回收HMX基炸药制备民用耐热炸药性能研究

赵东奎， 田 轩， 黄亚峰， 冯晓军， 石 健

（西安近代化学研究所，陕西 西安 710065）

引 言

奥克托金（HMX）是我国武器弹药装备中常用的一种高能炸药，HMX基混合炸药大量应用于国防。受使用寿命限制，我国每年都有大量的HMX炸药因服役期满而成为废旧炸药。

目前，国内外常用的废旧火炸药处理方法［1－2］有公海倾倒和深土掩埋及露天燃烧、炉中焚烧、爆炸法。前2种方法并未解除含能材料爆炸的潜在威胁，因此在上世纪70年代中期以后已停止使用。露天燃烧具有操作简单等优点，但由于燃烧时形成大量有害气体和固态残渣，对空气污染严重；炉中焚烧可将火炸药材料充分分解氧化，将污染气体（如氮氧化物）的生成量降至最低，但该方法所用设施的建造、使用和维护需要大量费用，目前该方法已被发达国家采用。其他国家普遍采用露天燃烧法。

随着环境问题的日渐突出及各国对环境问题的日渐重视，废旧火炸药的处理方式正由过去的销毁型向资源二次开发型转变。废旧火炸药二次开发是将废旧弹药中的火炸药经过回收、加工后重新利用的过程，民用化是其再利用的重要途径［3－4］。

在废旧炸药回收利用［5－6］方面，西安近代化学研究所（204所）有明显的技术优势，如，孙国祥等于2002年成功回收了钝化黑索金炸药。2012年，204所组织科研人员将废旧HMX炸药制备成民用耐热炸药。本文对比研究了该炸药的组成、热性能和应用性能，参比对象为由纯HMX制备的H781炸药。

1 民用耐热炸药的选择

在民用炸药应用领域，石油、天然气等射孔弹是其中一种重要产品。由于石油和天然气开采环境通常伴随高温，为了保证作业过程中的安全性，应用环境对油、气射孔弹用炸药提出了苛刻的耐热要求。目前，国内外在石油、天然气开采方面根据井深将主炸药分为3类，见表1。

表1 油、气射孔弹用耐热炸药

首先，选定HMX基民用耐热炸药H781作为再利用目标；然后，将废旧HMX基炸药回收制备成H781A；最后，对比了它与H781炸药的性能。

2 产品性能

针对H781A炸药进行分析，试验对象分别为药粉和炸药装药。

2.1 药粉性能

2.1.1 粒度、水分挥发分、成分

按照 Q／AY.82A－2001《H781炸药》规定，取样测试H781A炸药的粒度、水分挥发分、成分。试验数据见表2。

表2 H781A炸药组分试验数据

由表2可知，H781A炸药符合204所H781产品的组成要求。

2.1.2 机械感度

试验方法采用 GJB772A－601.1（爆炸百分数法），H781A炸药的感度数据见表3。

表3 H781A与H781的机械感度

由表3数据可知，H781A炸药感度较低，符合204所H781产品对感度性能的要求。

2.1.3 H781A炸药的真空安定性

按照GJB772A方法501.2进行真空安定性试验，对比测试了H781A炸药的真空安定性。试验条件：5g药在180℃下恒温48h的放气量。试验结果见表4。

表4 真空安定性结果（放气量） mL

综上所述，H781A炸药在组成、机械感度和热安定性方面符合H781炸药的验收规范。除此之外，H781A的可压性、流散性等性能方面也与H781炸药相当。

2.2 药柱性能

2.2.1 能量特性

由于H781炸药主要利用炸药爆轰后的金属射流效应完成射孔，因此炸药爆速是影响射孔弹射孔能力的主要参数。H781A炸药的爆速性能是否达到H781的指标，是其能否作为耐热射孔弹装药的主要技术指标。采用试验方法GJB772A－702.1对H781A与H781炸药的实测爆速进行了对比。结果见表5。

表5 H781A与H781的爆速

由表5可知，H781A的爆速性能与H781相当。

2.2.2 耐热性能

1）高温下的安全性能

利用热爆炸试验对比研究了相同尺寸下2种装药在200℃的热爆炸延滞期。具体实验条件：药柱尺寸为Ф50mm×50mm，限制条件采用无约束，加热方式采用空气加热，升温速率设定为1℃／min，从室温升至200℃，恒温至炸药反应，恒温时间即为炸药的热爆炸延滞期。结果表明，H781与H781A炸药在上述条件下的热爆炸延滞期均大于9h。

2）高温下的性能变化

利用恒温失重法对比研究了2种炸药在190℃下的性能变化。实验条件：药柱尺寸为Ф50mm×50mm，限制条件采用无约束，加热方式采用空气加热，升温速率设定为1℃／min，从室温升至180℃恒温2h，观察试验前后的质量变化。结果见表6。

表6 炸药的热失重参数

由表6结果可知，H781A炸药的失重率与H781炸药的失重率基本相当。在体积不变的情况下，炸药的失重可能导致炸药的密度降低。但根据Kamlet爆速公式计算发现，H781A炸药因热失重导致的爆速下降值仅为68m／s，影响较小。

2.3 穿深性能

分别对H781和H781A炸药进行射孔弹压制，在炸高、弹型和药型罩等相同条件下进行穿深性能对比。试验结果见第66页表7。

由表7可知，含H781A炸药的射孔弹与H781射孔弹穿深性能相当。

表7 射孔弹穿深性能对比 mm

3 结论

1）由废旧HMX基炸药回收制备的民用耐热炸药H781A，其药粉在产品组成、热安定性、机械感度等性能上符合H781产品验收规范，在流散性、可压性方面与H781炸药相当。

2）无约束的H781和H781A炸药药柱在高温条件下的安全性和使用性能相当，符合使用要求。结合射孔弹应用，其试验结果表明，H781A炸药的射流深度与H781炸药相当。

综上，废旧HMX基炸药回收制备的民用耐热炸药H781A装填的射孔弹可安全、有效地用于高温射孔作业。

［1］ 黄鹏波，张怀智，谢全民，等.废弃常规弹药销毁技术综述［J］.工程爆破，2013，19（6）：53－56.

［2］ 李静海.废弃导弹火工品中火炸药的处理与回收再利用探讨［J］.国防技术基础，2007（6）：49－52.

［3］ 王泽山，张丽华，曹欣茂.废弃发射药的处理与再利用［M］.北京：国防工业出版社，1999.

［4］ 顾建良，王泽山.废旧含能材料的再利用研究［J］.爆破器材，2004，33（4）：4－7.

［5］ 沈先锋，石运开.废旧黑索今再生技术研究［J］.火炸药学报，2000（4）：53－54.

［6］ 孙国祥，蔡杵杵，任汾香.废钝化黑索今的回收和利用［J］.火炸药学报，2002（4）：40－41.