見的測(cè)定炸藥撞擊感度的儀器是立式落錘儀。炸藥放在兩個(gè)擊柱的中間，實(shí)驗(yàn)時(shí)拉動(dòng)鋼繩使鋼爪松開，錘就自由下落，撞擊在擊柱上，由火花、煙霧或聲響判斷炸藥是否發(fā)生爆炸[3]。撞擊感度的表示方法有很多種。有爆炸百分?jǐn)?shù)法、上下限法、50%爆炸的特性落高法以及沖擊能方法等。目前國(guó)內(nèi)對(duì)猛炸藥廣泛使用的是爆炸百分?jǐn)?shù)表示法，對(duì)起爆藥廣泛使用的是上下限法。

爆炸百分?jǐn)?shù)操作條件：在標(biāo)準(zhǔn)條件下(錘重10 kg，落高25 cm)，一些炸藥的爆炸百分?jǐn)?shù)列于表1[4]。

表1 高猛炸藥的機(jī)械撞擊感度

1.1.1 試驗(yàn)方法及原理

本課題所采用的試驗(yàn)方法為GJB-772A-97 方法601.1，撞擊感度爆炸概率法。本方法適用于固體及漿狀炸藥，火藥撞擊感度的測(cè)定[5]。

1.1.2 試驗(yàn)條件

根據(jù)試樣類型及感度高低選擇試樣“落錘質(zhì)量—落高—藥量”測(cè)定條件為10.000±0.010 kg 落錘，250±1 mm 落高，50±1 mg 藥量。

1.1.3 試樣準(zhǔn)備

本課題所做實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)同一配方炸藥的不同狀態(tài)，不同顆粒尺寸，不同形狀下的機(jī)械感度進(jìn)行研究，總共包括固化前的漿狀、固化后的粉末狀、固化后的顆粒狀、固化后的小藥片狀四種試樣。

固化前漿狀試樣，用電子分析天平稱取一組50 mg±1 mg 的試樣，放于事先準(zhǔn)備好的直徑為8 mm 的圓紙墊上。從取樣開始至測(cè)試完畢不超過(guò)1 h。

固化后的粉末狀試樣，將固化后的藥柱粉碎至粉末狀，先過(guò)40 目的篩，取其篩下物，將該篩下物再過(guò)60 目的篩，取其篩上物，得到0.200～0.450 mm 的粉末狀試樣，用電子分析天平稱取一組50±1 mg 的試樣。

固化后的顆粒狀試樣，將固化后的藥柱粉碎為大顆粒狀，用電子分析天平稱取一組50±1 mg 的試樣。

固化后的小藥片狀，將固化后的藥柱先去掉邊皮，沿澆注方向取樣，用切片機(jī)切成厚度為0.6～0.7 mm的藥片，再?zèng)_成直徑8 mm 的圓片(藥量約50 mg)。

另外，固化后的試樣在稱取完成后還需在40～50 ℃烘干4 h，或在50～60 ℃烘干2 h；烘藥期間適當(dāng)翻動(dòng)試樣。試樣烘干后應(yīng)放在干燥器內(nèi)在室溫下冷卻1～2 h 后方可使用。

1.1.4 試驗(yàn)步驟

(1)對(duì)擊柱、擊柱套和底座進(jìn)行預(yù)處理，選取合格的部件組成撞擊裝置，并用標(biāo)準(zhǔn)炸藥標(biāo)定合格。以25 發(fā)為一組進(jìn)行試驗(yàn)。

(2)將稱取好的試樣小心地放入裝有下?lián)糁膿糁變?nèi)，盡量使試樣均勻的分布在下?lián)糁嫔稀Ｋ幤枰旁谙聯(lián)糁闹醒氩课?，藥漿盡可能均勻的裝在擊柱套內(nèi)的下?lián)糁嫔?。放入上擊柱，讓上擊柱輕輕與試樣接觸，但不能夠人為進(jìn)行加壓。

(3)將裝好試樣的撞擊裝置放入鋼砧上的定位套內(nèi)，使底座與鋼砧緊密接觸，確認(rèn)安放妥當(dāng)后，從規(guī)定高度放下落錘，讓落錘自由落下，與撞擊裝置發(fā)生碰撞并仔細(xì)觀察，記錄試樣變化情況，是否發(fā)生爆炸，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)記錄，并將25 發(fā)試樣逐一重復(fù)以上操作。

1.1.5 撞擊試驗(yàn)結(jié)果

以上四種試樣經(jīng)試驗(yàn)后，結(jié)果處理如表2 所示。

表2 撞擊感度試驗(yàn)結(jié)果

1.2 摩擦感度試驗(yàn)

