三胍药化学安定性测试与分析

陈 玲，张有峰，邓振伟，高振洲，郭 毅

(武汉军械士官学校 弹药与仓储系，湖北 武汉430075)

0 引 言

含硝基胍的三基发射药叫三胍药，目前在弹药中得到了广泛应用. 易爆的硝基胍为其主要成分，在配方中约占50%，并含有硝化棉和硝化甘油［1-2］. 为了保证三胍药弹药的储存安全，以及管理好、使用好这些新弹药，需要对三胍药的化学安定性进行研究. 采用试验对比法研究了三胍药的化学安定性，将三胍药和单基药［3-4］、双基药放在一起进行95 ℃加热老化试验［2］，95 ℃热减量试验［5］，对比三种发射药在高温下的安定性，以从侧面研究三胍药的化学安定性.

1 95 ℃加热老化试验［2］

1.1 试验原理

在95 ℃加热定量火药使其分解，由开始加热至加热呈现出棕烟所经过的时间表示试样的热安定性. 本试验是将三胍药与单、双基药同时在95 ℃下加热，比较3 种药的加热时间，根据加热时间来比较三胍药与单、双基药的热化学安定性.单、双基药出现棕烟表示发射药开始加速分解［6-10］，但三胍药在加热过程中无肉眼可视的棕烟出现，需以三胍药加热至自燃来表示药已经开始加速分解.

1.2 试验结果与讨论

选5 批次三胍药进行95 ℃加热老化试验(5批总量为4 700 g)，每批试样量开始为940 g，分装于两个烧杯进行加热. 在1，2，4，8，16，32，64 等天数时在两杯内轮流取样，每次取样量为80 g，最后每个试验杯内仍保留略等于或大于150 g 的试样量(见表1).

表1 三胍药95 ℃老化试验取样时机与取样量Tab．1 95 ℃aging test sampling timing and scale of sampling

三胍药在95 ℃下加热到92 d 时，15/7 三胍药(第1 批)杯1 自燃，该批药的杯2(230 g)和其余批的杯1 (150 g)随即取出. 其余批的杯2(230 g)加热至96 d 时取出.

同时选9 批与三胍药生产年份相接近或相同的单、双基药进行95 ℃加热老化试验，其结果见表2.

表2 单、双基药95 ℃加热试验结果Tab．2 95 ℃heating test of single and double base propellants

由表1，表2 数据可知，单、双基药出现棕烟的时间大都在40 d 以内，而三胍药的加热时间却长达90 d 以上，是单、双基药加热时间的2.3 倍以上，这说明在95 ℃条件下加热老化，三胍药有比单、双基药好得多的热化学安定性.

2 95 ℃热减量对比试验［5］

2.1 试验原理

试验时，将定量颗粒直径为5 ～8 mm 的试样装在专用烧瓶内于95 ±0.5 ℃下加热，测定在规定的时间内试样的质量损失量和试样从加热到开始加速时分解点的时间，以试验开始加热到开始加速分解的时间来表示火药的热安定性.

本试验和95 ℃加热老化试验一样，也是检测发射药高温热化学安定性的一种方法. 试验时将三胍药和单、双基药(同生产年份)在同一条件下进行加热，比较3 种药的加速分解时间.

2.2 试验过程

将样品粉碎，取双层筛的中间部分. 称取10 g(称准至0.000 2 g)试样，装入已知质量的减量试验瓶中，塞上瓶塞，将试验瓶放在95 ±0.5 ℃的恒温箱内加热，每隔23 h 取出，放在保干器中冷却20 ～40 min 后称量，得加热后试样和减量试验瓶的质量，隔1 h 再放回烘箱内加热;如此重复直到试样开始加速分解(即出现拐点)，再延长2 ～5昼夜，然后停止试验.

2.3 数据处理

以原始试样质量为基准计算试样每天加热后的减量百分数式中:ω 为发射药每24 h 的累积减量质量分数，%;m0为试样和减量试验瓶的质量，g;m1为第i次加热后试样和减量试验瓶的质量，g;m 为试样质量，g.

以加热昼夜为横坐标，以试验减量百分数为纵坐标绘制曲线，然后求出分解曲线上的拐点.

2.4 试验结果与讨论

分别将同年份7 批双片10 与15/7 三胍药、9/7单基药与15/7 三胍药进行95 ℃减量对比试验. 表3 是双片10 与15 /7 三胍药的95 ℃热减量试验百分减量结果表，图1 是其减量曲线图. 从表3 和图1 中可以看到，15/7 三胍药出现拐点的时间为70 d，而双片10 双基药出现拐点的时间只有14 d，后者仅为前者的1/5，表明双片10 双基药的热安定性远远差于15/7 三胍药的热安定性.

表4 和图2 是9/7 单基药与15/7 三胍药的95 ℃热减量试验结果和相应的减量曲线图. 从表4 和图2 中可以看到，15/7 三胍药出现拐点的时间为81 d，而9/7 单基药出现拐点的时间为44 d，这充分说明国产三胍药的热安定性比国产单、双基药都好. 95 ℃热减量对比试验结果如表5 所示.

表3 双片10 与15/7 三胍药95 ℃减量试验结果Tab．3 95 ℃reduction drug test of two-piece 10 and 15/7 three guanidine

表4 9/7 单基药与15/7 三胍药95 ℃减量试验结果Tab．4 95 ℃reduction drug test of 9/7 single base propellants and 15/7 three guanidine

图1 双片10 与15/7 三胍药的95 ℃减量曲线对比Fig．1 Curves of 95 ℃reduction test of two-piece 10 and 15/7 three guanidine

图2 9/7 单基药与15 /7 三胍药的95 ℃减量曲线对比Fig．2 Curves of 95 ℃reduction test of 9/7 single base propellants and 15/7 three guanidine

表5 95 ℃热减量对比试验结果Tab．5 Contrast of 95 ℃heat reduction test results

3 研究结果分析

95 ℃加热老化试验结果表明:升胍药的安全加热时间是单、双基药的2.6 ～4 倍，与单、双基药相比，三胍药的高温老化的安全加热时间较长.95 ℃热减量试验结果表明:15/7 三胍药比同年份的单基药长37 d，比双片10 药长5 倍. 三胍药的热安定性比单、双基药都好，说明15/7 三胍药的化学安定性优于单基药和双基药.

三胍药的化学安定性比单、双基药的化学安定性要好，其原因显然跟三胍药所含的硝基胍有关［11］. 硝基胍(NGU)的分子式为CH4N4O2，是一种白色多晶物质，其水溶液呈中性，但本身的结构为弱碱性，因此具有与酸生成盐的能力，硝基胍分解会产生NH3和H2O［12-15］.

发射药中硝化棉和硝化甘油的自动催化过程放出的NO 和NO2是酸性气体，遇水生成亚硝酸和硝酸. 在双基药、三胍药配方中加入碱性二号中定剂(单基药为二苯胺)，其作用是吸收火药分解放出的NO 和NO2，从而使火药的安定性增强.

当发射药中中定剂(单基药为二苯胺)耗尽时，对于双基药(单基药)，由于NO2的自催化作用，火药便开始加速分解;但是对于三胍药来讲，NO2与水作用后生成的硝酸将继续与硝基胍分解的NH3作用，生成硝酸盐(NH4NO3):

硝基胍因自身分解放出的NH3与硝化棉、硝化甘油分解放出的NO2作用，起到了与中定剂吸收NO2的同样效果，从而使得三胍药在其中定剂(单基药为二苯胺)耗尽后仍能在一段较长的加热时间里保持有较好的化学安定性.

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