叠氮硝胺发射药的贮存性能研究

崔鹏腾，焦旭英，贾永杰，石先锐，胡 睿



叠氮硝胺发射药的贮存性能研究

崔鹏腾，焦旭英，贾永杰，石先锐，胡 睿

（西安近代化学研究所，陕西 西安，710065）

为研究叠氮硝胺发射药的贮存性能，采用热老化加速寿命试验预估发射药贮存寿命，通过理化性能试验、14.5mm机枪试验研究叠氮硝胺发射药长期贮存后的理化性能、内弹道性能。结果表明，采用热加速老化法预估叠氮硝胺发射药的安全存储寿命（常温30℃）为63a，与普通双基吸收药相比，具有更好的安定性；长贮23a以上的叠氮硝胺发射药理化性能、安定性、内弹道性能稳定。研究表明叠氮硝胺发射药可以满足弹药装药长期贮存使用要求。

发射药；叠氮硝胺；贮存性能；热分解

叠氮硝胺发射药[1-2]具有能量调节范围广、燃速高、力学性能好、工艺适应性强[3]的特点，目前已应用于小口径速射武器装药及大口径火炮装药。叠氮硝胺发射药本质上是一种含有叠氮硝胺[4-5]和硝化甘油的NC浓溶液，在贮存时可能发生吸湿、挥发性溶剂挥发、增塑剂迁移与汗析现象等问题，易导致发射药燃烧性能发生变化，进而影响发射药的弹道性能。因此，有必要对叠氮硝胺发射药的贮存性能进行研究验证，为其大范围应用提供技术支撑。黄振亚等人[6]对比研究了加速老化试验前后叠氮硝铵发射药样品的14.5mm机枪试验内弹道性能，以判定其长贮稳定性。本研究通过热老化加速寿命试验预估叠氮硝胺发射药的安全贮存寿命，对比分析经过长期自然贮存后叠氮硝胺发射药的理化性能、内弹道性能，为叠氮硝胺发射药寿命预估及装药应用提供技术参考。

1 实验

1.1 试验样品制备

叠氮硝胺发射药配方（质量分数）：NC66%，DIANP22.5%，NG10%，安定剂1.5%。试样制备采用半溶剂挤压成型工艺：吸收→压片→塑化→压伸成型→切药→烘药→光泽→混同→包装。塑化过程中硝化棉与溶剂的质量比为1∶0.22，乙醇和丙酮混合溶剂的质量比为1∶1。1993年制备的6/7七孔粒状叠氮硝胺发射药，自然贮存23a，贮存条件为温度低于30℃，湿度小于80％，代号为DA-6/7-1993。2016年采用同等工艺条件制备6/7七孔粒状叠氮硝胺发射药，代号为DA-6/7-2016。

1.2 热加速老化试验

按照GJB 770B-2005 506.1预估安全贮存寿命热加速老化法相关要求，进行叠氮硝胺发射药（DA-6/ 7-2016）热加速老化试验，加速老化温度分别为65℃、75℃、85℃和95℃，老化一定时间后定期取出一部分样品进行安定剂含量检测。

1.3 理化性能测试

采用快速溶剂萃取技术和高效液相色谱法（ASE-HPLC）[5]测定DA-6/7-2016叠氮硝胺发射药样品中安定剂含量。按照GJB 770B-2005发射药相关理化性能测试要求，进行自然存贮前后叠氮硝胺发射药样品（DA- 6/7-1993）的爆热、水分、内挥、密度和甲基紫变色时间测试。采用美国TA公司DSC910S型高压差示扫描量热（PDSC）分析仪测试高压（3MPa）条件下样品的热分解性能，铝质样品池，样品量＜2mg，升温速率为10℃/min，动态氮气气氛，流速为40mL/ min。

1.4 弹道性能试验

采用1956式制式14.5mm机枪试验平台，测试长期自然存贮前后的叠氮硝胺发射药样品（DA-6/7- 1993）在高低常温（20℃、-40℃、50℃）下的初速、膛压。

2 结果与讨论

2.1 叠氮硝胺发射药的安全贮存寿命预估

发射药在贮存过程中发生质量变化的根本原因是发射药的自催化分解，安定剂可以减缓发射药的自分解速度，从而延长发射药的使用寿命。本研究采用热老化加速寿命试验，进行叠氮硝胺发射药安全贮存寿命预估。图1为叠氮硝胺发射药的热老化加速寿命试验曲线，以DA-6/7-2016发射药为样品进行了65℃、75℃、85℃和95℃ 4 个温度点的加速老化试验，并跟踪测定有效安定剂含量的变化，以有效安定剂消耗50%作为安全贮存寿命的临界点。

图1 叠氮硝胺发射药95℃、85℃、75℃和65℃热老化加速试验曲线

在图1上，通过安定剂含量50%消耗点作一水平线，求出叠氮硝胺发射药在各温度上老化时安定剂含量下降50%的时间，最后用线性最小二乘法按贝瑟洛特（Berthelot）方程式（1）进行线性回归，计算出叠氮硝胺发射药在常温（30℃）下的安全贮存时间。

=+log（1）

式（1）中：，为系数。分析图1热加速老化试验曲线，获得叠氮硝胺发射药在95℃、85℃、75℃和65℃温度下消耗50%有效安定剂所对应的老化时间分别为6.81 d、22.27 d、88.93 d和278.04 d。

通过贝瑟洛特方程（1）进行线性回归，求得方程的实验式为：=110.203 6-18.377 6log（2）

外推至30℃，求得叠氮硝胺发射药在常温(30℃)的安全贮存寿命：30≈ 63a。普通双基体系发射药安全贮存寿命为30~40a，因此，叠氮硝胺发射药具有更好的安定性。

