含RDX高能发射药热化学安定性的研究

张冬梅，张林军，丁 黎，刘文亮，张玉成，王 琳，李 燕

（西安近代化学研究所分析测试中心，陕西 西安，710065）

高能量是高膛压身管武器对发射药的基本要求，也是相关领域的主要研究方向[1]。新型高能发射药是近年来不断涌现出的且有些已得到应用的一大类新型发射药，新型高能发射药包括高能硝胺发射药、太根发射药、硝基胍发射药等，是以双基粘合剂为基本组分，再加入黑索今（RDX）、太根（TEGN）和硝基胍（NQ）等含能组分制得的。

发射药在工艺生产中和库房的堆积贮存中，通常因各种因素在化学上存在安定性的问题，新型高能材料加入后对保证高能发射药在工艺过程中安全生产，和弹药服役期的安全贮存和使用有更重要的意义，因此，研究各种组分对高能发射药安定性的影响是十分必要的[2-4]。

含RDX的高能硝胺发射药是我国目前技术比较成熟、能量最高、强度尚好、燃烧性能基本稳定的新型发射药，大、中、小口径的多次弹道试验表明，该发射药内弹道性能基本上满足了高性能火炮发射装药的要求，但其配方组成对化学安定性的影响尚未见报道。

1 实验

1.1 样品

制备组分含量变化的系列配方样品共5组，第1组为具有不同RDX含量的样品，第2组为C2含量不同的样品，第3组分别为含Al2O3和MgO的样品，以上3者为含RDX发射药；以下2组为双基组分发射药，第4组分别为DEP、DBP含量不同的样品，第5组为NC/NG含量比例不同的样品。样品配方关键组分含量见表1。

表1 系列配方样品主要组分含量Tab.l Contents of main components for five series of double base propellants

1.2 仪器和实验条件

采用YC-1型真空安定性试验仪，西安近代化学所自制，试样量为5g，实验温度90℃，实验时间48h，以5g样品48h放出气体的标准体积评价安定性；甲基紫试验仪为德国MT-1，试样量为 2.5g，实验温度120℃，以甲基紫试纸变色的时间评价安定性。

2 结果与讨论

5组样品的真空安定性试验（VST）和甲基紫试验结果列于表2。由表2真空安定性试验（VST）和甲基紫试验数据看出，第1组配方中RDX含量越大，含RDX双基发射药的VST放气量越小，安定性越好。同样，甲基紫试验温度120℃下放出的氧化性气体也越少，试纸变色时间越长，安定性也越好。这是因为组分RDX与双基组分NC/NG比较，有较高的分解温度，RDX有较高热稳定性，在同样的温度下RDX的放气量小于双基组分（见表 2），因此，VST和甲基紫试验测定的RDX改性双基发射药安定性，随RDX含量的增加而提高。

表2 真空安定性试验（VST）和甲基紫试验数据Tab.2 Data of VST and methyl-violet test for five series of double base propellants

第2组样品随C2含量的提高，虽然甲基紫试验试纸变色时间的变化不十分明显，也没有规律，但VST放气量却是增大的。这可做如下的解释：安定剂的作用原理是吸收双基组分分解放出的 NO2，削弱NO2和反应物的二次反应（即加速分解反应），延长分解诱导期（或称延滞期），所谓“诱导期”是加速分解前分解速度很小的时间段。但安定剂不能抑制NC和NG等硝酸酯分解放出NO2的过程，即不影响NO2的产生。VST和甲基紫试验的时间都较短，在它们测试的温度和时间内，第2组配方中即使C2含量最小的 LH-8都仍处在分解诱导期，C2含量大小对NO2放出量影响不大，因此甲基紫试纸变色时间变化不大。但是，所谓C2（二甲基二苯脲）吸收NO2，实质上是与其反应生成除氮氧化物外的其它气体，如CO2、CO等，它们的生成量随C2含量的增加而增加，所以，VST测定的放气量也就随C2含量的增加而增大。此时，NO2可能变为NO，氮氧化物的总量可能变化不大，这是甲基紫试纸变色时间变化不大的又一种可能解释。因此，这两种试验都不能评价 C2含量的影响，表明了这两种方法的局限性。

第3组样品中的LH-14是在LH-2中加入2.0%Al2O3，虽然甲基紫试纸变色时间稍稍变短，但 VST放气量下降，加入2.0% MgO（LH-15）后，放气量也下降，表明加入该两种金属氧化物有利于RDX改性双基发射药安定性的提高，而加入 MgO比加入Al2O3对提高发射药安定性的作用更显著。

第4组样品是在LH-19中加入两种增塑剂DEP和DBP，从LH-19到LH-22和LH-23，或从LH-19到LH-24和LH-25，随着DEP或DBP加入量由0增加至5%和10%，VST放气量逐渐变小，甲基紫试验试纸变色时间有逐渐变长的趋势，这些表明双基发射药的安定性逐渐改善。这两种安定性试验的数据都显示：与DEP相比，加入DBP对提高该类硝胺双基发射药的安定性有更好的效果。

第5组样品中组分变化是双基组分NC含量比例逐渐变小，NG含量比例逐渐变大。表2中的数据表明，随着NC/NG含量比的下降，虽然甲基紫试纸变色时间变化不大，但 VST放气量逐渐变大。这可能与该两组分的分解机理有关，虽然通常认为它们分解初始过程都是 O-NO2键断裂生成 NO2，之后，通过NO2与其它产物或反应物之间的二次反应，产生各种气体产物。包括NO2在内的各种气相产物是否容易逸出凝聚相反应区是影响该二次反应的主要因素，也是影响 VST放气量的主要因素。已有实验证明，由于NG为液体，NO2和其它气相产物容易逸出NG的反应区，而NC在VST和甲基紫试验温度下为固体，部分分解后的残渣分解仍为聚合物，生成的大量的NO2仍会较长时间滞留在聚合物骨架中。因此，NG含量提高，NC含量减少，表明将会有更多的NO2逸出凝聚相反应区，将加强二次反应，放出更多的气体，这就提高了VST测定的放气量。

3 结论

RDX、C2、Al2O3和 MgO、DEP和DBP的含量及NC/NG含量比的变化，都对含RDX高能发射药热化学安定性有一定的影响，这些因素对含RDX的高能发射药安定性的影响都能用真空安定性试验（VST）和甲基紫试验表征。但由于C2和NC/NG体系在低温下分解机理的特殊性，真空安定性试验（VST）和甲基紫试验的结果都有异于正常表征安定性的结果，说明不同体系或不同分解阶段的不同作用机理可能会造成不同方法评价结论的差异，在选择安定性评价方法时需考虑作用机理及安定性方法的原理。

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