一种以HMX为主的挤注传爆药安定性研究

史晓华，刘玉存，王建华，孙晓乐，谭彦威



一种以HMX为主的挤注传爆药安定性研究

史晓华，刘玉存，王建华，孙晓乐，谭彦威

（中北大学 化工与环境学院，山西 太原，030051）

以不同粒径奥克托今（HMX）为主体炸药，VitonA(氟橡胶)为粘结剂，加入增塑剂A，制备出一种挤注传爆药。对传爆药的5s延滞爆发点、DSC、内相容性、金属腐蚀性进行了测试研究。结果表明：该以HMX为主的挤注传爆药的热稳定性好，其炸药组成的各组分内相容性良好，对金属铝及其氧化物无腐蚀性，该挤注传爆药满足应用要求，大规模的爆炸逻辑网络装药以及装药成品的长时间保存。

挤注传爆药；5s延滞爆发点；DSC；内相容性；金属腐蚀性

爆炸逻辑网络是一种由爆炸元件构成，通过爆轰信号的控制，选择并传递不同起爆指令的传爆装置。爆炸逻辑网络的理论基础是小尺寸装药爆轰波传播的临界效应、拐角效应及间隙效应等。它要求在小尺寸装药条件下，装药有良好的工艺特性，即要保证爆轰波能稳定传播，又要保证适度威力，同时具备传爆药的安全性能[1]。因此，爆炸逻辑网络的药剂研究与装药工艺就显得极为重要，药剂相关性能以及装药工艺方法的选择关系着序列传爆的成败与效果，从而进一步影响主装炸药的起爆效果。

高聚物粘结炸药即PBX是国内外爆炸网络装药用药的主要选择对象，装药工艺多采用手工挤抹法[2]、丝网印刷法[3]、刻条填充法[1]、精密压装法[4]和挤注法[5]等。其中，挤注法具有可将炸药挤注到任意形状、尺寸微小的网络沟槽的优点，并且挤注装药工艺的装药密度均匀、一致性也较好。中北大学采用挤注法将HMX的混合炸药装填到爆炸逻辑网络当中，实现了爆轰可靠稳定传播、爆速达到7 000m/s左右、传爆临界尺寸小于0.5mm×0.5mm的沟槽传爆效果，但研究方向主要集中在装药工艺与药剂配方的设计上，未对传爆药剂的相关安全性能进行测试。

随着现代武器技术飞速发展，出现了大量的导弹、火箭等高端武器，为了避免贮存，运输过程意外爆炸或者发射过程中的意外事故，对传爆药的安全性提出越来越高的要求[6]。因此，本文研究了一种以HMX为主的挤注传爆药的相关性能，该研究对爆炸逻辑网络装药的规模生产及应用有一定的参考意义。

1 实验部分

1.1 材料及仪器

药品：细化HMX（粒径≤２μｍ），中北大学；E类HMX；乙酸丁酯，天大化学试剂厂；增塑剂A，分析纯，市售；仪器：KTC-0.5t 型液压机，东莞市科鑫盟机械设备公司；HCT-1 型差示扫描量热仪，北京恒久科技有限公司。

1.2 挤住传爆药的制备工艺

为满足传爆药剂的可靠传爆及具有相当的能量，主炸药选取细化HMX与E级HMX的混合物，含量为95%，其中细化HMX与E级HMX的比例为3∶1；粘合剂选取VitonA，含量为5%；增塑剂选取增塑剂A，加入量为药剂量的1%。细化HMX与E级HMX用水悬浮法包覆成造型粉粒，将定量的乙酸丁酯（乙酸丁酯(mL)/造型粉(g)=1:3.5）和增塑剂A混合均匀后加入放有造型粉粒的烧杯，充分搅拌捏合，当药剂混合为橡皮泥状的腻子炸药，表面达到一定的硬度时，可用于挤注装药。

1.3 装药工艺

在网络基板上置一通孔盖板并紧密闭合，该盖板采用有机玻璃材料，在与网络基板沟槽相应位置开若干挤注通道，并与基板完全对应。将HMX混合炸药放入专用挤注模具，通过挤注通道将炸药挤入网络基板当中。挤注完成后将通孔盖板水平错开，并清理网络基板。将网络基板放入水浴烘箱烘干。药体干燥后，表面未发现凹陷，药体成型密实，将药体取出观察，药体的成型性好，不易发生断裂，通过显微成像观察，药体内部组成致密、牢固。

