HTPB包覆RDX效果影响因素研究

2014-12-31雷瑞琛

山西化工 2014年1期

雷瑞琛，田亮

（中北大学化工与环境学院，山西太原 030051）

引言

端羟基聚丁二烯（HTPB）是一种透明度好、黏度低、耐油耐老化、低温性能及加工性能良好的液体橡胶［1］。HTPB包覆于炸药颗粒表面，减少了炸药颗粒间的气泡，固化后在粒子界面形成很强的抗拉撕裂层，起到了吸热和隔热的作用，从而减少了热点的生成。因此，国内外学者将其普遍应用于混合炸药的黏合剂［2－4］。本文以 HTPB包覆RDX为例，采用2种常用包覆方法，即悬浮法和溶剂蒸发法，并通过性能实验分析了HTPB的含量以及工艺条件对包覆效果的影响。

1 HTPB包覆机理分析

HTPB与TDI的反应机理［5］是羟基（—OH）和氰酸酯基（—NCO）反应得到氨基甲酸酯（—HNCOO—）。HTPB链端的羟基与TDI的氰酸酯基交替反应，形成扩链后的大分子链段，由于HTPB有一定量官能度≥3的分子，所以不加交联剂（这里即固化剂TDI）也容易形成空间网络分子结构。HTPB包覆机理见第29页式（1）～式（3）。

2 实验部分

2.1 实验材料

黏合剂端羟基聚丁二烯（HTPB），黏度6 150mPa·s，平均相对分子质量 2 700，羟值0.77mmol／mg～0.82mmol／mg，山东淄博齐鲁乙烯化工有限公司；环三亚甲基三硝胺（RDX），航天806所；四氯化碳试剂，天津富宇精细化工有限公司；乙酸乙酯试剂，天津富宇精细化工有限公司；甲苯二异氰酸酯（TDI），分析纯，航天806所。

2.2 实验方法

1）悬浮法：将HTPB溶于四氯化碳溶液中，在水浴条件下滴入混有RDX的无水乙醇中，加入TDI，搅拌均匀。冷却、抽滤后放入烘箱烘干。悬浮法实验条件见第29页表1。

2）溶剂蒸发法：向乙酸乙酯中依次加入HTPB、TDI和RDX，搅拌均匀后抽滤并烘干产物。溶剂蒸发法实验条件见第29页表2。

根据 GJB 772A－97方法601.3 12型工具法对2种方法包覆的RDX进行撞击感度实验。实验条件：落锤质量（2.500±0.002）kg；药量（35±1）mg；实验室温度10℃～35℃；实验室相对湿度≤80%。

表1 悬浮法实验条件

表2 溶剂蒸发法实验条件

3 结果与讨论

3.1 悬浮法结果分析

9组实验为有2个变量的正交实验。其中，HTPB质量分数设置3个数值，即5%、10%和15%；HTPB的四氯化碳溶液的滴加速度也设置3个数值，即1、2和3mL／min。9组实验得到的样品经过撞击感度的性能实验（见表3），由1、2、3组对比和4、5、6组对比以及7、8、9组对比可以看出，在滴加速度1mL／min～3mL／min时，滴加速度对于最后的钝感效果没有明显影响。由1、4、7组对比和2、5、8组对比以及3、6、9组对比可以看出，HTPB质量分数的从5%～15%变化，其包覆效果优化，而且撞击感度的爆炸百分率显著减小，达到了理想的包覆效果。可见，提高钝感效果最直接有效的方法是提高HTPB在组分中所占的比例。

表3 悬浮法各组撞击感度实验结果

3.2 溶剂蒸发法结果分析

6组实验为有2个变量的正交实验。其中，HTPB质量分数设置3个数值，即5%、10%和15%；TDI的加入点设置2个过程，即与HTPB一起加入过程以及溶剂蒸发时加入过程。6组实验得到的样品经过撞击感度性能实验（见表4），由10、11组对比和12、13组对比以及14、15组对比表明，TDI与HTPB一起加入的过程得到的样品包覆效果更好，而且在HTPB质量分数为10%和15%时，采用TDI与HTPB一起加入的过程得到样品的撞击感度明显减小，达到了理想的钝感效果。这是由于，RDX表面的HTPB较为分散，且与RDX在此溶液体系中的界面吸附力不强，加入TDI后，体系中的异氰酸酯基可以与少部分羟基反应聚合，得到一些简单的体状结构，使HTPB分子可以聚集起来，从而使RDX周围的HTPB较为紧密，吸附力变强，达到了很好的包覆效果。而对于溶剂蒸发时加入TDI过程，一部分HTPB与RDX的吸附能力已变得很弱，此时加入TDI，即使产生了一部分体状大分子，也很少较好地在RDX的表面上包覆。由10、12、14组对比可以看到，采用了TDI与HTPB一起加入过程的各组中，HTPB质量分数为10%和15%的2组包覆效果较好，而且撞击感度显著变小。可见，采用TDI与HTPB一起加入过程，HTPB含量越多，包覆效果和钝感效果越好。由11、13、15组对比可以看到，采用溶剂蒸发时加入HTPB过程，各组包覆效果均不理想，而且这3组的撞击感度较大。由此可以认为，当采用TDI与HTPB一起加入过程时，加大HTPB的质量分数可以使包覆效果和钝感效果变好。因此，采用TDI的加入点是该方法包覆效果和钝感效果优劣的必要条件。

表4 溶剂蒸发法各组撞击感度实验结果

3.3 出现部分结块的原因分析

采用悬浮法和溶剂蒸发法2种方法得出的产物虽然呈粉末状，但均存在结块现象。尤其是溶剂蒸发法，TDI与HTPB一起加入的过程所得产物结块较多。HTPB与TDI同时加入体系时，由于HTPB与RDX的吸附作用较为集中，此时加入TDI，虽然可以与HTPB反应形成体状大分子，很好地围绕并吸附于RDX界面，但由于TDI周围的HTPB较多，使一部分反应“过头”，形成的体状分子太大，与过多RDX分子上的HTPB结合在一起，进而使很多RDX分子连接在一起，从宏观角度看有较多的结块。溶剂蒸发时加入TDI过程得到的产物虽然包覆效果和撞击感度不好，但是在加入TDI时，已经加入的HTPB的一部分被RDX分子吸附在表面，加入的TDI可以与HTPB固化发生反应，此时的TDI大多数处于 HTPB／RDX体系的外围，因此，反应形成的较大体状分子少，一定程度上阻止了各个颗粒表面HTPB的相互黏结，结块现象较少。