纳米铝对DNTF压装混合炸药的爆热和热安定性影响

姚李娜，王彩玲，戴致鑫，王海清，刁小强，赵省向



纳米铝对DNTF压装混合炸药的爆热和热安定性影响

姚李娜1，王彩玲1，戴致鑫1，王海清2，刁小强1，赵省向1

（1.西安近代化学研究所，陕西 西安，710065；2.北方特种能源集团西安庆华公司，陕西 西安，710025）

采用机械混合法制备了含5%纳米铝和含25%微米铝的DNTF压装混合炸药，测试了混合炸药的机械感度和爆热，同时对混合炸药的热安定性进行了分析。结果表明：与含30%微米铝的炸药对比，此炸药机械感度较低，但其爆热略低于含30%微米铝炸药；此炸药真空安定性优于含30%微米铝炸药，5s爆发点高，且其热失重率低于含微米铝炸药，说明加入纳米铝在一定程度上提高了DNTF压装混合炸药的热稳定性。

DNTF基压装炸药；纳米铝粉；热安定性；爆热

DNTF（3，4－二硝基呋咱基氧化呋咱）作为一种新型高能量密度材料，能量密度介于HMX和CL-20之间。其高能量体现在其分子内无氢、多氧多氮、氧平衡好、结晶密度高（1.937g/cm3）、爆速大（9 250m/s）、生成热大（644.3kJ/moL）、爆热高（6 054J/g），具有广泛的应用前景[1]。含铝炸药作为一类高密度、高爆热的高威力炸药，已被广泛应用在水中兵器和对空武器弹药[2]。铝粉作为一种高热值的金属添加剂，可以提供炸药的爆热、爆温，延长炸药爆轰反应的时间，从而增强炸药在周围介质中的冲量，提高炸药的作功能力，因此在混合炸药中得到了广泛应用[3]。铝粉的粒度和活性对配方的性能有较大影响，因此超细铝粉尤其是纳米铝粉在含能材料中的应用研究是当前的热点之一。然而，纳米铝粉在含铝炸药中的应用研究文献报道很少[4]。本文通过试验，研究了以DNTF作主炸药，微米铝粉或纳米铝粉作添加剂和新的钝感粘结体系组成的DNTF基含铝混合炸药，对不同粒度铝粉对DNTF基混合炸药的爆热和热安定性进行了试验，分析了其影响原因。

1 试验内容

1.1 原材料

DNTF炸药（西安近代化学所自制，DNTF粗品重结晶后，50=137.542µm）；石蜡（68#W，熔点为68℃，中国石化集团抚顺石油化工研究院生产）；乙烯与醋酸乙烯酯共聚物（EVA，数均相对分子质量3 500～4 500，上海化工研究院）；石油醚（分析纯，天津市津东天正精细化学试剂厂）；铝粉（4.5～5.5μm，活性98.9%，盖州市金属粉末厂）；纳米铝粉（活性85.12%，西安近代化学研究所自制）。

1.2 测试仪器与方法

撞击感度试验：根据GJB 772A-97标准中601.2试验方法，采用经过标定的H3.5-10W落锤式撞击感度仪测定炸药试样的爆炸百分数。落锤质量：10kg；药量：(50±1)mg。试验分2组，每组25发，共50发（注：炸药的撞击感度≤40％）。

摩擦感度试验：试验按照GJB 772A-97标准中602.1试验方法测定炸药试样的爆炸百分数。表压：3.92MPa；摆角：（90±1）°；药量：（50±1）mg。每组25发，共50发（注：炸药的摩擦感度≤40％）。

爆热试验：按GJB 772A-1997方法701.1进行测试，在3 000比压下进行压药，压制药柱尺寸Ф25mm×25g（带8#雷管孔），称量药柱的质量，卡尺量取药柱的直径和高度，计算其药柱密度，得出炸药药柱爆热。

热分析试验：采用美国TA公司TA910S型TGA-DCS仪器，试验条件：铝样品池，氮气气氛，试样量为1.0～1.5mg，升温速率（）为2～10 ℃/min，N2流速为100mL/min。

真空安定性试验：按GJB 772A -1997方法501.2进行测试；

爆发点试验：按GJB 772A- 1997方法606.1进行测试。

1.3 炸药样品制备

含不同铝粉的DNTF压装混合炸药的配方见表1。

表1 DNTF压装混合炸药配方

Tab.1 Formulations of DNTF pressed mixed explosives

机械混合法制备工艺过程：将一定比例钝感-粘结剂（钝感粘结体系与石油醚的质量百分比为1:10）溶于一定量的石油醚中制成钝感-粘结体系溶液待用；造粒釜中将DNTF分散于有机溶剂石油醚（有机溶剂浸没DNTF）中，并在65～70℃条件下浸润10min；加入钝感-粘结体系溶液，捏合20min，加入不同铝粉，捏合1h；自然冷却，待物料呈半干状态，用10目筛网造粒，粒径控制在0.1～2.0mm之间；将得到的炸药颗粒放入60～65℃的烘箱中5h，出料，得到DNTF压装混合炸药。

2 试验结果与讨论

2.1 爆热

进行爆热试验前，对制备的炸药进行机械感度的评价，如表2 所示。从表2可以看出，加入不同粒度的铝粉后，DNTF压装混合炸药的机械感度均符合国军标要求（<40%），说明铝粉粒度对炸药机械感度影响不大。

