JHX-1不敏感傳爆藥的起爆與傳爆特性研究

［摘 要］ 聚黑烯-1（JHX-1）是一種新型的不敏感傳爆藥。采用水懸浮工藝制備了JHX-1，通過(guò)模壓成型工藝制備了不同尺寸的炸藥藥柱，利用電測(cè)法測(cè)試了JHX-1的爆速、臨界爆轟直徑以及爆轟增長(zhǎng)距離。結(jié)果表明：JHX-1具有較低的機(jī)械感度，摩擦感度最高為8%，撞擊感度最高為4%；97%理論最大密度時(shí)的爆速為（8 432±25）m/s；臨界爆轟直徑小于5 mm，在臨界起爆壓力下，爆轟增長(zhǎng)距離不大于18 mm。JHX-1在保持不敏感性的同時(shí)，具備了良好的起、傳爆穩(wěn)定性。

［關(guān)鍵詞］ 不敏感傳爆藥；JHX-1；臨界爆轟直徑；爆速

［分類(lèi)號(hào)］ TJ55

Detonation and Propagation Characteristics of an Insensitive Booster Explosive JHX-1

WANG Bo①②， HUANG Yafeng①， TIAN Xuan①， YANG Xiong①， YANG Hui①， WANG Yongshun①， ZHAO Dongkui①

① Xian Modern Chemistry Research Institute （Shaanxi Xian， 710065）

② Science and Technology on Applied Physical Chemistry Laboratory， Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute （Shaanxi Xian， 710061）

［ＡＢＳＴＲＡＣＴ］ An insensitive booster explosive JHX-1 was prepared by water slurry technology. Explosive column with different sizes were made using compression moulding forming method. Detonation velocity， critical detonation diameter and detonation propagation distance of JHX-1 were tested by electrical measuring method. Results show that JHX-1 has a relatively low mechanical sensitivity. The highest friction sensitivity is 8%， and the highest impact sensitivity is 4%. Detonation velocity at 97% theoretical maximum density is （8 432 ± 25） m/s.

The critical detonation diameter is less than 5 mm. And under the critical detonation pressure， detonation propagation distance is not greater than 18 mm. JHX-1 explosive has good initiation and propagation stability while maintaining insensitivity.

［KEYWORDS］" insensitive booster explosive; JHX-1; critical detonation diameter; detonation velocity

0 引言

國(guó)外對(duì)不敏感彈藥（insensitive munitions， IM）的定義為：能可靠實(shí)現(xiàn)性能、戰(zhàn)備和作戰(zhàn)要求，在經(jīng)受意外刺激時(shí)能將反應(yīng)的劇烈程度及產(chǎn)生的破壞程度減至最小的一類(lèi)彈藥。北約要求IM滿(mǎn)足以下要求：撞擊感度應(yīng)低于特屈兒;沖擊波感度低于特屈兒，但應(yīng)具有足夠的沖擊波感度以滿(mǎn)足點(diǎn)火要求；爆轟增長(zhǎng)行為和輸出能量與特屈兒相近；在快速烤燃、慢速烤燃條件下發(fā)生中等以下程度的響應(yīng)［1］。

在保證裝藥的能量水平和力學(xué)性能的前提下，應(yīng)用不敏感含能材料是目前設(shè)計(jì)不敏感彈藥的主要途徑之一，以達(dá)到降低彈藥在受到熱、機(jī)械和沖擊波刺激時(shí)反應(yīng)烈度的目的［2］。常見(jiàn)的不敏感單質(zhì)炸藥主要有3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮（NTO）、1-氧-2，6-二氨基-3，5-二硝基吡嗪（LLM-105）、1，1-二氨基-2，2-二硝基乙烯（FOX-7）、三氨基三硝基苯（TATB）等［3］。FOX-7自合成以來(lái)［4］，憑借優(yōu)異的綜合性能受到各國(guó)的高度關(guān)注，具有良好的耐熱性和安全性，能量密度與黑索今（RDX）相當(dāng)，是高價(jià)值武器平臺(tái)彈藥的重要候選材料，具有非常廣闊的應(yīng)用前景［5］。周誠(chéng)等［6］通過(guò)溶劑-非溶劑法制備了FOX-7/RDX復(fù)合炸藥，并考察了復(fù)合炸藥的晶體形貌及熱性能。田軒等［1］利用慢速烤燃試驗(yàn)和沖擊波感度試驗(yàn)研究了FOX-7與RDX 不同混合比例下的爆轟響應(yīng)特性。黃亞峰等［7］對(duì)比研究了聚黑烯-1（JHX-1）傳爆藥和聚黑-14（JH-14）傳爆藥的感度、力學(xué)強(qiáng)度、沖擊波感度、爆速及慢速烤燃特性，結(jié)果顯示，JHX-1傳爆藥在沖擊波感度和慢速烤燃特性等方面優(yōu)于JH-14傳爆藥。

