老化对HMX/RDX基含铝炸药爆热及爆速性能的影响研究

黄亚峰，赵省向，李文祥，杨建刚，李欣，刘文亮

（西安近代化学研究所，陕西 西安，710065）

武器弹药老化研究一直是关系到武器弹药的安全储存与使用的重要问题，美国在武器延寿计划(SLEP)、核心监测计划(CSP)、武库科学研究与管理计划(SSMP)、增强监测计划(SEMP)等武器弹药的各种研究计划中均将武器弹药老化列为研究内容之一[1]。对于武器弹药的老化试验一般采用加速老化法和自然储存老化法。国外对于炸药的老化试验研究主要集中在老化对高分子粘结炸药组分、相容性、内部细观损伤、力学性能、化学稳定性、热稳定性等性能方面的影响[2-4]。国内对高分子粘结炸药的老化试验研究结果表明：PBX炸药老化后，其冲击波感度、模量、破坏强度、破坏应变、稳态蠕变速率等力学性能指标均未发生明显的变化[5-7]。为表征老化对装填含铝炸药战斗部的长储安全以及毁伤性能的影响，本文主要对HMX/RDX基含铝炸药在71℃下老化后的体积、质量、爆热、爆速进行研究。

1 试验部分

1.1 原料准备

测爆热药柱的准备：将配方为65（HMX/RDX）/30Al/5钝感粘结剂的HMX/RDX基的含铝炸药造型粉压制成外形尺寸为Ф25mm×25mm、密度为1.85g/cm3的药柱8发，测爆热。

测爆速药柱准备：将配方为65（HMX/RDX）/30Al/5钝感粘结剂的HMX/RDX基的含铝炸药造型粉压制成外形尺寸为Ф20mm×20mm、密度为1.85g/cm3的药柱28发，测爆速。

1.2 试验方法

1.2.1 药柱的老化

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45d、55d后分别取出测爆热、爆速。

1.2.2 爆热测试方法

按照GJB 772A-1997方法701.1绝热法测试爆热。在-0.094MPa的真空度下，将质量为25g、直径为25mm的试验样品在容积为5.8L的爆热弹内引爆，以16.5L的蒸馏水作为测温介质，用精确度为1‰的精密测温仪实时跟踪测量水温，根据爆热弹系统的热容值及温升值求出单位质量的实验样品的定容爆热值，连续3发试验数据误差不超过3%，其平均值即为炸药爆热。

1.2.3 爆速测试方法

按照GJB 772A-1997方法702.1电测法测试爆速。利用炸药爆轰波阵面电离导电特性，用测试仪和电探针测定爆轰波在一定长度炸药柱中传播的时间，通过计算求得炸药的爆速。每个样品测试2组数据，每组7个样品，爆速数据采用14发试验的平均值。

2 结果与讨论

2.1 药柱老化前后体积和质量变化

武器弹药在受到外界温度刺激时，如果装药体积发生明显变化，则使弹体承受内部压力，存在一定的安全隐患。因此，在老化试验时，选取测量爆速用的3发Ф20mm×20mm的药柱，监测其体积、质量随老化时间的变化率，数据见表1。

表1 HMX/RDX基含铝炸药药柱老化前后的体积、质量变化率Tab.1 Bulk and mass change ratio of the HMX/RDX based aluminized explosive after aging test

由表1中数据可知，在71℃老化时，药柱体积变化的趋势为先逐渐膨胀，膨胀到最大时，开始逐渐缩小；对于药柱的质量则是一直处于减小的趋势。药柱体积先膨胀后缩小，主要是因为在药柱压制过程中承受很大的压力，使作为粘结剂的复合高分子材料本身储存了一定的内应力，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；在高温作用下，作为钝感粘结剂的复合高分子体系中的低分子易挥发成分由固态变成气态，体积增大，也会使药柱体积变大。综合以上各方面的原因，药柱长时间受到高温作用，体积会逐渐膨胀直至最大。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，因此，药柱质量随着老化时间的推移而逐渐减少。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，最终导致药柱体积变小。

2.2 爆热

HMX/RDX基含铝炸药药柱71℃下老化后以及老化前的爆热试验数据见表2，炸药在71℃下老化45d、55d后的爆热与老化前爆热的变化率分别为0.67%和-0.65%，都在1%之内，在爆热测试的系统误差之内。试验结果说明HMX/RDX基含铝炸药在71℃下老化55d后其爆热几乎没有受到影响。对含铝炸药爆热影响较大的主要因素是铝粉的活性，由于铝粉是一种化学性质非常活泼的金属元素，在71℃下加热老化时，铝粉可能因继续老化减少炸药中活性铝粉的含量，导致炸药爆热降低。试验结果显示，HMX/RDX基含铝炸药在老化45d、55d后炸药的爆热没有明显降低。原因是药柱在压制过程中排出了绝大部分的空气，其内部的空隙只有很小一部分，减小了炸药中铝粉与空气中氧气的接触；在制备炸药的过程中，铝粉被复合高分子钝感粘结剂包覆，减少了与空气中氧气的接触，阻止铝粉继续老化；铝粉在制备过程中，颗粒表面即生成了一层化学性能稳定的致密的三氧化二铝薄膜，阻止了活性铝继续氧化。

表2 HMX/RDX基含铝炸药老化前后爆热Tab.2 Explosion heat of the HMX/RDX based aluminized explosive after aging test

2.3 爆速

HMX/RDX基含铝炸药71℃下老化后以及老化前的爆速试验数据见表3。

表3 HMX/RDX基含铝炸药老化前后爆速Tab.3 Detonation velocity of the HMX/RDX based aluminized explosive after aging test

由表3数据可知，组成为65（HMX/RDX）/30Al/5钝感粘结剂的含铝炸药理论计算值与实测值分别为7 565 m·s-1和7 585 m·s-1，相差很小。当炸药在71℃下老化45d和55d后，爆速分别为7 541 m·s-1（ρ=1.846 g·cm-3）和7 595 m·s-1（ρ=1.856g·cm-3），与老化前的爆速7 585 m·s-1（ρ=1.851g·cm-3）相比，爆速变化率分别为-0.58%和0.13%，在1%之内，炸药的爆速没有受到老化试验的影响。已有硝铵类含铝炸药爆速的研究结果表明，影响爆速的主要因素包括主炸药及铝粉的含量、铝粉的粒度以及形状等。对于炸药组分及粒度、形状已经确定的同一外形尺寸的炸药，其爆速不会有很大的差异。HMX/RDX基含铝炸药71℃下老化55d后爆速没有发生明显变化，说明在71℃下老化55d后HMX/RDX基含铝炸药的主要组分没有发生明显的本质变化。

3 结论

通过对HMX/RDX基含铝炸药的71℃老化试验研究，得出结论：（1）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%。（2）药柱在老化0d、45d和55d时的爆热分别为7 486J/kg、7 536J/kg、7 437J/kg，爆热变化率小于1%，说明71℃下老化55d，炸药爆热未发生明显改变。（3）药柱在老化0d、45d和55d时的爆速，分别为7 585m·s-1（ρ=1.851g·cm-3）、7 541m·s-1（ρ=1.846 g· cm-3）和7 595m·s-1（ρ=1.856 g·cm-3），爆速变化率小于1%，71℃下老化55d，炸药爆速没有明显变化。

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