TATB原位包覆CL-20的研究

董璐阳，盛涤伦，陈利魁，朱雅红，王培勇，刘丽娟

（陕西应用物理化学研究所，陕西 西安，710061）



TATB原位包覆CL-20的研究

董璐阳，盛涤伦，陈利魁，朱雅红，王培勇，刘丽娟

（陕西应用物理化学研究所，陕西 西安，710061）

摘 要：采用原位合成法制备了CL-20/TATB复合物，并与机械混合法制备的混合药剂进行比较，利用扫描电子显微镜（SEM）、差示扫描量热法（DSC）、摩擦感度测试和静电感度测试对药剂进行了表征。结果表明：原位合成法制备的TATB粒度为6µm，TATB对CL-20的包覆效果比机械混合法的包覆效果更完整均匀；DSC分析表明，原位包覆法样品中CL-20的热分解温度比纯CL-20的热分解温度更高；机械感度和静电感度测试结果表明，相比机械混合法制备的混合药剂，在相同配比下原位合成法制备的CL-20/TATB复合物显示出更好的钝感效果。

关键词：炸药；原位合成；包覆；TATB；CL-20

六硝基六氮杂异伍兹烷（HNIW，代号CL-20）是1987年Nielsen[1-2]发现合成的高密度、高能量、高爆速、高爆压的硝胺类炸药。相较于其它已知的单质炸药，CL-20在爆速、爆压及总能量输出等方面表现得非常优异[3-4]，这使得它有望代替HNS-IV而成为飞片雷管用起爆炸药及高能炸药配方的优选材料之一[5]，但是其机械感度较高、安全性能不理想，限制了它的应用范围，因此，对CL-20进行相应的改性处理或复合以降低其感度非常必要，而利用钝感炸药对CL-20进行表面包覆就是一种有效途径。

TATB（三氨基三硝基苯）是目前应用最广的钝感单质炸药，其具有能量较高、感度较低、耐热性好等特点，除作为PBX配方主炸药制备钝感炸药外，作为含能钝感剂也得到了广泛的应用。研究表明[6]，TATB对CL-20具有较好的钝感效果。过去，通常是用机械混合的方式将TATB与CL-20等炸药混合，TATB对CL-20的混合均匀性和包覆完整性难以保证，特别是用亚微米TATB作钝感剂时难以分散均匀。Heinz Hofmann[7]等报道了超声波作用下以TATB作为钝感剂，在HMX炸药表面原位生成TATB晶粒的方式对HMX进行钝化处理。中国工程物理研究院的孙杰[8]等进行了TATB原位包覆HMX的探索性研究。本文借鉴其方法进行TATB对CL-20的包覆研究，以实现TATB对CL-20的最佳钝化效果。

本文以TCTNB（三氯三硝基苯）和氨水为反应原料，甲苯为溶剂，加入CL-20，在超声波作用下，生成的TATB沉积在CL-20表面，结合冷冻干燥技术制备出TATB/CL-20复合药剂。同时用SEM和DSC对其形貌、粒径、复合效果进行表征，并对其静电感度和摩擦感度进行了测试。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

捷克TESCAN公司VEGATS5136XM型扫描电镜（SEM）；日本KEYENCE VHX-100数码视频显微镜；马尔文MS-S/MAM5004衍射粒度分析仪；美国TA公司Q1000型DSC分析仪(N2气氛，流速为20mL·min-1，升温速率为100℃·min-1)；电动搅拌器；恒温水浴设备；SC-Ⅱ超声波反应器，工作频率40kHz，功率400W等。CL-20，微米级，辽宁庆阳特种化工有限公司（375厂）；TCTNB（三硝基三氯苯），熔点192℃，纯度94.2％，由西北化关铝有限公司，工业级；甲苯，分析纯；氨水，质量分数25％～28％，分析纯。

1.2原位包覆法TATB/CL-20复合物的制备

典型合成步骤：将一定量的三氯三硝基苯(TCTNB)溶解在甲苯中，同时将CL-20加入反应体系。在超声波作用下，开始滴加一定量的氨水溶液，反应1h，合成的TATB即以CL-20为晶种生长沉积于其表面[9]。反应完成后，过滤，依次通过甲苯和热水洗涤，真空冷冻干燥24h即得CL-20/TATB复合物。TATB的合成反应如下：

对原位合成法制备的TATB形貌及粒度进行表征，如图1～2。从图1～2中可以看出，超声条件下原位合成的TATB是颗粒状黄色固体。粒度分布主要在2.65～12.21μm，分布窄且平均粒径D50为6.01μm，测得TATB颗粒的比表面积为1.25m2/g。

图1　原位合成TATB的扫描电镜图Fig.1 SEM of in-situ coating for TATB

图2　TATB的粒度分布图Fig.2 Particle size distribution of TATB

1.3机械混合法TATB/CL-20混合物的制备

典型合成步骤[10]：在烧瓶中按一定比例加入CL-20、亚微米TATB，加入50mLH2O，为使混合更均匀，超声振荡的同时进行机械搅拌(300r/min)，1h后过滤，洗涤，干燥，即得CL-20/TATB复合物。

2　结果与讨论

2.1TATB对CL-20的包覆效果

利用扫描电镜对原料CL-20、原位包覆法制备的复合物和机械混合法制备的混合物形貌进行了表征，如图3所示。

图3　各组分的SEM对比图Fig.3 The comparison of SEM of different component

从图3可以看出，原料CL-20为透明的粒状晶体，呈椭圆型，粒度在98μm左右；原位合成的TATB以CL-20为核，在其周围沉积包覆，形成了较均匀的包覆层；混合法制备的TATB/CL-20混合物，在CL-20表面很少甚至没有TATB的包覆，包覆不如原位法制备的TATB/CL-20复合物好。