不敏感引信設(shè)計(jì)中對(duì)裝藥的起、傳爆可靠性要求較高，作為具有潛在應(yīng)用價(jià)值的新型不敏感傳爆藥，JHX-1需要在保持不敏感性的同時(shí)具備一定的起、傳爆穩(wěn)定性。本文中，開(kāi)展了JHX-1的起、傳爆特性研究。采用電測(cè)法測(cè)試了JHX-1的爆速、臨界爆轟直徑和爆轟增長(zhǎng)距離等，結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)開(kāi)展了相關(guān)分析和討論。

1 試驗(yàn)

1.1 材料和儀器

JHX-1炸藥造型粉，黃色顆粒，西安近代化學(xué)研究所；

WL-1型落錘儀，西安近代化學(xué)研究所；

WM-l型摩擦感度儀，西安近代化學(xué)研究所；

TMI16型精密時(shí)間間隔測(cè)量?jī)x，中國(guó)工程物理研究院；

Quanta 600F掃描電鏡（SEM），荷蘭FEI公司。

1.2 樣品制備

采用模壓成型工藝，在200～400 MPa的壓力下將JHX-1造型粉壓制成不同尺寸和密度的測(cè)試樣品，見(jiàn)表1。

1.3 試驗(yàn)方法

1）撞擊感度（爆炸與概率）試驗(yàn)。根據(jù)GJB 772A—1997標(biāo)準(zhǔn)中601.1撞擊感度 爆炸概率方法，采用WL-1型落錘儀測(cè)定樣品的爆炸百分率。落錘質(zhì)量10 kg；藥量（50±1）mg。

2）摩擦感度試驗(yàn)。根據(jù)GJB 772A—1997標(biāo)準(zhǔn)中602.1摩擦感度 爆炸概率方法，采用WM-l型摩擦感度儀測(cè)定樣品的爆炸百分率。表壓3.92 MPa；擺角（90±1）°；藥量（50±1）mg。

3）臨界爆轟直徑測(cè)試。將一組不同直徑的圓柱形裝藥呈階梯形排放，在大端起爆，使用電離探針測(cè)量各藥柱的爆速，得到產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)爆轟的最小裝藥直徑和不能產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)爆轟的最大裝藥直徑，兩者取平均值，即為被測(cè)試樣的臨界爆轟直徑。裝藥示意圖見(jiàn)圖1。

4）爆速測(cè)試。按照GJB 772A—1997標(biāo)準(zhǔn)中702.1爆速電測(cè)法測(cè)試JHX-1的爆速。爆速測(cè)試裝配示意圖如圖2所示。

5）爆轟增長(zhǎng)距離。將JHX-1藥片按照GJB 772A—1997標(biāo)準(zhǔn)中702.1爆速電測(cè)法進(jìn)行裝配，雷管起爆。沖擊波經(jīng)鋁制隔板衰減，達(dá)到JHX-1的臨界起爆壓力；沖擊點(diǎn)火后，炸藥反應(yīng)增長(zhǎng)，直至達(dá)到穩(wěn)定爆轟，測(cè)試藥片之間的爆速變化；測(cè)試點(diǎn)位大于5個(gè)，進(jìn)而獲得JHX-1炸藥的爆轟增長(zhǎng)距離。

