苑媛,刘天生
(中北大学化工与环境学院,山西太原030051)
包覆硝胺类炸药的发展现状及展望
苑媛,刘天生
(中北大学化工与环境学院,山西太原030051)
硝胺类炸药固体填料被包覆后,将改变其与周围组分接触的表面积,使得其分解和燃烧过程中的传热和传质受到一定程度的影响,不仅可改善固体推进剂的力学性能,而且对燃烧性能和感度也将产生很大的影响。水性聚氨酯具有气味小、环境友好、节能、操作加工方便等优点,用其包覆硝铵炸药可以改善硝铵炸药的感度及流散性能。
硝胺类炸药;胶粘剂;水性聚氨酯
目前研究的改性双基推进剂中硝胺类炸药的含量已提高到55%,有些配方甚至高达60%以上;而复合推进剂(NEPE)中的硝胺类炸药的含量高达70%~80%[1]。硝胺炸药含量过大,在满足能量要求的同时,也会带来很多问题,如推进剂的力学性能降低、机械感度升高等。混合炸药的流散性、成型性及安全性降低[2]。
硝胺类炸药,如黑索今(RDX)等固体填料被包覆后,将改变其与周围组分接触的表面积,使得其分解和燃烧过程中的传热和传质受到一定程度的影响,不仅可改善固体推进剂的力学性能,而且对燃烧性能和感度也将产生很大的影响。
硝铵类炸药表面包覆材料较多,其常用材料主要包括两类:钝感剂和高分子聚合物。
硝铵类炸药常用的钝感剂有硬脂酸、石蜡和石墨等。用钝感剂包覆能较好地降低炸药的机械感度,但是目前所用的钝感剂大都是惰性的,过量使用会损耗炸药的输出能量。
Manning等[3]对用在推进剂中的硝胺炸药进行了石墨包覆研究,其方法是把硝胺炸药颗粒放入混有石墨的一种易挥发溶剂中,然后蒸发掉溶剂,完成包覆,并对撞击感度等进行检测。结果表明,包覆后的硝胺炸药比未包覆的撞击感度降低40%。
王晓丽等[4]用物理气相沉积(PVD)技术在RDX表面上包覆了一层硬脂酸薄膜,并对包覆后的RDX进行了撞击感度和摩擦感度测试,结果表明随着硬脂酸含量的增加,其机械感度也相应降低。张树海[5]等则运用超临界溶液快速膨胀(RESS)技术对硝胺炸药颗粒进行了包覆,包覆剂选用的是硬脂酸,结果同样表明包覆后的撞击感度明显降低。
聚氨酯具有良好的物理机械性能,优异的耐寒性、弹性、高光泽、软硬度随温度变化不太大、耐有机溶剂等优点,在混合炸药和推进剂等领域得到了广泛应用。
Smith等[6]运用溶液悬浮法用聚丙烯酸酯对RDX和HMX进行了包覆,制造出了可压缩的钝感塑性炸药。Chan[7]等以聚叠氮缩水甘油醚GAP为粘结剂、以含能的物质三羟甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)和二缩三乙醇二硝基酯(TEGDN)的混合物或以2,2-二硝基丙基缩甲醛/乙醛(BDNPF/A)为增塑剂对RDX和HMX进行了包覆,制成了一种高能钝感、机械性能良好和防老化性能优异的混合炸药。Simp-son RL等[8]用GAP包覆了CL-20,包覆后的炸药撞击感度、摩擦感度和静火花感度等都大有改善,与LX-14炸药相当。
Allen用水溶性蛋白质作为HMX、RDX的包覆原料,制成微烟双基推进剂,可增加填料与推进剂粘结基体间的粘结,使推进剂的低温抗张强度显著提高,但高温抗张强度增加幅度较小。常温下的抗张强度也有提高,但延伸率变化不大。Dehm采用多元醇与多异氰酸酯作用,对HMX、RDX进行包覆,使改性双基推进剂的抗张强度有较大幅度的提高,而延伸率变化不大。虽然包覆后的颗粒表面上带有异氰酸酯基团,使其应用受到一定的限制,但他所提出的包覆原料的选择为以后的工作打下了基础[9]。
