ACM包覆HMX的降感特性研究

申锦涛，徐文峥，王晶禹，邢江涛



ACM包覆HMX的降感特性研究

申锦涛，徐文峥，王晶禹，邢江涛

（中北大学化工与环境学院，山西太原，030051）

以HMX（环四亚甲基四硝胺）为主体炸药，4种丙烯酸酯橡胶ACM为粘结剂，采用溶液-水悬浮法制备了HMX基PBX（聚合物粘接炸药），并对PBX进行了表征及撞击感度的测试。结果表明：采用水悬浮法可将丙烯酸酯橡胶（ACM）包覆在HMX晶体表面，包覆后颗粒呈球状或椭球状；包覆前后HMX晶型未发生变化；4种ACM包覆HMX的热安定性与撞击感度均优于HMX，其中AR-71型ACM包覆HMX的热爆炸临界温度为277.83℃，特性落高50为66.62cm，综合性能最佳。

HMX；包覆；溶液-水悬浮法；热安定性

环四亚甲基四硝胺（HMX）[1]是一种具有较高的能量输出且综合性能优良的传统单质炸药。但是由于其机械感度较高、热安定性较差，故需要采用降感方法降低HMX的机械感度，改善其热安定性。丙烯酸酯橡胶（ACM）[2-4]是一类功能性橡胶，由丙烯酸酯单体、硫化点单体和具有功能性活性基团的单体经过聚合而成，具有耐高低温、耐紫外线辐射、耐氧化分解和耐油等特殊性能。国外学者EA Glascoe[5]等人研究了PBXN-9及其包覆材料（Hytemp 4454/DOA）的热性能，结果表明Hytemp 4454/DOA粘结体系对主体炸药HMX的热性能有一定影响。HS Kim[6]等人对DXD-59的配方进行了研究，得出DXD-59具有高爆轰速度和钝感特性。刘树浩[7]等人以氟橡胶为包覆材料对HMX进行包覆，HMX机械感度明显降低。刘云飞[8]等人用聚丙烯酸乙酯对HMX进行破乳法包覆，包覆后HMX感度有所下降。虽然国内外对HMX的钝感包覆研究比较充分，但对性能良好的丙烯酸酯橡胶钝感包覆研究较少。

本文采用水悬浮法，以4种不同类型丙烯酸酯橡胶（ACM）为粘结剂对细化HMX进行包覆，并对其进行表征与撞击感度的测试。

1 实验

1.1 主要原料、试剂及实验仪器

原料及试剂：HMX 原料，兵器工业集团第805 厂；二甲基亚砜（分析纯），天津市光复精细化工研究所；聚丙烯酸酯（ACM，型号：AR-12，AR-14，AR-71，CG 4051），美国ZEON公司；1,2-二氯乙烷（分析纯），天津化学试剂二厂；纯净水，太原钢铁有限公司。实验仪器：Hitachi S-4700型扫描电子显微镜，日本日立公司；DSC-131型差示扫描量热仪，法国Setaram公司；D/MAX-RB型X射线衍射仪，日本理学公司；WL-1型撞落锤仪，自制。

1.2 试验配方

4种PBX造型粉配方见表1 。

表1 试验配方 （%）

Tab.1 The test formula

1.3 试样制备

1.3.1 细化HMX的制备

在常温常压条件下，将10gHMX原料溶于20mL的二甲基亚砜溶剂中，用玻璃棒搅拌至HMX完全溶解。用自制喷雾装置将其喷入高速搅拌的非溶剂（纯净水）中，继续搅拌0.25h，使HMX重结晶得到粒径5μm左右的细化HMX。

1.3.2 以HMX为基PBX造型粉的制备

采用水悬浮包覆法，分别以AR-12、AR-14、AR-71、CG 4051作为粘结剂制备HMX基PBX。首先将一定量的细化HMX加入纯净水中进行搅拌得到水悬浮液，然后将质量分数2%的粘结剂按匀速滴入，并在45℃水浴锅中匀速搅拌蒸发溶剂，使粘结剂均匀包覆在炸药颗粒表面，得到样品1~样品4。

1.4 性能测试

（1）微观形貌：采用冷场发射扫描电镜（FE-SEM）进行观测。（2）热分解特性及热安定性：采用差示扫描量热（DSC）法进行表征，铝坩埚加盖打孔，N2气氛，N2流量为30mL/min，取样量为（0.5±0.1）mg，参比物为α-Al2O3粉。（3）晶型结构：采用X射线衍射（XRD）法进行分析，Cu靶Ka辐射，光管电压为30 kV，电流为 50mA，入射狭缝为2.0mm，步长为0.03°。（4）撞击感度：按照GJB 772A-1997 标准，采用落锤法进行测定，测试条件：落锤质量为5kg，药量为35mg。

2 结果与讨论

2.1 HMX基PBX的形貌表征与分析

FE-SEM 照片如图1所示。

图1 HMX基PBX的FE-SEM照片

由图1可知：原料HMX颗粒有尖锐的棱角，表面粗糙，粒径分布较宽；细化HMX颗粒呈表面光滑的椭球型，棱角变少，粒径在5μm左右，且粒径分布较窄；样品1~样品4的表面附着一层絮状物，明显的尖锐棱角被覆盖，说明4种ACM对HMX都有很好的包覆效果。

2.2 HMX基PBX的X 射线粉末衍射表征与分析

将HMX、细化HMX和4种样品进行X-射线衍射（XRD），测试结果如图2所示。

通过对比PDF 卡片库42-1768（β-HMX），从图2可以看出原料HMX和细化HMX的峰值衍射角基本相同，都是β型。然而细化HMX峰值较原料降低，说明细化HMX的粒径较原料HMX的粒径变小。4种样品与细化HMX相比，所有的峰值衍射角位置均相同，但4种样品的衍射峰强度都有不同程度的减弱，说明细化HMX经过包覆后，HMX的晶型未发生变化，而ACM包覆在HMX晶体表面，削弱了HMX的衍射峰强度。

