塑料黏结炸药AFX-757的生产、性能及其应用

高拥军， 刘 江

(江西新余国科科技股份有限公司，江西 新余 338034)

塑料黏结炸药AFX-757的生产、性能及其应用

高拥军， 刘 江

(江西新余国科科技股份有限公司，江西 新余 338034)

介绍了一种新式的塑料黏结炸药(PBX)AFX-757，简述了其配方，分析了各组分对爆炸性能的影响；介绍了其生产方法与所需设备；通过归纳3组对比实验的数据，说明了其较优的爆炸做功能力和放热效果；介绍了该类炸药在美军中的运用，结果表明，AFX-757能满足高能钝感、安全可靠的装药要求，是一种较优的PBX装药。

AFX-757；钝感炸药；塑料黏结炸药

引 言

在含能材料的储存、使用过程中存在发生事故的可能性，这促使研究人员寻求更加不敏感的炸药。回顾近期的局部战争，军事目标的防护性能日益强大，杀伤弹贯穿密闭环境中的硬目标，如，洞穴、地下工事和水下目标，弹药仍需具有一定的高速碰撞速度和足够穿越硬性混凝土防御的能量，这对弹药提出了更高的要求。适用于这类武器的炸药和弹药应满足特定的能量、敏感性和机械性能的要求，以保持足够的爆炸能力，并能承受各种碰撞以及在硬性目标中的渗透应力[1]。

降低炸药敏感程度的可行方法之一是发展塑料黏结炸药(PBX)，因为相对于一般的工业炸药，PBX是一种感度低、性能优良的新型炸药。它是将高能炸药颗粒表面进行包覆或与一些高聚物材料进行混合制备成的一种含能材料。PBX炸药的配方中含有非爆炸性的聚合物，聚合物以基质的形式悬浮于炸药材质中，这种基质可以吸收部分不必要的初始刺激能量从而达到降感的目的，此外，还能显示出与某些橡胶类似的力学性能。因此，除了对冲击和外部刺激较钝感外，贮存期性能、机械性能和浇注性能也得到提高。

AFX-757是一种含有金属粉末，易浇注-固化成型的新型PBX炸药。这种炸药源于美国空军的国防计划支持，设计的最初目的是应用于水下或封闭式环境中，在美军部队中现已替换TNT和PBXN-109，用作穿甲弹的主装药。目前，我国的PBX炸药也进入了装备阶段，对国外的先进炸药进行探讨对国防建设有重要意义。

1 AFX-757炸药

在PBX的配方中，金属含量增加能使释放的能量增加，但却降低了氧平衡，因此，需在炸药配方中使用氧化剂，如，硝酸铵(AN)或高氯酸铵(AP)，由于其高氧密度而被选作合适的氧化剂。

AFX-757配方中主要成分是燃料和用于常规炸药的氧化剂和黏合剂。配方列于第45页表1。如表1所示，为增加此配方的能量密度，选用铝粉(Al)的颗粒粒度为17 μm，使用的炸药组分(RDX)颗粒粒度为4 μm。使用此类颗粒级配方可以增加固体粒子的含量，并改善爆炸反应过程中的有效接触作用。

AFX-757配方中加入Al粉的作用是增加爆热。在爆炸时，游离态的O2与铝发生反应，生成氧化铝，同时，产生显著的余热。常规炸药(如，RDX)极少产生游离态的氧，凭借爆炸作用，可使大量的热铝颗粒在环境中分散。热铝颗粒接触到大气中的O2时就开始燃烧。铝粉的二次燃烧减缓了初级炸药的能量释放速率，同时，增加了整体装药的爆炸能量，提高了爆炸性能。AP是一种富氧化的炸药，加入AP为体系提供了更多的氧，从而推动金属反应加速，使其更有效地释放能量。这就是含有AP的AFX-757比不含AP的PBXN-109可释放出更多能量的原因。