树形分子键合剂(DBA)是国内研究人员最近研发的一种新型键合剂,它是以聚氨基酰胺(PAMAM)树形分子为骨架的树形键合剂。DBA具有较大的相对分子质量(103~105)并含有多个末端基官能团,包括极性较大的腈基和能够与粘合剂网络形成主化学键的羟基。
潘碧峰[10]等用此类键合剂对RDX进行了包覆,指出树形键合剂(DBA)在RDX晶体表面形成了一层粘流状的吸附层,发现键合剂和RDX的NO2基团形成了氢键,证明了DBA作为RDX键合剂的有效性。
刘云飞等[11]采用乳液聚合法制备了聚丙烯酸乙酯乳液,然后用加入明矾破乳法对HMX进行了包覆,包覆后的HMX热分解温度基本不变,感度有所下降。
陆铭等[12]分别以水性聚氨酯乳液和聚氨酯/丙烯酸酯核/壳乳液包覆了RDX。通过外壳溶出实验,包覆层的质量分数为1.48%,而撞击感度的特性落高值较包覆前提高了约50%;此外,他们还研究了在相同的水性聚氨酯乳液(WPU)包覆量下,破乳法和乳液聚合法包覆RDX对其撞击感度的影响,研究结果表明破乳法包覆的RDX的撞击感度明显高于乳液聚合法包覆得到的RDX。
硝铵炸药包覆的胶粘剂应具备以下性能:
①本身具有良好的热安定性、化学安全性和耐老化性;②与爆炸组分、其它添加剂要有良好的物理和化学相容性;③应具有良好的粘结作用、包覆作用和润湿作用;④为了提高安全性,应当具有良好的钝感作用;⑤对炸药颗粒具有良好的润湿性、良好的包覆作用和粘结作用,以提高爆炸组分的含量和产品的质量;⑥应具有良好的工艺性、塑性和溶解性;⑦易合成,价格低廉,宜于大量生产,无毒性。
水性聚氨酯是能溶于水或能均匀分散于水中的一类聚氨酯,具有气味小、环境友好、节能、操作加工方便等优点[13]。虽然水性聚氨酯包覆硝铵炸药可以改善硝铵炸药的感度及流散性能,但由于水性聚氨酯主要通过物理作用力而非化学键力进行粘结,因此其粘结力较溶剂型差,导致其对硝铵炸药包覆的粘结力不高,包覆效果不是很理想[14]。
通过实验合成改性水性聚氨酯,增加水性聚氨酯对硝铵炸药粘结强度,并进行探讨改进包覆工艺条件,最终获得具有较低感度和整体流散性良好的硝铵炸药。因此,水性聚氨酯在硝铵炸药的应用将成为发展的重点[15]。
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[4]王晓丽,焦清介,李国新,等.钝化黑索今薄膜及其感度的研究[J].火工品,2003,(3):23-26.
[5]张树海,苟瑞君,张景林,等.硝胺炸药的超临界溶液快速膨胀包覆技术研究[J].火工品,2004,(2):20-26.
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[9]周彩元,吴晓青,邓茂盛,等.改性水性聚氨酯乳液包覆的合成研究[J].中国胶粘剂,2010,19(1):40-43.
[10]潘碧峰,张磊,罗运军,等.树形键合剂包覆RDX及其相互作用研究[J].推进技术,2003,24(5):470-473.
[11]刘云飞,杨荣杰,谭惠民,等.聚丙烯酸乙酯包覆奥克托金(HMX)的研究[J].北京理工大学报,1998,18(3):370-374.
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10.3969/j.issn.1008-1267.2011.02.005
TA564.4+2
1008-1267(2011)02-0012-02
A
2010-11-02