包覆硝胺类炸药的发展现状及展望

苑媛，刘天生

（中北大学化工与环境学院，山西太原030051）

包覆硝胺类炸药的发展现状及展望

苑媛，刘天生

（中北大学化工与环境学院，山西太原030051）

硝胺类炸药固体填料被包覆后，将改变其与周围组分接触的表面积，使得其分解和燃烧过程中的传热和传质受到一定程度的影响，不仅可改善固体推进剂的力学性能，而且对燃烧性能和感度也将产生很大的影响。水性聚氨酯具有气味小、环境友好、节能、操作加工方便等优点，用其包覆硝铵炸药可以改善硝铵炸药的感度及流散性能。

硝胺类炸药;胶粘剂;水性聚氨酯

目前研究的改性双基推进剂中硝胺类炸药的含量已提高到55%，有些配方甚至高达60%以上；而复合推进剂（NEPE）中的硝胺类炸药的含量高达70%～80%[1]。硝胺炸药含量过大，在满足能量要求的同时，也会带来很多问题，如推进剂的力学性能降低、机械感度升高等。混合炸药的流散性、成型性及安全性降低[2]。

硝胺类炸药，如黑索今（RDX）等固体填料被包覆后，将改变其与周围组分接触的表面积，使得其分解和燃烧过程中的传热和传质受到一定程度的影响，不仅可改善固体推进剂的力学性能，而且对燃烧性能和感度也将产生很大的影响。

硝铵类炸药表面包覆材料较多，其常用材料主要包括两类：钝感剂和高分子聚合物。

1 钝感剂

硝铵类炸药常用的钝感剂有硬脂酸、石蜡和石墨等。用钝感剂包覆能较好地降低炸药的机械感度，但是目前所用的钝感剂大都是惰性的，过量使用会损耗炸药的输出能量。

Manning等[3]对用在推进剂中的硝胺炸药进行了石墨包覆研究，其方法是把硝胺炸药颗粒放入混有石墨的一种易挥发溶剂中，然后蒸发掉溶剂，完成包覆，并对撞击感度等进行检测。结果表明，包覆后的硝胺炸药比未包覆的撞击感度降低40%。

王晓丽等[4]用物理气相沉积（PVD）技术在RDX表面上包覆了一层硬脂酸薄膜，并对包覆后的RDX进行了撞击感度和摩擦感度测试，结果表明随着硬脂酸含量的增加，其机械感度也相应降低。张树海[5]等则运用超临界溶液快速膨胀（RESS）技术对硝胺炸药颗粒进行了包覆，包覆剂选用的是硬脂酸，结果同样表明包覆后的撞击感度明显降低。

2 高分子聚合物

聚氨酯具有良好的物理机械性能，优异的耐寒性、弹性、高光泽、软硬度随温度变化不太大、耐有机溶剂等优点，在混合炸药和推进剂等领域得到了广泛应用。

Smith等[6]运用溶液悬浮法用聚丙烯酸酯对RDX和HMX进行了包覆，制造出了可压缩的钝感塑性炸药。Chan[7]等以聚叠氮缩水甘油醚GAP为粘结剂、以含能的物质三羟甲基乙烷三硝酸酯（TMETN）和二缩三乙醇二硝基酯（TEGDN）的混合物或以2,2-二硝基丙基缩甲醛/乙醛（BDNPF/A）为增塑剂对RDX和HMX进行了包覆，制成了一种高能钝感、机械性能良好和防老化性能优异的混合炸药。Simp-son RL等[8]用GAP包覆了CL-20，包覆后的炸药撞击感度、摩擦感度和静火花感度等都大有改善，与LX-14炸药相当。

Allen用水溶性蛋白质作为HMX、RDX的包覆原料，制成微烟双基推进剂，可增加填料与推进剂粘结基体间的粘结，使推进剂的低温抗张强度显著提高，但高温抗张强度增加幅度较小。常温下的抗张强度也有提高，但延伸率变化不大。Dehm采用多元醇与多异氰酸酯作用，对HMX、RDX进行包覆，使改性双基推进剂的抗张强度有较大幅度的提高，而延伸率变化不大。虽然包覆后的颗粒表面上带有异氰酸酯基团，使其应用受到一定的限制，但他所提出的包覆原料的选择为以后的工作打下了基础[9]。

树形分子键合剂（DBA）是国内研究人员最近研发的一种新型键合剂，它是以聚氨基酰胺（PAMAM）树形分子为骨架的树形键合剂。DBA具有较大的相对分子质量（103～105）并含有多个末端基官能团，包括极性较大的腈基和能够与粘合剂网络形成主化学键的羟基。

