钝感弹药技术凸显压制工艺的重要性

现代武器系统的设计既要注重摧毁目标所需的爆轰能量，又要注重武器系统对意外刺激的感度要求，钝感弹药就是在这种需求下发展起来的。纵观西方国家钝感炸药的研制，他们相当多的努力是放在浇注固化聚合物粘结炸药(PBX)和钝感熔铸炸药的研究之上。

浇注固化工艺开始于20世纪80年代初，后陆续被西方国家广泛采用。浇注固化炸药配方中，粘结剂作为惰性基质包围着炸药粒子，降低了炸药对冲击和热刺激的易损性，其含量一般为10%～15%。在主用RDX和HMX炸药的时代，研制与B炸药爆速(7900 m·s-1)相当的配方较为容易。然而，在今天以3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)为主的钝感弹药时代，研制与B炸药爆速相当的浇注固化炸药配方则较为困难，如炸药配方研究最出色的欧洲含能材料公司(EURENCO)研制的B2267A(I-RDX/NTO/HTPB)和B2268A(I-RDX/NTO/AI/HTPB)两种浇注固化PBXs的爆速也分别只有7680 m·s-1和7440 m·s-1(NouguezB,MahéB.InsensitiveMunitionsandEnergeticMaterialsTechnologySymposium,MunichGermany,October11-14, 2010.)；再如美国阿连特技术系统公司(ATK)2009年报道了以NTO/RDX/HTPB浇注固化的PBX DLE-C054，爆速达到了8.0 km·s-1，其小口径迫击炮可完全满足IM战术需求，但120 mm大口径迫击炮，在全规模装弹试验中IM反应没有完全达标(RobertHatch,PaulBraithwaite,PhilSamuels,etal.InsensitiveMunitionsandEnergeticMaterialsTechnologySymposium,LasVegas,NV,May14-17, 2012.)。

21世纪以前，在一些金属加速弹头装药和聚能装药中已采用压制配方，如美军采用压制PBXW-17(94RDX/1.5Hytemp/4.5DOA)代替浇注固化PBXN-106(75RDX/18.5BDNPA/F/6.5PEG)(NewmanK,BrownS.ProceedingsofIMandEMTechnologySymposium,NDIA,Tampa,Florida, 6-9October1997.)，压制PBXN-10(96HMX/3.0Hytemp/1.0DOA，也称PBXW-11)已成为美国海军主要的金属加速炸药(MontesiLJ,AlexanderKE.IMTechnologySymposium,NIMICMeeting#655,SanDiego, 18-21March1996.)。与浇注PBXs相比，压制PBXs的高含量(90%～95%)高能炸药固体填料和少量粘结剂(5%～10%)，可显著提升配方的爆轰性能。如今，以钝感炸药NTO为主的IM时代，对高爆速配方的需求更为迫切。近来，EURENCO报道NTO和HMX组成的成本适宜的IM压制PBX配方P15636，通过了联合国极不敏感爆炸物(EIDS)试验，在此经验上他们还决定研制由NTO和RDX组成的压制PBX配方P16945(SongyC,EckG,ChabinP,etal. 2015InsensitiveMunitions&EnergeticMaterialsTechnologySymposium,18-21May, 2015,Rome,Italy;StenmarkHelen;EckGeneviève,ChabinPhilippe,etal. 2015InsensitiveMunitions&EnergeticMaterialsTechnologySymposium, 18-21May, 2015,Rome,Italy.)。通过不同RDX比例组成不同配方的一系列安全性试验、爆轰性能试验、隔板试验和力学性能试验，最终把P16945配方中的RDX、NTO和粘结剂之比(质量比)确定为20∶75∶5，参照STANAG 4170标准进行全方位的配方试验后，对该配方进行了90 mm口径MK8的装弹试验，发现完全能够满足动能试验要求，快速烤燃试验和子弹撞击试验都满足了IM要求，其它IM试验还在进行之中，预期能够全面满足STANAG 4439标准的IM要求。P16945配方临界直径为8 mm，爆速7920 m·s-1(1.82 g·cm-3)，爆压28.5 GPa，可望替代A3压制配方(91% RDX)，用于90 mm口径MK8的装药，目前已放大到600 kg·批-1(SongyC,EckG,ChabinP,etal. 2015InsensitiveMunitions&EnergeticMaterialsTechnologySymposium, 18-21May, 2015.)。鉴于两种NTO基压制PBX的成功经验，EURENCO打算将来推出更多压制PBX(EckGeneviève,ChabinPhilippe,etal. 2015InsensitiveMunitions&EnergeticMaterialsTechnologySymposium, 18-21May, 2015,Rome,Italy.)。