炸藥在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到承受摩擦作用的情況，在多大摩擦作用下會(huì)發(fā)生爆炸危險(xiǎn)，需要有一個(gè)數(shù)量的概念。有些火工品(如手榴彈的拉火管)就是靠摩擦發(fā)火的，這就需要知道這類炸藥摩擦發(fā)火的可靠性[6]。

我國(guó)普遍采用擺式摩擦儀來(lái)測(cè)定炸藥摩擦感度。通過(guò)觀察試樣的爆炸的百分?jǐn)?shù)來(lái)判定摩擦感度的高低。爆炸百分?jǐn)?shù)愈高，摩擦感度愈高。

表3列出了幾種常用炸藥的摩擦感度數(shù)據(jù)[4]。

表3 常用炸藥的摩擦感度

1.2.1 試驗(yàn)方法及原理

本課題所采用的試驗(yàn)方法為GJB-772A—97 方法602.1，摩擦感度爆炸概率法。本方法適用于固體及漿狀火藥、炸藥摩擦感度的測(cè)定[5]。

1.2.2 試驗(yàn)條件

根據(jù)試樣類型及感度高低選擇試樣 “擺角—表壓—藥量”測(cè)定條件為90±1°擺角，3.92±0.07 MPa表壓，20±1 mg 藥量。

1.2.3 試樣準(zhǔn)備

本課題所做實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)同一配方炸藥的不同狀態(tài)，不同顆粒尺寸，不同形狀下的機(jī)械感度進(jìn)行研究，總共包括固化前的漿狀，固化后的粉末狀，固化后的顆粒狀，固化后的小藥片狀四種試樣。

固化前漿狀試樣，用電子分析天平稱取一組20±1 mg 的試樣，放于事先準(zhǔn)備好的直徑為8 mm 的圓紙墊上。從取樣開始至測(cè)試完畢不超過(guò)1.5 h。

固化后的粉末狀試樣，將固化后的藥柱粉碎至粉末狀，先過(guò)40 目的篩，取其篩下物，將該篩下物再過(guò)60 目的篩，取其篩上物，得到0.200～0.450 mm 的粉末狀試樣，用電子分析天平稱取一組20±1 mg 的試樣。

固化后的顆粒狀試樣，將固化后的藥柱粉碎為大顆粒狀，用電子分析天平稱取一組20±1 mg 的試樣。

固化后的小藥片狀，將固化后的藥柱先去掉邊皮，沿澆注方向取樣，用切片機(jī)切成厚度為0.55±0.05 mm 的藥片，再?zèng)_成直徑6 mm 的圓片(藥量約20 mg)。

另外，固化后的試樣在稱取完成后還需在40～50 ℃烘干4 h，或在50～60 ℃烘干2 h；烘藥期間適當(dāng)翻動(dòng)試樣。試樣烘干后應(yīng)放在干燥器內(nèi)在室溫下冷卻1～2 h 后方可使用。

1.2.4 試驗(yàn)步驟

(1)對(duì)滑柱、滑柱套進(jìn)行預(yù)處理，選取合格的部件組成摩擦裝置，并用標(biāo)準(zhǔn)炸藥標(biāo)定合格。以25 發(fā)為一組進(jìn)行試驗(yàn)。

(2)將稱取好的試樣小心地放入裝有下滑柱的滑柱套內(nèi)，盡量使試樣均勻的分布在整個(gè)滑柱面上，并輕輕地將上滑柱放進(jìn)去。當(dāng)試樣是藥片或藥漿時(shí)，可將藥片或稱量好的藥漿小心地放在擊柱套內(nèi)的下滑柱上，藥漿裝好后需將紙片取出。

(3)將一套裝好試樣的摩擦裝置小心地放入摩擦儀爆炸室內(nèi)的待測(cè)位置后，根據(jù)GJB-772A—97 方法602.1 的操作方法調(diào)節(jié)加壓裝置，加壓至試驗(yàn)條件規(guī)定的壓力，按照規(guī)定擺角釋放擺錘撞擊擊桿，使上滑柱滑移一定距離。注意仔細(xì)觀察試樣受摩擦作用時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象。記錄試樣變化情況，是否發(fā)生爆炸，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)記錄，并將25 發(fā)試樣逐一重復(fù)以上操作。

1.2.5 摩擦試驗(yàn)結(jié)果

以上四種試樣經(jīng)試驗(yàn)后，結(jié)果處理如表4 所示。

表4 摩擦感度試驗(yàn)結(jié)果

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)以上同一配方，不同狀態(tài)、不同形狀的四種試樣分別進(jìn)行撞擊感度試驗(yàn)和摩擦感度試驗(yàn)后，由表2 和表4 的試驗(yàn)結(jié)果看出，固化前的漿狀試樣的撞擊感度和摩擦感度都比較低，固化后的三種試樣相比較而言，藥片狀試樣的撞擊感度和摩擦感度最低，粉末狀試樣的撞擊感度和摩擦感度最高，四種試樣的兩種感度變化趨勢(shì)大體一致，因其配方一樣，故感度發(fā)生變化的原因只可能是試樣的狀態(tài)和形狀的改變，現(xiàn)對(duì)其分析如下：

