NTO含量对RDX基含铝炸药机械感度及爆速的影响

郭海英，余咸旱，丁　涛，赵　云，杨学斌

(甘肃银光化学工业集团有限公司，甘肃白银730900)



NTO含量对RDX基含铝炸药机械感度及爆速的影响

郭海英，余咸旱，丁涛，赵云，杨学斌

(甘肃银光化学工业集团有限公司，甘肃白银730900)

摘要：制备了不同3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)含量的RDX基含铝炸药，用爆炸概率法和电测法测试了其机械感度和爆速，研究了NTO含量对RDX基含铝炸药机械感度和爆速的影响。结果表明，随着NTO含量的增加，含铝炸药的机械感度明显降低，撞击感度由34%降至2%，摩擦感度由30%降至2%；在相同密度下，随着NTO含量的增加，含铝炸药的爆速降低，当NTO质量分数为35%时，爆速降至7764m/s，与不含NTO的RDX基含铝炸药相比，降低了169m/s。

关键词：物理化学；RDX；NTO；含铝炸药；感度；爆速

引言

含铝炸药具有高威力、高爆热、高爆温、释放化学能时间较长、后燃烧效应突出等特性，广泛应用于对空武器、水下武器、空对地武器等常规兵器中。但含铝炸药的机械感度一般比非含铝炸药的高[1-2]，因此，其安全性引起人们的重视。NTO是一种典型的高能量低感度炸药，具有热稳定性和对外刺激的不敏感性、能量与RDX接近、爆速比TATB高6%、安全性与TATB相当、与其他材料相容性较好等优点，成为不敏感炸药研究的热点。国外对多种NTO基混合炸药配方进行了研究，并在武器系统中获得应用。法国EURENCO将NTO加入含铝炸药，研制了不敏感含铝炸药XP3264及PBXW-126，其性能和不敏感性优于常用炸药H-6，空中爆炸性能明显高于PBXN-109[3-4]。国内对含NTO炸药配方的研究起步较晚[5-6]。左玉芬等[7]制备了3种含NTO的PBX高聚物黏结炸药，通过真空安定性实验研究了其与铝、铜、不锈钢3种金属的相容性，结果表明，3种PBX具有较好的安定性，与金属的相容性较好。高元元等[8]进行了NTO包覆HMX的钝感研究，结果表明，包覆后HMX的撞击感度降低66%，摩擦感度从100%降至50%，爆速降低2.8%，基本可以维持HMX爆轰性能不变。目前，关于NTO含量对含铝炸药的机械感度及爆速的影响文献报道较少。

本研究制备了含NTO的RDX基含铝炸药，测试了其机械感度和爆速，从理论上研究了NTO含量对RDX基含铝炸药机械感度和爆速的影响，为含NTO的RDX基含铝炸药在低易损性弹药中的应用提供参考。

1实验

1.1材料与仪器

RDX，粒度0.125～0.30mm，甘肃银光化学工业集团有限公司；NTO，平均粒度0.355mm ，甘肃银光化学工业集团有限公司；铝粉，平均粒度50μm，中国铝业西北铝加工厂；以氟橡胶为主体的复合黏结剂(简称黏结剂A)，自制。

WL-ⅡB型撞击感度立式落锤仪，陕西应用物理化学研究所；MGY-I型摩擦感度仪，陕西应用物理化学研究所；MP型不定时序爆速仪，江西东华计量研究所。

1.2含NTO的RDX基含铝炸药的制备

含NTO的RDX基含铝炸药配方(质量分数)见表1。

表1　含NTO的RDX基含铝炸药配方

按表1配方，准确称量RDX、NTO、铝粉和黏结剂A共300g。将黏结剂A于广口瓶中加入一定量的溶剂溶解制成黏结剂溶液，将RDX、NTO和铝粉在烧杯中预混均匀，然后将黏结剂溶液加入预混好的物料中搅拌混合5min，将混合物过筛造粒，经干燥、筛选，得到含NTO的RDX基含铝炸药样品。

1.3性能测试

撞击感度按照GJB772A-1997 601.1爆炸概率法测试，药量50mg，落高25cm，落锤质量10kg。

摩擦感度按照GJB772A-1997 602.1 爆炸概率法测试，药量30mg，表压3.92MPa，摆角90°[9]。

爆速按照GJB772A-1997 702.1 电测法测试，药量11.62g，压力100kN，药柱尺寸Ф20mm×20mm，密度1.85g/cm3。

2结果与讨论

2.1NTO含量对RDX基含铝炸药感度的影响

不同NTO含量的RDX基含铝炸药的撞击感度和摩擦感度测试结果见表2。

表2　含NTO的RDX基含铝炸药的撞击感度和

从表2知，NTO含量对RDX基含铝炸药的机械感度有显著影响。加入NTO后，含铝炸药的机械感度明显降低，且随着NTO含量的增加，撞击感度和摩擦感度降低。当NTO质量分数为35%时，其撞击感度和摩擦感度降至2%以下。分析原因如下：

(1)由于NTO三唑五元环中氮原子的孤电子对参与三唑环的共轭，同时，五元环的共轭使环内的键长和键角趋于平均化，从而减小了环张力，提高了分子的稳定性。此外，NTO分子呈平面结构，是一个很强的共轭体系，增加了整个分子的稳定性，使得NTO分子的C-NO2键加强，最不容易断裂，因此RDX基含铝炸药感度降低。