2 結(jié)果與討論

2.1 機(jī)械感度

采用水懸浮工藝制備了JHX-1，w（FOX-7）w（RDX）=31；JHX-1造型粉為淡黃色顆粒，顆粒粒度分布介于10～100 μm之間。對(duì)3個(gè)批次的JHX-1樣品（1#、2#、3#）進(jìn)行了機(jī)械感度測(cè)試，結(jié)果如圖3所示。3個(gè)批次的樣品中，撞擊感度最高為4%，摩擦感度最高8%。與其他聚黑系列炸藥不同，以FOX-7/RDX為基的JHX-1炸藥具有較低的機(jī)械感度。傳統(tǒng)傳爆藥JH-14的撞擊感度為48%，摩擦感度為36%；而FOX-7炸藥的引入有效降低了JHX-1傳爆藥的機(jī)械感度。FOX-7整個(gè)分子為一個(gè)平面結(jié)構(gòu)，呈波浪形層狀堆積，層內(nèi)存在大量的分子間氫鍵，較高的分子穩(wěn)定性使炸藥晶體表現(xiàn)出了更低的機(jī)械感度［6］。FOX-7/RDX炸藥的SEM及EDS能譜如圖4所示。結(jié)果顯示，JHX-1炸藥中的FOX-7晶體和RDX的復(fù)合結(jié)構(gòu)完整，表面元素主要為C、N、O；再經(jīng)惰性黏結(jié)劑的逐層包覆，大幅降低了造型粉在熱、力等因素刺激下的反應(yīng)概率［8］。

2.2 爆速和臨界爆轟直徑

爆速是傳爆藥的重要性能指標(biāo)。不同密度下JHX-1的爆速如圖5所示。結(jié)果顯示，JHX-1在90%理論最大密度（TMD）時(shí)的裝藥平均密度為（1.65±0.01） g/cm3，爆速為7 926 m/s；97%TMD時(shí)JHX-1的爆速可以達(dá)到（8 432±25） m/s。JH-14、JH-6和JH-17是國(guó)內(nèi)現(xiàn)用的幾種主要傳爆藥，主要成分為RDX，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%以上；其余為黏結(jié)劑和鈍感劑，通常采用硬脂酸、聚異丁烯和氟橡膠等材料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～5%［7］。JH-14成型密度可以達(dá)到理論密度的90%以上，爆速可達(dá)8 200 m/s。研究顯示：JHX-1的可壓性與JH-14相當(dāng)；在較高的成型密度下，JHX-1炸藥的爆速要高于JH-14炸藥。

采用圓柱形臺(tái)階裝藥法測(cè)試了JHX-1炸藥的臨界爆轟直徑。爆轟在最大直徑端面起始，相繼傳過(guò)不同直徑的炸藥段，直至爆轟熄滅。JHX-1的測(cè)試樣品（編號(hào)5# 8#）按照直徑由大到小的順序排列，不同直徑下的爆速見(jiàn)圖6。從圖6中可以看出，所測(cè)的JHX-1在直徑為20、15、10 mm和5 mm時(shí)的爆速分別為8 188、8 146、8 160 m/s和8 099 m/s。結(jié)果表明，JHX-1經(jīng)起爆后，爆轟波由直徑20 mm向直徑5 mm的藥柱傳遞過(guò)程中，未出現(xiàn)熄爆或者明顯衰減，臨界爆轟直徑小于5 mm。

2.3 爆轟增長(zhǎng)距離

JHX-1炸藥被壓制成φ20 mm×3 mm的藥片，形狀如圖7所示，測(cè)試裝配如圖8所示。研究表明，JHX-1傳爆藥的臨界隔板厚度G50為46.57 mm，臨界起爆壓力為8.24 GPa［7］。經(jīng)雷管起爆后，爆轟沖擊波經(jīng)過(guò)鋁制隔板衰減，達(dá)到所測(cè)炸藥的臨界起爆壓力；在不穩(wěn)定爆轟區(qū)內(nèi)，JHX-1炸藥的爆速不斷增長(zhǎng)，直到穩(wěn)定爆轟。