2.2TATB/CL-20复合物的热性能

参考GJB 5891.17-2006进行DSC分析，升温速率为10K/min，保护气体为氮气，TATB、原料CL-20、原位合成的TATB/CL-20的DSC分析见图4。

图4　TATB、CL-20和TATB/CL-20 DSC热分解曲线Fig.4 The DSC curve of TATB,CL-20 and TATB/CL-20

从图4中可以看出TATB/CL-20中的CL-20分解温度（250℃）相比纯CL-20的分解温度（239℃）稍高，说明原位生成的TATB对CL-20进行了包覆，对CL-20的分解起到了保护作用，使其分解温度稍微偏高；TATB/CL-20中的TATB的分解温度（366℃）低于单质炸药TATB（375℃），这可能是CL-20早期的分解引起了TATB的燃烧导致其分解温度降低。

2.3TATB/CL-20复合物的摩擦感度

为了探讨复合物中TATB与CL-20的比例对摩擦感度的影响，制备TATB质量分数分别为0％、15.6％、36.7％、54.0％和74.2％的TATB/CL-20复合物，采用国军标GJB 772 208-91进行测试，摩擦感度试验条件为摆锤摆角90°，表压3.92MPa，药量20mg，试验分2组，每组25发。测试结果见表1。

表1　不同配比复合物的摩擦感度数据Tab.1 Impact sensitivity of composition with different component

从表1看出随着TATB含量的增加，复合药剂发火率逐渐降低，说明复合药剂感度越来越低。同时发现，在相同的配比下原位合成法制备的复合物发火率要低于机械混合法制备的复合物的发火率，显示出更好的钝感效果。

2.4TATB/CL-20复合物的静电感度

为了探讨复合物中TATB与CL-20的比例对静电感度的影响，制备TATB质量分数分别为0％、15.6％、36.7％、54.0％和74.2％的TATB/CL-20复合物，静电感度试验条件为电极间隙1.0mm，电容0.22μF，串联电阻100kΩ，药量25mg，试验30发。试验结果见表2。

表2　不同配比复合物的静电感度Tab.2 Electrostatic sensitivity of composition with different component

从表2中可以看出复合药剂中TATB的含量从0逐渐增加到36.7％时，复合药剂的50％静电发火能量是逐渐降低的，然后随着复合药剂中TATB含量的继续增加，复合药剂的50％静电发火能量逐渐增大。

分析原因认为：CL-20为微米级，粒度较大，其静电感度较低，当逐渐加入6μ m的小颗粒TATB时，复合药剂的平均粒度是降低的，此时对静电感度起决定因素的是复合药剂的粒度，因此在TATB含量从0增加到36.7％时，复合药剂随着粒度降低，静电感度上升；由于TATB药剂本身的静电感度要低于CL-20[11-12]，因此随着复合药剂中TATB的含量从36.7％逐渐增加到74.2％时，对静电感度起决定因素的不再是复合药剂的粒度，而是复合药剂中各组分本身的静电感度，此时静电感度较低的TATB逐渐增多，使得复合药剂的静电感度降低，表现为50％发火能量增大。同时，在相同配比情况下原位合成法制备的复合药剂表现出更高的发火能量，既该方法制备的药剂具有更低的静电感度，且含74.2％TATB的原位合成法制备的复合药剂发火能量最高，说明原位合成法中TATB对CL-20的包覆效果要好，显示出更好的钝感效果。

3　结论

（1）在超声波作用下，采用原位合成的TATB粒径为6μ m左右，原位合成TATB对CL-20进行包覆，制备了TATB/CL-20复合物，与机械混合法制备的样品相比，TATB对 CL-20的包覆更完整；

（2）在DSC测试中，复合药剂中CL-20分解温度为250℃，相比纯CL-20的分解温度239℃升高，说明TATB对CL-20的包覆起到了保护效果，包覆效果良好；

（3）在感度测试中随着TATB含量的增加，复合药剂TATB/CL-20的摩擦感度大幅度下降，静电感度有所改善，并且原位合成法制备的复合药剂相比机械混合法制备的复合药剂，在相同配比下表现出更好的钝感效果。

参考文献：

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[8]孙杰,黄辉,张勇,等.TATB原位包覆HMX的研究[J].含能材料,2006(14):330-332.

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In-stiu Coating of TATB on CL-20

DONG Lu-yang，SHENG Di-lun，CHEN Li-kui，ZHU Ya-hong，WANG Pei-yong，LIU Li-juan
（Shaanxi Applied Physics and Chemistry Research Institute,Xi’an,710061)

Abstract：The mixture of CL-20/TATB was prepared by the in-situ coating method,and compared with that by the mechanical mixing method,the materials were characterized by SEM,DSC,friction sensitivity test and electrostatic sensitivity test.The results show that the TATB grained sizes by the in-situ coating method were about 6μm,compared with the sample prepared by mechanical mixing method,the sample prepared by in-situ coating method with the same TATB content has a better coverage.The DSC show that,compared with the pure CL-20,the sample prepared by in-situ coating method with the CL-20 of complex agent has a higher decomposition temperature,the friction sensitivity test and electrostatic sensitivity test show that in the same proportion,the sample prepared by in-situ coating method has a better insensitive effect.

Key words：Explosive；In-situ coating；Coating；TATB；CL-20

作者简介：董璐阳（1991 -），男，在读硕士研究生，主要从事新型火工药剂的研究。

收稿日期：2015-12-04

中图分类号：TQ564

文献标识码：A

文章编号：1003-1480（2016）01-0041-04