2.3 HMX基PBX的DSC表征与分析

对细化HMX及4种PBX样品的热分解特性进行测试，升温速率分别为5℃/min、10℃/min、20℃/min，测得DSC曲线如图3所示。表2为不同升温速率下的热分解峰温。

图2 HMX样品的X射线衍射图

表2不同升温速率下包覆后HMX样品的热分解峰温（℃）

Tab.2 Thermal decomposition peak temperatures of HMX samples under different heating rates

图3 HMX样品的DSC曲线

由图3可以看出，4种样品的热分解峰温T都随升温速率的增加而升高。

表3 包覆后HMX样品的热爆炸临界温度

Tab.3 Thermal explosion critical temperature of HMX samples

式（1）~（2）中：为升温速率，K•min-1；T为在升温速率下炸药的分解温度峰温，K；为指前因子，min-1或者s-1；R为气体常数，8.314J• min-1•K-1；E为表观活化能，J•min-1。

利用公式（3）可求得在升温速率趋向于0时的分解峰温T0，将上述数据带入热爆炸临界温度计算公式[12]（公式4）计算得到热爆炸临界温度T，计算结果见表3。

由表3可知，4种样品的热爆炸临界温度都高于细化HMX，其中AR-71型ACM包覆HMX（样品3）的热爆炸临界温度最高，比细化HMX高出2.68℃。说明4种样品的热稳定性都优于细化HMX，而AR-71型ACM包覆HMX具有最好的热安定性。

由于ACM其主链为饱和碳链，发生热氧化反应需要较高的温度，在发生热氧化反应前吸收周围的热能转化为内能，在一定程度上阻止了热能传递给HMX。并且ACM导热性能良好，避免了热能聚集的情况发生，增强了样品的热安定性。其中AR-71型ACM属于耐热型橡胶，且分子量比另3种ACM大，对增强HMX的热安定性更能起到良好的作用。

2.4 HMX基PBX的撞击感度

HMX、细化HMX和4种样品的撞击感度测试结果如表4所示。由表4可知：细化HMX的特性落高比原料HMX的特性落高高出13.85cm，而4种用水悬浮法包覆细化HMX的特性落高较细化HMX的特性落高更进一步提高。说明HMX经过细化处理后，能起到明显的降感作用，ACM包覆细化HMX后的降感效果更好，并且4种样品中AR-71型ACM包覆降感效果最好。

表4 包覆后HMX样品的撞击感度测试结果

Tab.4 Impact sensitivity test results of HMX samples

分析其原因：HMX经过细化处理后，其晶体表面变光滑，明显棱角消失，晶体缺陷减少，晶体间的摩擦效应降低，故细化HMX撞击感度降低。ACM为弹性体，其主链为饱和碳链，侧基为极性酯基，其分子间作用力大，HMX与ACM间的结合作用增强，同时促成了更多导热通道的形成，使得ACM的包覆效果提高。在冲击载荷作用下，减少了包覆物脱落晶体外漏的概率，并且导热通道的形成使热能快速分散，不利于热点的形成。ACM附着在细化HMX晶体表面，起到润滑缓冲的作用，减少了颗粒之间的摩擦，并且由于ACM的低熔点特性，在冲击载荷作用下，更容易消耗能量，降低热点产生的概率，从而进一步降低细化HMX的撞击感度。由于AR-71型ACM的门尼粘度相对较低，流动性好，力学性能较优，经AR-71型ACM包覆的细化HMX的降感效果相对最佳。

3 结论

正在桂林的聂绀弩就是其中之一，读了沈从文的文章后，他写了《从沈从文笔下看鲁迅》(注：刊1940年12月1日的《野草》月刊)。沈从文对鲁迅及其杂文的看法，聂绀弩是非常反对的。但他的反驳方式很鲁迅化，不是自己条分缕析逐一议论评述，而是非常有针对性地选用鲁迅文章的段落，以鲁迅之矛予以反击，呈现出他特有的俏皮风格。

（1）采用水悬浮法，可将丙烯酸酯橡胶（ACM）包覆在HMX晶体表面，包覆后颗粒呈球状或椭球状。

（2）细化及包覆前后HMX晶型未发生变化。

（3）4种ACM包覆细化HMX的热安定性均优于HMX，其中AR-71型ACM包覆细化HMX的热安定性最优。

（4）经过细化和ACM包覆，HMX的撞击感度均明显降低，其中AR-71型ACM包覆处理后，50提高50.72cm（318.99%），其降感效果最佳。

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Study on the Reduced Sensitivity of HMX Coated with ACM

SHEN Jin-tao，XU Wen-zheng，WANG Jing-yu，XING Jiang-tao

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

A HMX-based PBXs (polymer bonded explosive) were prepared with water-suspension coating method, using HMX as donor and four types ACM as binder. Then the characterization and the impact sensitivity of PBXs were measured. The results showed that the ACM was well coated HMX on the surface, and the ball shape as well as ellipsoid were all appeared by water-suspension coating method. The crystal shape of HMX was still with the original shape. In addition, the thermal stability and impact sensitivity of HMX that coated by four types ACM were all superior to the initial HMX. Especially, the critical temperature of thermal explosion of HMX coated by AR-71 was 277.83℃, and drop height (50) was 66.62cm, which has the best comprehensive properties.

HMX；Coating；Water-suspension coating method；Thermal stability

1003-1480（2016）05-0050-04

TQ564

A

2016-06-28

申锦涛（1990-），男，在读硕士研究生，主要从事传爆药安全性研究。