LLM-105炸药粒度及形貌对机械感度的影响

孙银双 黄 鑫 黄 忠

(中国工程物理研究院化工材料研究所, 四川绵阳，621900)

LLM-105炸药粒度及形貌对机械感度的影响

孙银双 黄 鑫 黄 忠

(中国工程物理研究院化工材料研究所, 四川绵阳，621900)

采用感度试验(摩擦感度和撞击感度)测定了高能钝感炸药1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)粒度对于单质炸药机械感度的影响。试验以机械球磨法得到的LLM-105颗粒为研究对象，粒度范围为4-70μm。机械感度结果表明随着LLM-105平均粒径的增大，其摩擦感度和撞击感度均有不同程度的降低。机械球磨得到的颗粒由于表面相对于溶液结晶得到的颗粒表面更为平滑，其摩擦感度和撞击感度也相对较低。

粒度 形貌 机械感度 LLM-105

1 引言

感度是指炸药在外界能量作用下发生爆炸的难易程度，是炸药安全性和作用可靠性的标度。在生产、处理、存储、运输和类似的活动过程中，炸药经常受到各种外部刺激(如热、撞击、摩擦等)，这可能会导致炸药的燃烧或爆轰[1]。而由于炸药在上述过程中起爆现象的复杂性，就最低起爆的能量而言，没有绝对的感度指标。也就是说，感度具有选择性和相对性，前者指不同的炸药选择性地吸收某种起爆能量，后者则指感度只是表示危险性的相对程度。在这其中，机械感度(包括撞击感度、摩擦感度)测定作为评估炸药在机械脉冲作用下的感度指标，具有重要的参考价值[2]。

1-氧-2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪(LLM-105)首先由美国劳伦斯·利弗莫尔实验室(LLNL)于1995年首次合成，具有良好的物化性质和很好的安全性能[3]。而对于几种LLM-105单质炸药配方的安全性试验表明，LLM-105能量超过超细TATB配方，是一种具有应用于始发装药的高能钝感炸药[4]。

在实际应用中发现，炸药晶体颗粒的粒度对LLM-105塑料粘接炸药的感度影响显著。国内外关于LLM-105单质炸药的研究中，有关粒度对机械感度影响的报道相对较少，尤其对于使用不同细化方式得到的LLM-105颗粒过程中颗粒粒径以及颗粒形貌对机械感度的影响还未见报道。

本研究测量了使用溶液结晶及机械球磨两种方式得到的具有不同平均粒径的LLM-105颗粒，使用扫描电镜观察了不同颗粒度的LLM-105形貌及粒径分布，并测量了上述两种方式得到的LLM-105颗粒经压制得到的单质炸药的机械感度数据。考察了上述因素对机械感度的影响规律。

2 实验装置与方法

2.1 实验装置

感度试验使用BAM感度仪，该设备由机片、电动机、托架及砝码等组成。LLM-105颗粒粒径使用激光粒度测定仪测定，取中值粒径d50近似作为平均粒径。颗粒形貌使用扫描电子显微镜进行测量。

2.2 试验方法

撞击感度使用GJB 772A-1997规定，使用撞击能量进行表征。摩擦感度使用GJB 3347-98规定，使用摩擦能量进行表征。

3 实验结果与分析

3.1 LLM-105颗粒度与颗粒形貌的关系

图1为LLM-105在机械球磨前后的形貌图。从图1中可以看出，对于溶液中结晶得到的LLM-105颗粒而言(图1(a)-图1(c))，由于晶体颗粒是在接近于静态的操作环境下获得，因此颗粒较好地保持了具有丰富棱角形貌的晶体结构。而对于经过机械球磨的样品(图1(d)-图1(f))，由于操作中机械摩擦产生的自由碰撞作用，颗粒中的棱角大部分被磨平，变得平滑。

(d) (e) (f)(a)溶液结晶方法得到的LLM-105颗粒，d50=70 μm；(b)溶液结晶方法得到的LLM-105颗粒，d50=30 μm；(c)溶液结晶方法得到的LLM-105颗粒，d50=10 μm；(d)机械球磨法得到的LLM-105颗粒，d50=60 μm；(e)机械球磨法得到的LLM-105颗粒，d50=8 μm；(f)机械球磨法得到的LLM-105颗粒，d50=4 μm)图1 LLM-105在机械球磨前后的形貌图