表1 AFX-757炸药

一般来说，氧化剂如硝酸铵(AN)也可以使用，但是由于AP密度更高，所以常在配方中选取AP。氧含量增加导致炸药的爆热和爆温增加。同PBX炸药类似，AFX-757炸药有较好的物理性能、较高的安定性和更为钝感的冲击感度与摩擦感度。并且，该种炸药还具备普通TNT-Al炸药所没有的较好的韧性。

普通的含RDX、Al粉和黏结剂的PBXN-109炸药为负氧平衡，因此，在狭窄区域(如水下)中的应用受到限制。由于AP的存在，AFX-757的氧平衡提高，扩展了使用范围[2]。根据AFX-757配方设计的产品，其爆速较低，但是爆温和爆热较高，可使爆炸能量的作用达到最大值[3]。

AFX-757配方中使用的成分也很便宜，比当前配方在生产上具有经济优势。另外，它的加工比往弹头中注入更加容易，安定性测试后将其归纳在低风险的化合物一类[4]。并且，配方中高能成分含量高可以减少弹头装药重量，有利于运输和提高执行空中任务的效率。

2 生产方法

2.1 生产设备

配方中所有固体物料必须分散均匀。为了达到这一目的并考虑到混合物的黏度，必须使用特制的齿轮混合机。这种混合机是垂直式的，能够在限定的温度和压力下，提供合适的、用于高黏度混合物的混合效果。典型的齿轮混合机如图1所示。

图1 齿轮混合机

如图1所示，此设备垂直设置有2个中心和1个侧边叶片。使用这种机器可以有效地搅拌、分散和均匀混合物。此设备配备一些辅助设施，如，压缩机及液压泵、真空泵和夹套容器所需的加热能源等。固化过程是通过使用一个温度可调的特殊烘箱来控制的。在设备的下部嵌入输出室，与装填系统相连接。装填系统能在正确的时机安全地装填炸药。装填产品必须无孔隙。由于所获得的物料具有高黏度性，用于这种物料的加料系统是在真空条件下运行的。在真空吸力和外加压力的作用下把物料装填到战斗部中。

2.2 过程描述

黏结剂混合物包括HTPB树脂、塑化剂DOA、抗氧化剂及卵磷脂，将物料备好后分别加入到混合容器中。温度55 ℃、压力为0.2 bar条件下混合1 h。然后，将干燥的RDX，分2步加入，每一步都在真空条件下搅拌直至黏度降低。生产过程：第1步，称取干燥的粗粒RDX，加入混合容器中；第2步，加入充分干燥的AP粉末；第3步，将铝粉加入混合容器。加料完成后，物料在真空条件下混合均匀，黏接剂也分散到混合物的各个部分。混合过程在55 ℃的真空条件下持续60 min。剩下的2种组分：固化剂和催化剂，在之后加入混合容器。最后，物料进行批量浇注后进行固化。生产过程步骤如第46页图2所示。

3 产品分析

3.1 力学性能测试

根据AFX-757的测试标准[4]，产品分析包括力学性能测试以及真空安定性测试。产品测试结果与标准相符，如第46页表2所示。

a) 创建黏结剂混合 b) 添加固体材料 c) 混合物黏结结果

测试项目测试1测试2测试标准硬度(邵氏A)43±141±1>20密度/g·cm-31．8151．841．76～1．86拉伸强度①/Psi51．0545．11>30延伸率/%10．7710．57>10真空安定性/mL·g-10．125<0．5注①：1MPa∶145Ps；

3.2 现场测试

AFX-757填装的战斗部的现场方案为：AFX-757填装的战斗部的3个测试分别是压力/时间、压力/距离和温度/距离的测试。其中，两个测试使用中间传爆药(C4)，一个测试使用点传爆药(PETN)。

安放传爆药和起爆装置(图3)后，在距离爆炸地点15 m距离外由导引电源进行引爆，间隔分别为0.9、1.5、2.1 m处的爆炸压力数据结果由压电晶体传感器测得。在传感器1和3之间也使用压力测量系统，在样品前方的不同基座上的不同高度处安装传感器。