(2)炸药的感度是炸药分子结构活性的外在表现。分子结构活性大容易受外界作用而激发，因而感度高。根据炸药分子结构活性指数的计算公式[10]，计算得到NTO分子的活性(3.56)远小于RDX分子的活性(14.3)。因此，加入NTO后RDX基含铝炸药的感度降低。

(3)与RDX相比，NTO的比热容较大，当其受到机械作用后，会从热点处吸收较多的热量，使热点温度降低，从而导致感度降低[10-11]；NTO的爆热比RDX小[12-13]，由于爆热小的炸药不利于热点的形成，因此感度降底；与RDX相比，NTO的生成热较大[14]，因此，其分子的键能也较大，不易分解，从而导致感度降低。

2.2NTO含量对RDX基含铝炸药爆速的影响

不同NTO含量的RDX基含铝炸药的爆速测试结果见表3。

表3　NTO含量对RDX基含铝炸药爆速的影响

注：RDX基含铝炸药的装药密度均为1.85g/cm3。

从表3可知，NTO含量会影响RDX基含铝炸药的爆轰性能。相同药柱密度下，随着NTO含量的增加，RDX基含铝炸药的爆速降低。当NTO质量分数增至35%时，其爆速较不含NTO时降低了169m/s。这是因为含铝炸药爆轰时，首先是RDX及NTO发生爆轰反应，然后其分解产物(CO2和H2O)与铝粉发生如下二次反应：

二次反应的速度较慢，大部分反应在C-J面后进行，释放出的能量来不及补充到冲击波阵面上，支持冲击波并决定其传播速度主要是第一阶段的反应，即RDX和NTO的爆轰反应。根据爆轰气体动力学理论，炸药爆速的计算公式为：

(2)

由式(2)可知，爆速与装药密度及爆热的平方根成正比，爆速随爆热和比容的增加而增大，爆热和比容越大时，其反应区的压力和温度就越高，爆速也就越大。NTO的爆热比RDX的小，当用NTO替代部分RDX后，RDX基含铝炸药的总爆热减小，其反应区的压力和温度就会降低，因此其爆速也相应降低。

进一步从理论上分析NTO含量对RDX基含铝炸药爆速的影响，运用尤里扎公式和国内经验公式[15]计算爆速：

Dmax=∑(DiVi)

(3)

(4)

为了直观地比较NTO含量对RDX基含铝炸药爆速的影响，绘制RDX基含铝炸药的爆速计算值和实测值与NTO含量关系曲线，结果见图1。

由图1可看出， NTO含量会影响RDX基含铝炸药的爆轰性能。相同药柱密度下，随着NTO含量的增加，含铝炸药爆速降低。当NTO质量分数增至35%时，其爆速(理论计算值)降低210m/s。可以看出，RDX基含铝炸药爆速理论的计算值和实验值接近。

图1　RDX基含铝炸药爆速与NTO含量的关系曲线Fig.1　Relationship curves between detonation velocity ofRDX based aluminized explosive and NTO content

3结论

(1)在RDX基含铝炸药中加入NTO可以降低其机械感度。随着NTO含量的增加，其撞击感度和摩擦感度大幅降低。用NTO全部或部分代替RDX，可研制出安全性优越的新型含铝炸药。

(2)含NTO的RDX基含铝炸药爆速的理论计算值与实验值比较接近。在相同药柱密度下，随着NTO加入量的增加，含铝炸药爆速降低，但降低幅度不大。因此，通过改变NTO的加入量可以调节含铝炸药的能量输出结构，在兼顾炸药易损性的情况下，使能量损失较小。

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Effect of the NTO Content on the Mechanical Sensitivities and Detonation Velocity of RDX Based Aluminized Explosives

GUO Hai-ying, YU Xian-han, DING Tao, ZHAO Yun, YANG Xue-bin

(Gansu Yinguang Chemical Industries Group Co. Ltd., Baiyin Gansu 730900, China)

Abstract:The RDX-based aluminized explosives with different contents of 3-nitro-1,2,4-triazol-5-one(NTO) were prepared. The sensitivities and detonation velocity of the RDX-based aluminized explosives were tested by the explosion probability method and the electrometric methods. Effect of the NTO content on the mechanical sensitivities and detonation velocity of RDX-based aluminized explosive was studied. The results show that with increasing the NTO content，the mechanical sensitivities of aluminized explosive decrease obviously，the impact sensitivity decreased from 34% to 2%，the friction sensitivity decreased from 30% to 2%; the detonation velocity decreases with increasing the NTO content at the same density. When the mass fraction of NTO is 35%, the detonation velocity decreased to 7764m/s, which decreased by 169m/s compared with the RDX-based aluminized explosive without NTO.

Keywords:physical chemistry; RDX; NTO; aluminized explosive; sensitivity; detonation velocity

作者简介:郭海英(1966- )，女，研究员，从事混合炸药配方和制造工艺研究。

收稿日期:2015-03-04；修回日期:2015-07-07

中图分类号：TJ55; O64

文献标志码：A

文章编号：1007-7812(2015)05-0060-03

DOI：10.14077/j.issn.1007-7812.2015.05.012