关于炸药的研发探讨

吴宝赫 卢明远 柏忠林



关于炸药的研发探讨

吴宝赫 卢明远 柏忠林

（沈阳理工大学 装备工程学院 辽宁沈阳 110000）

炸药的研发，在古典意义上，是根据实际应用功能模拟炸药分子形态，通过经验方程判断可行性，然后做出sample进行一系列测试的。即首先确定框架，然后上敏感/钝化基团。本文将展开对炸药研发的讨论，主要是研究炸药的研发过程，炸药与火药的联系和区别以及炸药发展的展望。

特种能源；炸药；研发

一、关于炸药研发的概述

（一）炸药研发的过程

1、从硝化甘油到诺贝尔的研发

早在1847年，意大利的索伯莱格就发明了一种烈性炸药，叫硝化甘油。它的爆炸力是历史上任何炸药所不能比拟的。但是这种炸药极不安全，稍不留神，就会使操作人员粉身碎骨。许多人因为意外的爆炸事件而血肉横飞，连尸体也找不到。诺贝尔决心把这种烈性炸药改造成安全炸药。1862年夏天，他开始了对硝化甘油的研究。这是一个充满危险和牺牲的艰苦历程。

2、大势所趋的“合成含能材料”

1988年的化学诺贝尔奖公告上宣布:“化学不再是单纯的实验科学了”，再加上20世纪80年代计算机技术的异军突起，出现了 Molecular Design这门学科，而目前，通过走“分子设计”方法结合实验的研究道路合成含能材料已成为大势所趋。

（二）当代关于炸药理论

因此，QM(量子化学)成为了当代理论的核心，经验公式已悄然淡去，成为了简便计算的工具，目前的研发过程，包括MM(分子力学)，MD(分子动力学)，以及化学热力学，化学动力学，统计力学，炸药理论等多种学科。

二、炸药的研发进程

（一）对复杂分子的发现

那么，人们是如何发现这些能量和安全性都极好的复杂分子呢？这就用到有机高能炸药和有关有机物晶体结构数据库了，这是个神奇的玩意，让我们从浩如烟海的有机分子中寻找到我们需要的存在，然后根据现有主要炸药结构剖析，归类并与爆轰性能与感度的关联，筛选出一批候选分子，按有机晶体中常见空间群，搭建一堆猜测堆积结构，并进行预筛选，根据晶格能计算得到较理想的炸药分子，再通过经验公式得到爆轰性能佳的炸药分子，然后提供给合成人员，并总结形成分子设计体系。

总的来说，就是找啊找啊找出一堆分子，算算看哪一分子更可行，筛掉大部分，留下来还有一小堆，再精确计算。把它整出来实物研究。

（二）炸药的工艺流程

炸药的工艺流程相对于其他的化工产品来说是相对简单的。一般现在的民用炸药（也称为工业炸药）大致有三种：膨化炸药、乳化炸药和震源药柱，膨化炸药、乳化炸药一般用于煤矿开采、开山等（乳化炸药的抗水性能好），震源药柱主要是用于石油开采。膨化炸药的原材料是硝酸铵、木粉和复合燃料油，乳化炸药的原材料是硝酸铵、复合燃料油以及发泡剂等，震源药柱的原材料是TNT和硝酸铵等。根据其使用的场地和对象不同，炸药的基本配方比例也相对应的有所调整。

（三）炸药在水下和空气中爆炸力的比较

等效TNT当量：W；爆距：R。

Z＝R/W^(1/3).

空气中冲击波峰值经验公式：P1=0.084/z+0.27/z^2+0.7/z^3.

水中冲击波峰值经验公式：P2＝52.27*(1/z)^1.13.(R要大于6倍的药包半径)

对于100Kg TNT: R=1.5m => P1/P2=0.13; R=5m => P1/P2=0.018。

可以看出空气中爆炸中心的冲击波压力峰值比水中大，但是空气中冲击波峰值随离爆炸中心的距离增大衰减很快。简而言之，空气中炸药的杀伤力和有效杀伤半径都比水中小很多。

此外，炸药在水中爆炸时，爆炸高压气体还会在水下产生气泡，500Kg TNT当量的炸药在水下爆炸时甚至会产生直径十几米的气泡。气泡膨胀收缩产生的脉动压力以及气泡坍塌时产生的射流都会对舰船产生极大的损伤。气泡脉动的周期一般和舰船的低阶振动周期差不多，可以引起舰船的折断，而气泡射流的峰值压力极大，可以使冲击波产生的局部破口进一步扩大。

综上，水下爆炸的杀伤力要更大一些。

（四）炸药和火药的比较

火药与炸药在理论上并没有严格的界线，我们对其区别一般会基于作用方式，火药是燃烧做功，炸药是爆炸做膨胀功，在应用上相互交叉的。比如，黑火药、单基药、双基药等作为发射药，推进剂时是火药，当然某种条件下实现燃烧转爆轰就进去炸药的范畴而黑索金梯恩梯等有时也作为推进剂添加剂所以我们统称为火炸药。

一般而言，学科上的分类是 :黑火药及推进剂（单基药、双基药、复合药等）为火药。TNT、黑索金等猛炸药为炸药。其作用传播过程不同（燃烧是热传导热辐射产物扩散，炸药是冲击波），产物质点与波的传播方向不同（燃烧相反，爆炸相同），速度不同

其次，火炸药范畴包括的是炸药火药烟火药三者

三、国内外研究现状及展望

目前国内外的炸药研发并不成熟，上世纪的主力炸药还没退出历史舞台，而其它奇形怪状(金属氢，反物质，全氮化合物之类的)高能材料正吸引着人们的视线，希望含能材料的研发造福人类，而不会荼毒众生。

说实在话，对于含能材料的开发已经逐渐接近一个瓶颈期，从氧化还原、N-N高能键储能到如今主流的笼形结构角张力储能，能量水平上升的空间已经越来越小，许多新型能材在性能上的些许提升完全可以用传统能材以量弥补，何况不少非常实用的二三元混合物能材，在kg级或吨级水平的做功能力上显著强于新型能材，所以新型能材的未来还是有赖于一些突破性、概念性的进展。

[1]颜小东,叶志文,崔晓荣,尤静娴. 一种新型乳化炸药专用高分子乳化剂的研发与应用[J]. 中国矿业,2014,(12):128-131.

[2]王振全. 薄煤层用乳化炸药的研发与应用[J]. 黑龙江科技信息,2014,(05):39.

[3]崔晓荣. 车制高硫矿山用乳化炸药的研发与应用[A]. 中国兵工学会民用爆破器材专业委员会.民用爆破器材理论与实践——中国兵工学会民用爆破器材专业委员会第七届学术年会论文集[C].中国兵工学会民用爆破器材专业委员会:,2012:5.

[4]孔祥云. 乳化炸药生产过程安全监控集成系统研发[D].杭州电子科技大学,2012.

Explosives in research and development, in the classical sense, is simulated according to the practical application function explosive molecules form, through empirical equation to judge the feasibility, and then make a sample for a series of tests. That determine the framework first, and then on the sensitive/passivation group. This article will expand the discussion of the explosive development, mainly the development process of explosives, explosives and the relation and distinction between of gunpowder and explosive development outlook.

special energy; Explosive; Research and development

G322

B

1007-6344（2017）03-0307-01

吴宝赫，男 1998,03,19,满族,辽宁省本溪满族自治县，在读于沈阳理工大学装备工程学院，特种能源技术与工程专业。