1.4 测试或表征

1.4.1 5s延滞爆发点

根据GJB 772A-97中606.1方法，每发药量（30±1）mg，测试条件为温度分别为319℃，322℃，323℃，325℃，同一温度下重复测试5次。

1.4.2 DSC热分析

按照GJB 772A-97 炸药试验方法方法502.1进行挤注传爆药的DSC分析，测试条件为升温速率10K/min，称氧化铝坩埚，N2流量30mL/min，试样（0.7±0.01）mg。

1.4.3内相容性

按照GJB 772A-97 炸药试验方法方法502.1差热分析和差示扫描量热法进行相容性试验。测试条件为N2气氛（流速为30mL/min），氧化铝坩埚，升温速率5K/min、10K/min、20K/min；称取试样置于坩埚内，分别对纯HMX单独体系（取试样（0.7± 0.01）mg），HMX和氟橡胶混合体系（各组分分别取试样（1±0.01）mg），HMX和DOA混合体系进行热分析测试（各组分分别取试样（1±0.01）mg）。

1.4.4金属腐蚀性

按照GJB 772A-97《炸药试验方法》中504.1 相容性-腐蚀金属法方法，测试网络用传爆药的外相容性，试验用金属材料为铝合金2A12和5A06，将金属材料放入试验温度为60℃、相对湿度为85%的箱体中，保持温度恒定30d。

2 结果与讨论

2.1 5s延滞爆发点

5s延滞期(s)与爆发温度(K)的关系如式（1）所示：

式（1）中：为与爆发点反应的相应的炸药活化能，J·mol-1（由直线斜率为/的ln(1/)图中可求出)；R是气体常数，8.314J·mol-1·K-1；为与炸药有关的常数，取1.16×10-9；为爆发点温度。

传爆药的爆发点曲线如图1所示，其中横轴为温度的倒数，纵轴为发火延滞时间的对数，拟合曲线并计算出5s延滞期爆发点温度为323.7℃。与HMX的5s延滞期爆发点327℃相差不大，热感度与热安全性相近，对比可知，以HMX为主的挤注传爆药剂可以用于爆炸网络装药。

图1 挤注传爆药的爆发点线性图

2.2 DSC热分析

以HMX为主的挤注传爆药的DSC曲线如图2所示。

图2 挤注传爆药的DSC图谱

从图2可见，以HMX为主的挤注传爆药剂分解放热速度很快，DSC曲线呈陡峭的尖峰。在273.8℃该传爆药开始放热，在303.8℃样品放热完成，该峰值变化幅度较大，最大峰值温度在286.5℃，热稳定性较好。样品在200.1℃有一微弱吸热峰，该峰值变化幅度较小，此时应该是样品中-HMX在高温下向-HMX相转变。相比纯单质HMX的DSC最大分解峰温290.2℃，以HMX为主的挤注传爆药剂最大分解降温提前3.7℃，变化幅度较小。这是因为以HMX为主的挤注传爆药剂中粘结剂的比例较少，对传爆药剂的性能影响较小，故以HMX为主的挤注传爆药剂适合于爆炸网络挤注装药。

2.3 内相容性

不同体系（HMX单独体系，HMX和氟橡胶混合体系，HMX和增塑剂A混合体系）相应的DSC曲线的分解峰温如表1所示。

由表1可知不同试剂组分的体系的分解温度的变量ΔT，采用Ozawa式分别计算出单独体系和混合体系表观活化能纯（）、活化能改变率（Δ/E），如公式（2）所示：

表1 不同加热速率的分解峰温

Tab.1 The decomposotion peak temperature of each component under different heating rate

式（2）中：β为升温速率，K/min；A(orb)、E(orb)为单独体系或混合体系的表观指前因子(1/min)、表观活化能(J/mol)；R为理想气体常数，8.314J/(mol·K)；()为机制函数；T为升温速率为β时试样的峰温，K。

根据GJB 772A-1997 方法502.1来判定试样的相容性，其评价相容性的推荐等级为：当ΔT≤2.0℃、Δ/E≤20%时，表示相容性好（1级）；当ΔT≤2.0℃、Δ/E≥20%，表示相容性较好(2级)；当ΔT＞2.0℃、Δ/E≤20%，表示相容性较差(3级)；当ΔT＞2.0℃、Δ/E大于20%或者ΔT＞5.0℃，表示相容性差(4级)。其评价结果如表2所示。

