HMX基混合炸药药柱膨胀规律的探究

陈明磊，马 骁，向凯轮



HMX基混合炸药药柱膨胀规律的探究

陈明磊，马 骁，向凯轮

（甘肃银光化学工业集团有限公司，甘肃 白银，730900）

为了探究HMX基混合炸药药柱的膨胀规律，对两种代表性的炸药药柱进行了压制压力、热循环和老化等试验，并对其影响机理进行了分析。结果表明：增加压制的压力，药柱密度会不可逆地增加，放置24h后药柱体积膨胀会逐渐减小；药柱增大主要出现在最初的几个热循环中，且随着循环次数的增加基本停止；在老化试验中药柱体积增加幅度最大也出现在最初的时间内，随着时间的增加，增加幅度逐渐减小，而药柱质量随老化时间的延长逐渐减小。

HMX基炸药；膨胀；热循环；老化实验

HMX具有良好的力学性能和安全性，一般与黏结剂混合成形后使用，其热物理性能由各组分和工艺过程所决定[1-3]。由于各组分热物理性能的差异，以及组分之间的相互作用界面影响，HMX基混合炸药的物理性质便更为复杂[4]。膨胀是HMX基混合炸药普遍存在的一种物理现象，而炸药的热膨胀性能是弹药药品质量选择的前提，因此，能够准确地探究炸药的膨胀规律显得尤为重要。

为了探究HMX基混合炸药的膨胀特性，本文探究了此类型压制成型的药柱在不同压制参数和热循环及老化实验下膨胀的规律。

1 试验

1.1 材料与仪器

材料：A（HMX/Binder 96/4）和B（HMX/GAP 95.5/4.5）两个HMX基配方的混合炸药。

仪器：压力试验机（济南恒瑞金试验机有限公司），老化烘箱，标准压药模具（内径Ф20mm），电子天平，螺旋测微器，药勺、手套及纱布等。

1.2 测试方法

（1）两种不同的炸药均只改变压力试验机的压力（6~13t），保压30min ，使药柱的内应力趋于平衡，提高药柱的密度均匀性。每个吨位下各压制Ф20mm×20mm药柱5发并编号。用螺旋测微器测量每批药柱的初始平均轴向尺寸和直径，用电子天平称量质量以后计算其密度，并取平均值。静置24h后再进行测量，计算其密度。（2）将压制后A和B两种混合炸药药柱在70℃条件下处理（100h），分析处理前后药柱的密度变化。（3）将压制后A和B两种混合炸药药柱进行热循环试验。自然放置30d充分释放应力，试验条件为：室温~-40~70℃~室温，升温速率为10℃·h-1，且在-40℃和70℃时各恒温2h，每循环一定的次数后，测量药柱的尺寸和密度。（4）参照 GJB 736.8-90 火工品试验方法71℃试验法，将老化试验用药柱放在控温精度为±1℃、设定温度为71℃的试验箱内进行加速老化试验，老化55d，并测定2种药柱的密度变化。

2 结果与讨论

2.1 压制参数对炸药密度的影响

两种不同压力条件下压制成的药柱在实验前后的密度变化见表1，绘制两种药柱膨胀前后的压力——密度图，见图1~2。

表1 压制压力对两种药柱膨胀的影响 （g·cm-3）

Tab.1 Influence of press pressure on the expansion of two grains

图1 A药柱密度与压制压力的关系曲线

由表1和图1~2可以看出，在常温下压制的两种炸药随着压制压力的增加，药柱成型后的密度逐渐增大，放置24h以后，密度衰减率随压制压力增加而减小，即体积膨胀率减小。这说明压制药柱的压力越大，药柱内部结构越致密，其内部孔隙率越小，药柱在静置以后整体体积的不可逆膨胀趋势也变小。

图2 B药柱密度与压制压力的关系曲线

2.2 热处理对药柱密度变化的影响

热处理是对炸药药柱在压制成型以后进行的一种松弛药柱内部应力的处理方法，处理后的药柱随着应力的消除，密度也会随之减小。表2是两种混合炸药在70℃下处理100h后密度的变化情况。

表2 热处理对两种药柱密度的影响 (g·cm-3)

Tab.2 The effect of heat treatment on the charge density of two grains

由表2可以看出，两种炸药经过热处理以后，药柱的密度均减小，且减小的程度不同，这可能是由于两种炸药中不同添加剂的性质所引起的。

2.3 热循环对密度尺寸和密度的影响

药柱在室温~-40~70℃~室温循环一定的次数后，药柱的尺寸和密度均会发生变化，表3是两种药柱的轴向尺寸随着热循环次数的增加发生的变化及相应的膨胀率。从表3中可以看出，随着热循环次数的增加，药柱的尺寸逐渐趋于稳定，两种药柱的增大主要出现在前10次中，约完成总膨胀率的70%~90%，当循环达到25次以后，药柱的尺寸基本不发生变化。