2.2 叠氮硝胺发射药的长贮理化性能

将1993年制备的叠氮硝胺发射药（DA-6/7-1993）自然存放23a，对样品长期贮存前、后的理化性能进行对比分析，结果见表1。

表1 贮存前后理化性能

Tab.1 The physical chemistry performance before and after storage

图2 长贮后的叠氮硝胺发射药样品

长贮后的叠氮硝胺发射药如图2所示，其表观形貌良好，无发粘、结团现象，无汗析特征。由表1可见，长贮前、后叠氮硝胺发射药密度、燃烧层厚度无变化，水分、爆热值变化低于3%，表明叠氮硝胺发射药长期贮存后基本理化性能保持不变，因此叠氮硝胺与硝化棉体系性能稳定，各组分物理化学相容性良好，在自然条件下可以长期稳定存放。同时，经过长时间的贮存，发射药会发生轻微的吸潮及自催化分解反应，表现为内挥发分含量降低，但其主要物理、化学性能不发生显著变化，反映了叠氮硝胺发射药长贮过程中自催化分解速度比较缓慢。

2.3 叠氮硝胺发射药安定性

为进一步研究发射药长贮前后的安定性，进行了甲基紫试验和DSC试验，试验结果见表2。由表2可知，经过23a的自然贮存，叠氮硝胺发射药甲基紫试纸变色时间变化不显著，热分解峰温度基本没有变化，热安定性没有明显改变，可以长期存放。

表2 甲基紫试验、DSC试验结果

Tab.2 Results of methyl-violet test and DSC test

分析认为，叠氮硝胺发射药在贮存过程中，自催化分解反应缓慢地放出CO2、NO2等氧化性气体，这些分解气体被中定剂及时地吸收，减少了分解气体的聚集量，表现为甲基紫变色时间变化不大，发射药安定性好。此外，叠氮硝胺发射药长贮前后的热分解温度分别为192.9℃和192.1℃，且试验过程中均只出现1个分解放热峰，说明经过长期存放后各组分之间结合良好，没有组分分离析出情况。其可能原因是叠氮硝胺对硝化棉良好的增塑能力，而且叠氮硝胺与硝化甘油可以完全互溶，能够形成低共溶混合物，有效提高了叠氮硝胺发射药组分间的结合力，保证了其长期存储期间的稳定性。

2.4 内弹道性能验证

叠氮硝铵发射药长贮前后的内弹道性能试验结果见表3。由表3可以看出，长贮前、后叠氮硝胺发射药常温（20℃）下膛压、初速变化浮动低于0.5%，低温（-40℃）、高温（50℃）膛压、初速浮动不超过3%，考虑测试数据采集误差的影响，可以认为叠氮硝胺发射药长贮23a后弹道性能基本无变化，燃烧性能稳定，燃速基本保持不变，并且高低常温，燃烧过程未出现侵蚀、解体等不良现象。

表3 叠氮硝胺发射药长贮前后的内弹道性能

Tab.3 Interior ballistic performance of azidonitramine gun propellant before and after storage

3 结论

（1）叠氮硝胺发射药预估安全贮存寿命为63a，而普通双基体系发射药安全贮存寿命为30~40a，说明叠氮硝胺发射药具有更好的安定性。（2）长贮23a以上的叠氮硝胺发射药理化性能良好，安定性能稳定，自然条件下可以长期安全稳定存放。（3）叠氮硝胺发射药长贮后燃烧性能稳定，内弹道性能没有明显变化，可以满足弹药装药长期贮存使用要求。

[1] 魏学涛,卿辉,崔鹏腾,等.叠氮硝胺发射药燃烧性能调控技术[J].火炸药学报,2004,27(4):46-49.

[2] 余斌. 9mm警用转轮手枪弹采用的新型叠氮硝胺发射药[J].轻兵器,2006(6):29.

[3] 贾林,陆洪林,韩芳,等.叠氮硝胺对硝基胍发射药热行为的影响[J].火炸药学报,2015,38(3):90-93.

[4] Flanagan J E．1,5-diazido-3-nitrazapentane and method of preparation thereof:US,5013856[P].1991．

[5] 贾林,张皋,胡玲,等.ASE-HPLC检测某型号球形发射药中的叠氮硝胺、硝化甘油、Ⅱ号中定剂含量的研究[J].分析测试技术与仪器,2008,14(4):222-225.

[6] 黄振亚,范建芳,陈余谦.叠氮硝胺发射药的表面钝感试验研究[J].火炸药学报,2013,36(2):62-64.

[7] 牛加新,孙贵之,张余清,等.双安定剂发射药化学安定性及安定剂作用机理[J].含能材料,2012,20(5):614-617.

Study on the Storage Performance of Azidonitramine Gun Propellant

CUI Peng-teng , JIAO Xu-ying ,JIA Yong-jie，SHI Xian-rui，HU Rui

(Xi’an Modern Chemistry Research Institute, Xi’an, 710065)

In order to study the storage performance of azidonitramine gun propellant, the storage stability life was investigated by the thermal accelerated test, as well as the long-storage stability was investigated by physical chemistry performance tests and 14.5mm gun tests. Results show that the safe storage life at 30 ℃obtained by Berthelot’s equation is 63years, which is better than that of double-based propellants. The storage performance and interior ballistic performance of azidonitramine gun propellant storaged 23 years is stable. The study indicate that azidonitramine gun propellant can meet the long storage requirement of ammunition.

Gun propellant；DIANP；Storage performance；Thermal decomposition

1003-1480（2018）03-0035-03

TQ562

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.03.009

2017-11-12

崔鹏腾（1979 -），男，副研究员，主要从事发射药配方与工艺研究。