表2 DNTF压装混合炸药性能数据

Tab.2 Property data of DNTF pressed mixed explosives

从表2可以看出， DHAE炸药的成型密度虽高于DAE，但爆热并不高于DAE炸药，原因可能是：第一，刚制备的纳米铝活性为85.12%，密封后在空气气氛中保存大约60d左右，纳米铝活性降为83.41 %，其活性铝含量比普通铝粉（98.9%）低，导致大量含纳米铝的炸药热量分散度大于含微米铝炸药，使得纳米粉虽然被加热但却不会达到反应的温度阈值，而只有很少一部分得到热量的铝粉发生氧化反应释放能量，从而使主炸药爆轰释放的能量总量减少[5]；第二，加入纳米铝的含量不够。因为纳米铝粉含量低、比表面大、导热速率快，导致DNTF主炸药爆轰后释放的总能量有很少一部分热量损失，而含有微米铝的DNTF炸药爆轰后释放的总能量都集中在微米铝表面上，且微米铝导热速率慢，因此少量纳米铝的加入会使混合炸药的爆热参数少量地降低，但在误差范围内，对爆热数据的影响不是很大。

2.2 热安定性

2.2.1真空安定性和5s延滞期爆发点

取少量DAE和DHAE炸药的粉末做真空安定性试验和爆发点试验，数据见表2。由真空安定性数据可看出：在100℃、48h、5g试样的试验条件下，DHAE炸药的放气量（0.86mL/g）低于DAE炸药的放气量数据（1.80mL/g），但都小于安定性推荐的合格等级（每克试样放气量不大于2mL）[6]，说明DHAE炸药的热安定性更好，证实纳米铝粉的加入提高了DNTF基含铝混合炸药的热稳定性；从5s延滞期爆发点数据看出，加入5%的纳米铝粉后，DHAE炸药的爆发点的临界温度高于DAE炸药，说明DHAE炸药的热感度比DAE炸药低。DHAE炸药具有好的热安定性可能是因为纳米铝活性低，表面氧化层厚，降低了大部分微米铝达到反应的温度阈值以及各组分参与反应的剧烈程度，进而降低了DHAE炸药的放气量。

2.2.2热分析

图1为单质DNTF和DNTF压装混合炸药的TG-DSC谱图，由图1（a）可见DNTF在110℃下可以长时间加热不分解，仅有微量挥发；在室温至熔点的温度范围内，无相变发生，属于片状六方结晶，结晶比较有序，堆积较有层次。对于DHAE和DAE炸药的TG-DSC（图1（b））来说，加入5%纳米铝粉的DHAE炸药的热失重率（50.98%）明显低于含30%微米铝的DAE炸药（64.75%），即在DHAE炸药中14%左右的DNTF主炸药没有发生反应，这可能是由于纳米铝在混合炸药中的分散性不好，使得一少部分主炸药达不到其反应温度的缘故。DHAE炸药的热失重率降低说明5%纳米铝粉加入明显提高了DNTF压装混合炸药的热稳定性。

图1 单质DNTF和DNTF压装混合炸药的TG-DSC谱图

3 结论

（1）铝粉粒度对DNTF压装混合炸药的机械感度影响不大，但加入5%纳米铝的DNTF压装混合炸药的爆热略低于加入30%铝粉的炸药。

（2）加入5%纳米铝的DNTF压装混合炸药的热稳定性好于含30%微米铝的炸药，说明纳米铝粉对混合炸药的热安定性具有一定的影响。

[1] 任晓宁,王江宁,阴翠梅,等.新型高能量密度材料DNTF的热分解特性[J].火炸药学报,2006,29(2):33-37.

[2] 黄辉,黄勇,李尚斌.含纳米级铝粉的复合炸药研究[J].火炸药学报,2002(2):1-3.

[3] 冯晓军,王晓峰,黄亚峰,等.铝粉含量对梯铝炸药爆压和冲击波参数的影响[J].火炸药学报,2009,32(5):1-4.

[4] 黄辉,黄亨建,黄勇,等.以RDX为基的含铝炸药中铝粉粒度和氧化剂形态对加速金属能力的影响[J].爆炸与冲击,2006，26(1):7-11.

[5] 冯晓军,王晓峰,李媛媛,等.铝粉粒度和爆炸环境对含铝炸药爆炸能量的影响[J].火炸药学报,2013,36(6):24-27.

[6] 左玉芬,徐容,常昆,等.HMX与RDX对TEX热安定性能的影响[J].含能材料,2005,13(2):110-112.

Influence of Nano-aluminum on the Explosion Heat and Thermal Stability of DNTF Pressed Mixed Explosives

YAO Li-na1，WANG Cai-ling1，DAI Zhi-xin1，WANG Hai-qing2，DIAO Xiao-qiang1，ZHAO Sheng-xiang1

(1. Xi’an Modern Chemistry Research Institute, Xi’an, 710065；2. Xi’an Qinghua Company of North Special Energy Group Co. Ltd., Xi’an, 710025)

The DNTF-based pressed mixed explosives with 5% nano-Al and 25% micron Al were prepared by the mixed mechanically method, and the mechanical sensitivity and explosion heat have been tested, meanwhile, the thermal stability of mixed explosives were analyzed. The results showed that compared to DNTF mixed explosives with 30% micron Al, the mechanical sensitivity of the explosives with 5% nano-Al was lower, and the explosion heat was also a little lower. The vacuum stability was better than explosives with 30% micron Al, and the temperature of 5s thermal explosion delay was higher, as well as its weight loss was less, these illustrates that adding nano-Al can improve the thermal stability of DNTF pressed mixed explosives to some degree.

DNTF pressed mixed explosives；Nano-Al；Thermal stability；Explosion heat

TQ567.3

A

1003-1480（2014）04-0047-03

2014-04-17

姚李娜（1983-），女，工程师，主要从事混合炸药技术研究。

西安近代化学研究所青年科技创新基金。