颗粒形貌可以从颗粒分散性和颗粒的团聚状态来分析表征。对于分散性良好的颗粒，当其受到载荷作用时，内部受力很快均匀分散到整个含能体系中，局部有效热点不易形成。而对于有团聚的颗粒而言，外界载荷作用会随着团聚体的破碎而被大量耗散，使得其内部不易形成热点[5]。

颗粒形貌和孔隙等结构特征对机械感度的影响也很大。外观形貌越规则，棱角越少，球形化程度越高，热点的形成就越困难，相应的机械感度降低的幅度也会越大。

3.2 LLM-105颗粒度对机械感度的影响

表1给出了实验测定的不同颗粒细化方法得到的LLM-105颗粒的机械感度。从表1中可以看出，对于溶液结晶方式获得的颗粒，其机械感度普遍要高于通过机械球磨得到的具有相似粒径的颗粒。而对于相同的细化方法得到的颗粒而言，其平均粒径越小，机械感度值也有下降的趋势[6]。

表1 不同颗粒细化方法得到的 LLM-105颗粒的机械感度值

大量研究数据表明，随着含能材料颗粒度的减小，其爆炸概率减小，机械感度降低。根据普遍采用的热点起爆理论分析，含能体系爆炸取决于以下三个条件：热点尺寸、热点温度和热点数目。一般来说，含能颗粒粒度越大，其微缺陷也越大，同时微缺陷的数目也越多。其在撞击作用下形成的热点半径也越大，能够发展为爆炸的有效热点数量也越多。与此同时，随着颗粒粒径的降低，堆积时产生的空隙半径降低，而要使得这些较小尺寸的热点成为爆炸热点，需要更高的临界起爆温度。综合以上分析，含能材料颗粒的机械感度将在一定范围内随着颗粒粒径的减小而降低。

4 结论

(1) LLM-105颗粒的平均粒径和颗粒表面形貌对机械感度值有显著的影响；

(2)在实验讨论的颗粒范围内，对于相同的颗粒细化方式，机械感度值随着平均粒径的降低呈现下降的趋势；

(3)对比溶液结晶和机械球磨两种LLM-105的细化方式，通过机械球磨能够获得平滑的颗粒表面，有效减少颗粒表面的棱角，相对于溶液结晶方式降感效果更为明显。

[1] 王友兵,葛忠学,等. 细颗粒LLM-105的制备及其热性能[J].含能材料,2011,19(6): 523-526.

[2] 田龙,吴晓青,等.粒度对炸药感度影响的研究进展[J].四川化工,2013,16(1) :28-30.

[3]Ulrich Teipei. Energetic Materials: Particle Processing and Characterization[M]. Wiley-VCH Verlag GmbH, 2005.

[4] 罗运军,李生华,等.新型含能材料[M].北京：国防工业出版社,2010.

[5] 李海波, 程碧波,等. LLM-105重结晶与性能研究[J].含能材料,2008,16(6) :686-688.

[6] 黄明,李洪珍,等. 高品质RDX的晶体特性及冲击波起爆特性[J].含能材料,2011,9(6): 621-626.

Particle Diameter and Morphology of LLM-105 Explosive:Their Influences on Mechanical Sensitiveness

SunYinshuang,HuangXin,HuangZhong

(InstituteofChemicalMaterials,ChinaAcademyofEngineeringPhysics,Mianyang621900,Sichuan,China)

Different LLM-105 particle diameters were measured and their influences on sensitivities were compared in both friction and compact experiment. The particles of LLM-105 were derived from ball milling method, and their diameter were among 4-70μm. The results shown that with the increase of LLM-105 particle diameters, the friction sensitivity of LLM-105 decreased, and the same trend was found in the compact sensitivity. The phenomenon was attributed mainly to the smooth surface and shape from ball milling method than angular anisotropic particles from crystallization process.

particle diameter; morphology; mechanical sensitivity; LLM-105