表2 不同的试样内相容性

Tab.2 The compatibility of different reagents

采用DSC方法得出：HMX与氟橡胶的相容性好，与增塑剂A相容性较好。用DSC评价相容性的方法的原理是两种或两种以上的不同试剂化学反应后能够产生热效应，通过分析DSC曲线的表观活化能改变率Δ/E和分解温度的改变量ΔT来评价不同体系相容性。因此采用DSC研究方法得出体系相容时，可以肯定体系一定相容[7]。

综上所述，HMX和氟橡胶、DOA之间的相容性较好。

2.4 金属腐蚀性

沟槽装药的网络基板多采用铝材质或者将表面进行氧化处理后的铝材质，传爆药挤注完成是否能长时期储存需考虑传爆药对基板的腐蚀性，也就是传爆药剂对铝以及氧化铝的金属腐蚀性，因此试片选用2A12试片及阳极氧化2A12试片。空白试验试片以及出箱后金属材料试片如图3~4所示。

按照GJB 772A-97 炸药试验方法中504.1相容性-腐蚀金属法判定方法，腐蚀程度分为3个等级：（a）无腐蚀，试验后的试片光亮如初，或与空白试验的试片无明显差异；（b）轻微腐蚀，试验后的试片与空白试验试片比较，颜色显著变暗，出现一些斑点，但无明显的锈蚀；（c）严重腐蚀，试验后的试片与空白试验试片比较，有明显的锈蚀，大面积出现腐蚀斑纹，锈的颜色很重。

图3 金属材料进箱前

图4 金属材料出箱后

Fig.4 The state of the metal materials after coming out of box

由出箱后金属试片与空白试验试片对比可以得出以下结论：（1）2A12试片：试验后的试片颜色无变化，无腐蚀。（2）阳极氧化2A12试片：试验后的试片，颜色无变化，无腐蚀。（3）5A06试片：试验后的试片颜色无变化，无腐蚀。（4）阳极氧化5A06试片：试验后的试片颜色无变化，无腐蚀。

由以上结论可知，以HMX为主的挤注传爆药剂对2A12、5A06试片及阳极氧化2A12、5A06试片均没有腐蚀性，在装药完成后，在储存期间对金属基板不会产生金属腐蚀性。

3 结论

该以HMX为主的挤注传爆药的分解温度为286.5℃，能够在高温环境下保持较好的稳定性，适用于在高温环境下起爆的爆炸网络。该以HMX为主的挤注传爆药中，HMX与氟橡胶一级相容，HMX与增塑剂A二级相容，都具有较好的相容性，可以长期稳定存储。挤注传爆药对金属铝以及其氧化物无腐蚀性，以HMX为主的挤注传爆药的爆炸网络板可以长期存储并保持稳定起爆。

[1] 温玉全,焦清介,蔡瑞娇,等. 橡皮炸药沟槽通道爆轰波传播特性[J].北京理工大学学报, 1999(1):43-46.

[2] 王树山.爆轰波非常规传播现象及其应用研究[D].北京:北京理工大学,1994.

[3] Gibbons Jr G, Silvia D A. Manufacture of explosive circuits using silk screening techniques and explosive inks: U.S, 5046 425[P]. 1991-09-10.

[4] 温玉全,焦清介.同步起爆网络精密压装装药技术研究[J]. 兵工学报, 2006, 27(3): 410-413.

[5] 吴凯,刘玉存,刘登程, 等.微通道挤注药剂配方与装药工艺研究[J]. 兵工学报, 2013, 34(2): 251-256.

[6] 胡双启,张景林.我国传爆药的安全性问题[J].中国安全科学学报, 1995(2):30-34.

[7] 侯聪花,王晶禹,张景林.炸药内相容性测试方法的研究[J]. 火工品, 2011 (3): 51-53.

Study on the Stability of Some Squeeze Booster with Main Explosive of HMX

SHI Xiao-hua，LIU Yu-cun，WANG Jian-hua，SUN Xiao-le，TAN Yan-wei

(School of Chemical Engineering and Environment, North University of China, Taiyuan, 030051)

A kind of squeeze booster with different particular sizes of HMX as main explosive, Vitona as binder and plasticizers A was prepared. The 5s delay point of booster, the heating analysis of DSC, the compatibility and metal corrosion were tested. The findings show that the heat stability of squeeze booster taking HMX as main body is good, and the compatibility of its composition is fine. Without corrosion for aluminum and its oxides, the squeeze booster meets application requirement, the large scale explosive network charging and long time storage.

Squeeze booster；5s delay point；DSC；Compatibility；Metal corrosion

1003-1480（2014）05-0017-04

TQ560.71

A

2014-06-06

史晓华（1987-），男，在读硕士研究生，从事微型火工品装药技术应用研究。