为检测不同径向间隔的不同温度，在距离弹体2、3、4 m的间隔处使用了浸渍汽油的纤维。同时，用高速摄影机记录爆炸过程，结果如表3～表5所示。

图3 爆炸试验的样品结构

测试序号填装药压药密度/g·cm-3战斗部质量/g药量/g平均压力峰/MPa1AFX⁃75711．78189210540．722AFX⁃75721．8191012130．743TNT1．56179510940．53

力学性能测试结果显示，AFX-757炸药的数据完全与军方标准吻合。同时，根据压力传感器的数据对AFX-757炸药与以TNT为载体的炸药进行比较，结论如下：

表4 推力测试结果

表5 火焰测试结果

装有中间传爆药和点传爆药的AFX-757炸药的压力平均峰值比TNT基装药分别高36%和40%；平均推力比TNT基装药分别高13%和9%。

4 应用

AFX-75炸药可以用作小口径弹、导弹以及水下战斗部的装药。

1) BLU-113和BLU-122

BLU-113是一种用于弹道钻地导弹的穿甲弹药，弹体填装直径36.83 cm，长约580 cm，炸弹使用单引信，填装约304 kg的TNT-Al(80/20)混合炸药。

2003年，开始研究BLU-113战斗部的改进型替代品，主要从使用寿命、可燃性和爆炸性能3个方面进行改进，最后，使用约354 kg的AFX-757作为主装药。改进型号为BLU-122，其尺寸和形状与BLU-113相似，但其使用的材料威力更大，使其对岩石和混凝土的穿破能力有更大的提高。据报道，BLU-122对目标的毁伤能力比BLU-113高出54%，穿甲能力高出20%，爆炸性能提高70%，而且钝感效果更好。

2) 小直径炸弹(SDB炸弹)

SDB炸弹是一种带弹翼的滑翔炸弹，在释放之后弹翼展开以增加射程。由于其小型化的特征，战斗机可携带更多该种弹药，从而提高了其对目标的攻击性。SDB弹是美国空军的战略弹药。SDB炸弹战斗部重98.6 kg，内含17.5 kg的AFX-757炸药，由于特殊的战斗部设计，其拥有与907 kg的BLU-109炸弹相同的破甲能力，即有可成功穿透8英尺加强混凝土的能力。

5 结语

本文介绍了AFX-757的制备方法、机械强度学性能的测试，并将数据与现役的TNT基的炸药相比，体现出这种炸药具有更理想的爆炸能力和机械性能。AFX-757炸药现已装备美军的诸多弹药，实战表明，这种弹药性能优越且更加安全可靠。本文的研究有助于发展我国自己的钝感高能炸药。

[1] 王晰.美国不敏感混合炸药的发展现状[J].火炸药学报，2007(2)：78-80.

[2] 王振宇，邵颖惠.AFC-757炸药被评定为极不敏感爆炸物质的验证试验[J].飞航导弹，2011(4)：92-94.

[3] IKA Planetron.The new machine system for research,development and production of propellants and explosives[J].Propellants Explosives Pyrotechnics,2010,10(2):54-55.

[4] George W.Extremely insensitive detonating substance testing and equalization of AFX-757 explosive[C]//Insensitive Munitions and Energetic Materials Technology Symposium.Arlington:NDIA,2001:203-222.

Introduction of production, property and application of a new kind of PBX——AFX757

GAO Yongjun, LIU Jiang

(Jiangxi Xinyu Guoke Technology Co.,Ltd., Xinyu Jiangxi 338034, China)

A new kind of plastic bonded explosive (PBX)——AFX757 is introduced, the formula of which is sketched and the influence of components to detonation property is analyzed. The methods and equipment for production are briefly presented. The data of three experiments is concluded to confirm the better explosive power and exothermic effects. The application of AFX757 in military of the United States shows that this explosive can meet the requirements of high energy and insensitivity, safe and reliable charge, which is an alternative PBX charge.

AFX-757; insensitive explosive; plastic bonded explosive (PBX)

2017-03-01

高拥军，男，1970年出生，2011年毕业于江西科技师范学院，工程师，从事含能材料的研发与工艺设计工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.14

TQ56

A

1004-7050(2017)02-0044-04

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