本課題試驗(yàn)試樣是經(jīng)過(guò)高聚物粘結(jié)劑包覆降感后的炸藥，這種炸藥的包覆層能夠改善其與周圍組分間的絕緣性，增加與周圍組分間的結(jié)合力，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性，改變與周圍其他組分接觸的表面積，對(duì)機(jī)械感度有很大的影響[7]。當(dāng)炸藥配方相同時(shí)，炸藥顆粒表面的包覆情況不同，炸藥的機(jī)械感度差別很大。

對(duì)應(yīng)于以上四種試樣，固化前的漿狀試樣包覆效果較好，包覆比較均勻，且漿狀試樣的流散性好，試驗(yàn)時(shí)，試樣在擊柱和滑柱之間可以很均勻的平鋪開，使得炸藥各點(diǎn)的受力情況一致，所以其撞擊感度和摩擦感度都比較低。而對(duì)比固化后的三種不同形狀的試樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，試樣形狀越小，顆粒越細(xì)，撞擊感度和摩擦感度越高。聯(lián)系試樣準(zhǔn)備時(shí)的情況(在將藥柱粉碎的過(guò)程中有白色粉末出現(xiàn)，切片時(shí)也偶爾可見，這種白色粉末應(yīng)該是RDX 顆粒)，之所以出現(xiàn)這種結(jié)果應(yīng)該是因?yàn)樵诜鬯樗幹鶗r(shí)，對(duì)炸藥外面的高聚物粘結(jié)劑包覆層有所破壞，導(dǎo)致試樣中的炸藥顆粒包覆不均勻，炸藥晶粒表面有裸露的地方，在受到機(jī)械作用時(shí)，特別是撞擊作用下，首先受到?jīng)_擊作用的是撞擊感度敏感的RDX，并且試樣的形狀越小，粉碎的顆粒越細(xì)，其破壞情況越嚴(yán)重。于是本課題試驗(yàn)試樣的機(jī)械感度出現(xiàn)粉末狀試樣＞顆粒狀試樣＞片狀試樣＞漿狀試樣的情況。

另外，試驗(yàn)中爆炸的試樣其聲音都很大，且基本都有火花產(chǎn)生，撞擊感度試驗(yàn)中更有擊柱套被炸裂，這說(shuō)明試驗(yàn)用炸藥的能量較高。

因此，本次試驗(yàn)的試樣作為非理想炸藥的一種代表，其機(jī)械感度試驗(yàn)結(jié)果很好地證明了非理想炸藥的高能低感。

2.2 實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題討論

炸藥的摩擦感度試驗(yàn)，主要是研究試樣與金屬之間的摩擦。因此，要求試樣為一薄層，而用20 mg 試樣壓制的藥片往往鋪不滿滑柱工作表面。試驗(yàn)中由于一部分滑柱工作面上沒有炸藥，在相同的擠壓應(yīng)力下，必然使有炸藥部分的滑柱工作面上所承受的壓力增加，易引起試驗(yàn)結(jié)果偏高。所以可以考慮，在用藥片狀試樣做摩擦感度試驗(yàn)時(shí)，適當(dāng)?shù)卦黾釉嚇铀幜俊?/p>

試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)在一次試驗(yàn)后，特別是試樣爆炸后，其擊柱或者滑柱與試樣接觸的工作面會(huì)留下破壞痕跡，如果試驗(yàn)時(shí)使用到這種工作面上有破壞痕跡的擊柱或滑柱，容易引起實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏高。因?yàn)檫@種破壞痕跡的存在使得擊柱或滑柱的工作面凹凸不平，導(dǎo)致炸藥各點(diǎn)受力不均，在試驗(yàn)中引入額外的摩擦力，增加了熱點(diǎn)形成的概率。所以在進(jìn)行撞擊感度和摩擦感度試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該特別注意擊柱和滑柱的選用，避免使用工作面有傷痕的擊柱和滑柱。

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 高聚物粘結(jié)劑在炸藥顆粒的表面包覆越均勻，炸藥的降感效果越好。

(2)非理想炸藥在使用時(shí)應(yīng)盡量避免破壞其包覆層，包覆層的破壞將直接導(dǎo)致炸藥的感度升高。

(3)非理想炸藥的機(jī)械感度較低，能量較高，具有高的能量利用率和使用安全性。