过去，很少利用高速旋转压制进行熔铸炸药装药，近几年，可替代B炸药的IMX-104(31.7DNAN/53NTO/15.3RDX)(CoulouarnC,AumassonR,Lamy-BracqP,etal. 45thInternationalAnnualConferenceofICT,Karlsruhe,Germany,June24- 27,2014, 1-1～1-13.)在美军广泛采用，为了降低加工粘度比B炸药高的这种2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基熔铸炸药，美陆军在霍尔斯顿陆军弹药厂(HSAAP)尝试利用压制工艺来制造这种钝感熔铸炸药(DavidPrice,AlbertoCarrillo,PhillipSamuels,etal.InsensitiveMunitionsandEnergeticMaterialsTechnologySymposium,October07-10, 2013,SanDiego,USA;AlbertoCarrillo.InsensitiveMunitionsandEnergeticMaterialsTechnologySymposium,LasVegas,NV,May14-17, 2012.)。他们采用与水性能相近的氟化烃部分或全部替代水，制备了IMX-104造型粉颗粒，压制加工得到质量均匀的IMX-104，避免了传统熔铸炸药中粘度对装药质量的影响；最近添加一种微晶蜡(Indramic wax)得到的粒状IMX-104通过高速旋转压制装药，可用作155mm 口径M795炮弹的钝感传爆药(KeyurPatel,PhilipSamuels,ErikWrobel,etal. 2015InsensitiveMunitions&EnergeticMaterialsTechnologySymposium, 18-21May, 2015,Rome,Italy.)。目前，HSAAP已具有125磅/批的中试生产线，生成了超千磅粒状IMX-104。无独有偶，EURENCO将低成本TNT基钝感熔铸炸药Ontalite炸药(NTO/TNT/RDX)采用了P16945相同的造粒工艺，制备出了粒状的Ontalite炸药，交付用户压制装药(EckGeneviève,ChabinPhilippe,etal. 2015InsensitiveMunitions&EnergeticMaterialsTechnologySymposium, 18-21May, 2015,Rome,Italy.)。

压制炸药的关键在于造粒。IM所用的炸药有别于以前TNT、RDX或HMX为主的炸药，主要以NTO、DNAN或TNT为主，由于NTO在水中有一定的溶解性，因此不能采用传统的造粒方法。EURENCO针对NTO为主的压制炸药开发出一种水下包覆法(Under-water Coating Process)，避免了传统包覆NTO方法出现的包覆隆峰不均匀，既可用于压制PBX的造粒，也可用于熔铸炸药的造粒，图1为采用该工艺制备的粒状Ontalite炸药(EckGeneviève,ChabinPhilippe,etal. 2015InsensitiveMunitions&EnergeticMaterialsTechnologySymposium, 18-21May, 2015,Rome,Italy.)。为了降低所包覆炸药的感度，除粘结剂外，他们还引入聚乙烯蜡，提高流动性，降低炸药的感度，此方法得到聚乙烯蜡包覆的HMX撞击感度为74.1cm(StenmarkHelen,EckGeneviève,ChabinPhilippe,etal. 2015InsensitiveMunitions&EnergeticMaterialsTechnologySymposium, 18-21May, 2015,Rome,Italy.)，而传统蜡包覆HMX的撞击感度则为39.1cm。美国的HSAAP针对NTO和DNAN为主的IMX-104熔铸炸药开发出了代用流淤浆包覆法(Alternate Fluid Slurry Coating Process)(DavidPrice,AlbertoCarrillo,PhillipSamuels,etal.InsensitiveMunitionsandEnergeticMaterialsTechnologySymposium,October07-10, 2013,SanDiego,USA;AlbertoCarrillo.InsensitiveMunitionsandEnergeticMaterialsTechnologySymposium,LasVegas,NV,May14-17, 2012.)，他们在现有含铝PBX的制备工艺的基础上，选择了平均分子量为521、熔点为128 ℃、密度1.82 g·cm-3的氟化烃全部或部分替代淤浆包覆法中的水，同时添加了一种微晶蜡来降低DNAN的脆性，制备出IMX-104造型粉颗粒(见图2)。

图1EURENCO制备的NTO/TNT/RDX造型粉颗粒图2HSAAP制备含微晶蜡(Indramic wax)IMX-104造型粉颗粒

高速旋转压制可使炸药粒子破裂，产生热点，提高炸药的感度，特别是冲击波感度，但由于现在IM炸药配方中，增加了NTO的含量，降低了硝胺炸药含量，添加了降感剂，因此，感度的提升在可接受的范围之内。与此相反，压制PBX配方粘结剂含量低和压制熔铸炸药得到的高密度装药，一定程度上还能够弥补NTO取代大部分硝胺炸药造成的能量损失。因此随着压制PBX配方和压制熔铸炸药的应用，压制工艺的重要性就渐渐凸显。如今低感度炸药FOX-7和LLM-105的成本正逐渐降低(EckGeneviève,ChabinPhilippe,ChristelleSongy,etal. 2015InsensitiveMunitions&EnergeticMaterialsTechnologySymposium, 18-21May, 2015,Rome,Italy;DaveamEnde,PhilPagoria,StephenAnderson,etal. 2015InsensitiveMunitions&EnergeticMaterialsTechnologySymposium, 18-21May, 2015,Rome,Italy.)，替代硝胺炸药的可能性渐增，压制配方或许会成为一种主流，压制工艺就理所当然地会成为炸药加工的主流工艺。

张光全， 刘晓波， 黄 明

中国工程物理研究院化工材料研究所

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