潘碧峰[10]等用此类键合剂对RDX进行了包覆，指出树形键合剂（DBA）在RDX晶体表面形成了一层粘流状的吸附层，发现键合剂和RDX的NO2基团形成了氢键，证明了DBA作为RDX键合剂的有效性。

刘云飞等[11]采用乳液聚合法制备了聚丙烯酸乙酯乳液，然后用加入明矾破乳法对HMX进行了包覆，包覆后的HMX热分解温度基本不变，感度有所下降。

陆铭等[12]分别以水性聚氨酯乳液和聚氨酯/丙烯酸酯核/壳乳液包覆了RDX。通过外壳溶出实验，包覆层的质量分数为1.48%，而撞击感度的特性落高值较包覆前提高了约50%；此外，他们还研究了在相同的水性聚氨酯乳液（WPU）包覆量下，破乳法和乳液聚合法包覆RDX对其撞击感度的影响，研究结果表明破乳法包覆的RDX的撞击感度明显高于乳液聚合法包覆得到的RDX。

3 展望

硝铵炸药包覆的胶粘剂应具备以下性能：

①本身具有良好的热安定性、化学安全性和耐老化性；②与爆炸组分、其它添加剂要有良好的物理和化学相容性；③应具有良好的粘结作用、包覆作用和润湿作用；④为了提高安全性，应当具有良好的钝感作用；⑤对炸药颗粒具有良好的润湿性、良好的包覆作用和粘结作用，以提高爆炸组分的含量和产品的质量；⑥应具有良好的工艺性、塑性和溶解性；⑦易合成，价格低廉，宜于大量生产，无毒性。

水性聚氨酯是能溶于水或能均匀分散于水中的一类聚氨酯，具有气味小、环境友好、节能、操作加工方便等优点[13]。虽然水性聚氨酯包覆硝铵炸药可以改善硝铵炸药的感度及流散性能，但由于水性聚氨酯主要通过物理作用力而非化学键力进行粘结，因此其粘结力较溶剂型差，导致其对硝铵炸药包覆的粘结力不高，包覆效果不是很理想[14]。

通过实验合成改性水性聚氨酯，增加水性聚氨酯对硝铵炸药粘结强度，并进行探讨改进包覆工艺条件，最终获得具有较低感度和整体流散性良好的硝铵炸药。因此，水性聚氨酯在硝铵炸药的应用将成为发展的重点[15]。

［1］张晓宏,赵凤起,谭惠民,等.用键合剂改善硝胺CMDB推进剂的力学性能[J].火炸药学报,2005,28(2):1-5.

［2］安崇伟.硝胺炸药的表面包覆及其对推进剂性能的影响研究[D].南京理工大学,2008.

［3］Manning.Reduction of energetic filler sensitivity in propellants through coating[P].USP6 524706,2003.

［4］王晓丽,焦清介,李国新,等.钝化黑索今薄膜及其感度的研究[J].火工品,2003,(3):23-26.

［5］张树海,苟瑞君,张景林,等.硝胺炸药的超临界溶液快速膨胀包覆技术研究[J].火工品,2004,（2）:20-26.

［6］Smith,Kjell-Tore.Pressable plastic.bound explosive composition[P].USP20050072503,2005.

［7］Chan.Energetic binder explosive[P].USP5316600,1994.

［8］Simpson R L,Urtiew PA,Ornellas D L,eta1.CL-20 performance exceeds that of HMX and its sensitivity is moderate[J].Prop Expos Pyrotech,1997,22:249.

［9］周彩元,吴晓青,邓茂盛,等.改性水性聚氨酯乳液包覆的合成研究[J].中国胶粘剂,2010,19(1):40-43.

［10］潘碧峰,张磊,罗运军,等.树形键合剂包覆RDX及其相互作用研究[J].推进技术,2003,24(5):470-473.

［11］刘云飞,杨荣杰,谭惠民,等.聚丙烯酸乙酯包覆奥克托金(HMX)的研究[J].北京理工大学报,1998,18(3):370-374.

［12］陆铭,陈煜,孙杰,等.水性聚氨酯乳液的制备及其在含硝胺推进剂中的应用[J].精细化工,2004,21(11):876-880.

［13］胡孝勇,陈薇,乐志文,等.水性聚氨酯胶黏剂的改性研究进展[J].化学与黏合2009,31(1):57-61.

［14］郭文杰,傅和青,黄洪,等.水性聚氨酯胶粘剂研究进展[J].粘接,2007,28(4):36-39.

［15］RAHMANMM,KIM HAN-DO.Characterization of waterbrone polyurethane adhesives containing different soft segments[J].Adhesion Sci.Technol.,2007,21(1):81-96.

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.02.005

TA564.4+2

1008-1267（2011）02-0012-02

A

2010-11-02