凝聚相炸藥的起爆是一個(gè)十分復(fù)雜的物理、化學(xué)與力學(xué)綜合的過(guò)程，它的反應(yīng)傳播速度變化范圍占數(shù)個(gè)量級(jí)，即可以從正常的燃燒時(shí)的0.1 cm/s到高速爆轟時(shí)的106 cm/s，相應(yīng)的壓力從100 Pa變化到10 GPa［9］。經(jīng)測(cè)試，不同密度下JHX-1炸藥在沖擊點(diǎn)火下的爆速增長(zhǎng)過(guò)程如圖9所示。在密度為1.60、1.65、1.70 g/cm3和1.75 g/cm3時(shí)，JHX-1對(duì)應(yīng)的爆轟增長(zhǎng)距離分別約為21、18、15 mm和9 mm，總體上均小于18 mm；具有良好的起、傳爆可靠性。

2.4 分析與討論

傳爆藥是在傳爆序列中臨近彈藥主裝藥，用以擴(kuò)大或傳遞爆轟波，使主裝藥迅速達(dá)到穩(wěn)定爆轟的猛炸藥［10］。以FOX-7/RDX為基的JHX-1炸藥具有較低的機(jī)械感度，主要得益于FOX-7炸藥的引入。FOX-7的分子結(jié)構(gòu)如圖10所示。在乙烯結(jié)構(gòu)的兩端分別連有2個(gè)供電子的氨基基團(tuán)和2個(gè)吸電子的硝基基團(tuán)，這種推-拉結(jié)構(gòu)使得整個(gè)分子的穩(wěn)定性非常高。研究表明，當(dāng)FOX-7的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等于72%時(shí)，混合炸藥在慢速烤燃試驗(yàn)中的響應(yīng)劇烈程度也由爆轟降至燃燒［1］。

常見(jiàn)的不敏感炸藥性能如表2所示。FOX-7本身具有較低的機(jī)械感度，計(jì)算爆速高于NTO、LLM-105和TATB［3］。因此，JHX-1在保持不敏感性的同時(shí)，展現(xiàn)出較高的爆轟輸出特性。臨界爆轟直徑是炸藥的基本爆轟參數(shù)之一，影響臨界直徑的因素有單質(zhì)炸藥的化學(xué)性質(zhì)、顆粒尺寸、約束條件、裝藥密度、物理狀態(tài)、溫度等。因?yàn)楹叙そY(jié)劑等惰性組分以及藥柱具有孔隙結(jié)構(gòu)，對(duì)于混合炸藥來(lái)說(shuō)，反應(yīng)速率一般要比構(gòu)成其組分的單質(zhì)猛炸藥的反應(yīng)速率小，臨界直徑要大于組分的臨界直徑［9］。部分不敏感單質(zhì)炸藥（如TATB），臨界直徑較大，當(dāng)含量較高時(shí)，可能存在起爆不完全的現(xiàn)象；相比之下，F(xiàn)OX-7具有更高的爆速，與RDX復(fù)合后的起爆反應(yīng)更加充分。與此同時(shí)，隨著裝藥密度的增大，JHX-1炸藥的爆速也逐漸增加，爆轟增長(zhǎng)距離會(huì)進(jìn)一步縮短。因此，具有較高的傳爆可靠性。

3 結(jié)論

JHX-1為一種具有潛在應(yīng)用價(jià)值的新型不敏感傳爆藥。考察了JHX-1的起、傳爆穩(wěn)定性。采用電測(cè)法測(cè)試了不同密度下JHX-1的爆速、臨界爆轟直徑以及爆轟增長(zhǎng)距離。結(jié)論如下：

1）得益于FOX-7的引入，以FOX-7/RDX為基的JHX-1具有較低的機(jī)械感度，3個(gè)批次中，撞擊感度最高為4%，摩擦感度最高8%。

2）JHX-1在90%TMD時(shí)的裝藥平均密度為（1.65±0.01） g/cm3，爆速為7 926 m/s；97%TMD時(shí)，JHX-1的爆速為（8 432±25） m/s，臨界爆轟直徑小于5 mm。

3）JHX-1具有良好的起、傳爆穩(wěn)定性，密度為1.60、1.65、1.70 g/cm3和1.75 g/cm3時(shí)對(duì)應(yīng)的爆轟增長(zhǎng)距離縮短，分別為21、18、15 mm和9 mm。

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