表4是A和B两种药柱的密度在热循环过程中的变化情况。

表3 热循环后两种药柱轴向尺寸的变化

Tab.3 The size change of two grains after thermal cycle

表4 热循环后两种药柱密度的变化 （g·cm-3）

Tab.4 The charge density change of two grains after thermal cycle

从表4中可以看出，两种药柱的密度减小主要出现在最初的10个循环中，当循环次数超过15次以后，药柱的密度较小程度减缓，基本不变。

2.4 老化时间对体积与质量的影响

在老化试验时，对两种药柱监测其体积和质量随老化时间的变化率，数据见表5。

表5 两种炸药药柱老化前后的体积、质量变化率

Tab.5 The volume and mass change rate of two grains after aging test

由表5 中数据可知，在 71℃老化时，两种药柱体积变化的趋势为逐渐膨胀，随着老化时间的延长，体积膨胀率逐渐减小；药柱的质量则是一直处于减小的趋势。药柱体积的变化趋势，主要是因为在药柱压制过程中承受很大的压力，在无约束的高温环境下，内应力开始缓慢释放；同时高分子材料在高温作用下，其本身存在受热体积膨胀的特性，两方面的综合作用使药柱体积逐渐膨胀。作为粘结剂的复合高分子材料存在少量易挥发的低分子量成分，在受到高温作用时容易挥发。随着挥发性成分由固体变成气体溢出药柱，药柱内部逐渐产生一些微小的气泡，在外界压力的作用下，药柱内气泡体积缩小，最终导致药柱体积膨胀变小。

同理，随着挥发性成分的溢出，药柱质量随老化时间的延长而逐渐变小。

3 结论

综上所述，通过对A（HMX/Binder 96/4）和B（HMX/GAP 95.5/4.5）两个HMX基配方的混合炸药的膨胀现象进行探究，得出结论：

（1）压制药柱的压力越大，药柱内部结构越致密，其内部孔隙率越小，药柱在静置以后整体体积的不可逆膨胀变小。

（2）两种炸药在经过热处理以后，由于不同的添加剂性质的影响，药柱的密度均减小，且减小的程度不同。

（3）随着热循环次数的增加，两种HMX基药柱的轴向尺寸逐渐增大，且主要出现在前10次中。

（4）药柱在 71℃老化时，体积逐渐膨胀后开始逐渐缩小；质量随着老化时间的推移逐渐减小。在老化55d的时间里，体积和质量的变化率都小于 0.1%。

[1] 宋小兰,安崇伟,郭效德,等. 制备工艺对HMX机械感度和热分解特性的影响[J].含能材料,2008,16(06):698-702.

[2] 刘子如,阴翠梅,刘艳,等. RDX和HMX的热分解II.动力学参数和动力学补偿效应[J].火炸药学报,2004,27(04):72-75.

[3] 吴艳光,吴晓青,陈洪伟,等.不同晶型奥克托今用于硝胺发射药的性能[J].含能材料,2009,17(02):206-209.

[4] 成健,姚其正,刘祖亮.2,6-二氨基-3,5-二硝基吡啶-1-氧化物的合成新方法[J].含能材料,2009,17(2):166-168.

Study on the Expansion Rule of HMX Based Composite Explosive Grain

CHEN Ming-lei, MA Xiao, XIANG Kai-lun

（Gansu Province Yinguang Chemical Industry Group Co.Ltd.，Baiyin，730900）

In order to study the expansion rule of HMX based mixed explosive grain, two kinds of representative explosive grain were tested, the influences of press pressure, thermal cycle and aging test on the grain expansion were studied. The results indicate that as increasing the press pressure, the charge density increased in irreversible, while the grain volume expansion after standing for 24h decreased gradually. The increase of grain size occurred mainly in the first few thermal cycles, and with the increase of cycle number, the increase tendency basically stopped. In the aging test, the maximum amplitude of volume increase for grain appeared in the initial time, and decreased gradually over time.

HMX based explosive；Expansion；Thermal cycle；Aging test

1003-1480（2018）05-0041-03

TQ560.6

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.05.011

2018-05-27

陈明磊（1986 -），男，助理工程师，从事含能材料性能测试研究。