发射药化学安定性检测方法研究

姜志保，郑 波，王韶光

(中国人民解放军32181部队，石家庄 河北 050000)

0 引 言

发射药作为武器发射弹丸或推动火箭运动的特种能源，广泛应用于国防、军事和航天等领域.由于发射药属于长期储存、一次性使用的产品，其化学安定性便是衡量发射药作用性能和安全性能的重要指标.随着发射药储存时间的增加，其化学安定性越来越低，发射药使用性能也就越来越差，最后会严重影响发射药的燃烧性能和弹道性能[1,2]，以至于无法使用而报废，有些发射药甚至会造成自燃事故.因此，发射药化学安定性的优劣，不仅影响发射药的使用可靠性，也影响发射药的储存安全性.

目前，进行发射药化学安定性检测的方法主要采用维也里试验法和气相色谱试验法.自维也里1884年发明发射药安定性试验法以来，100多年来人们试图以新的试验法加以取代.经过弹药检测技术人员长期努力和不断探索，于20世纪 70年代初在全国推广应用了气相色谱试验法.气相色谱试验法采用了计算机技术，尽管自动化程度高，试验周期短，但还不能完全取代维也里试验法[3].本文通过对这两种方法长期实践、研究和各自试验数据对比分析，探讨了气相色谱试验法和维也里试验法的优点与不足，并提出了减少试验误差、提高检测水平的方法和途径.

1 维也里试验方法的优点和缺点

维也里试验方法是将定量试样装在密闭的盛有蓝色石蕊试纸的维也里烧杯内，在106.5±0.5 ℃ 的恒温器中加热,使之分解放出氮的氧化物与试样中微量水分(1%～1.5%)作用，生成硝酸和亚硝酸[4]，以蓝色石蕊试纸变为红色或出现棕色烟所累计的加热时间，表示发射药的化学安定性.它的优点在于：

1)能够比较正确地反映无烟药的化学安定性，符合无烟药在长期储存中的实际情况，试验重复性优于其它安定性试验法.

2)对制式无烟药产品有一个完整的复试期规格.

3)设备成本低，试验程序简便，操作简单.

其缺点是：

1)观察试纸变化及提取红色终点时，主观性较强.

2)进行重复至1 h试验的时间太长，对质量较好的无烟药往往需要一个多月的时间才能结束.

3)维也里试验仍然属于定性方法的范畴，对无烟药中加入特别附加成份者，不易试验到红色终点，影响安定度的正确判定.

2 气相色谱试验方法的优点和缺点

发射药气相色谱试验法是将定量发射药密封于定体积不锈钢杯中，在90±0.3 ℃的恒温器中加热使其分解，通过分解气体中特征气体CO2，NO2的含量来判断发射药安定性性能.它的优点是：

1)试验主观误差小，试验结果同一性好，操作便利，对环境条件的要求宽松，劳动强度小，环境污染和人体伤害也有不同程度的降低.

2)自动化程度高.在气相色谱法试运行的几年里，整个试验过程由最初的手工绘图测量、计算发展成为自动积分，电脑自动积分、计算、打印、数据自动化处理，提高了工作效率，有效节省了工作时间.

3)试验结果直观，相对误差小.能定量反映发药的内在质量，试验结果能顺利转换成分析数据，能够快捷准确地反映发射药质量状况.

其缺点是：

1)仪器价格昂贵，损坏后不易修理.调试仪器技术要求高.需要较长的时间和较高的技术水平.

2)发射药在气相色谱条件下的分解与在储存条件下的分解不完全一致.

3 两种试验方法试验结果对比与分析

3.1 试验结果

在发射药年度监测和某些特殊检测中，有针对性地进行两种试验方法结果对比，发现了两种方法对异常发射药试验结果的异同，见表1～表4.

表1 气相色谱法试验质量偏差的发射药Tab.1 The test quality deviations of the gas-chromatographic determination of the propellant

表3 两种试验方法对发射药试验结果的平行度Tab.3 The balance degrees to the propellant test results of the two test methods

表4 两种试验方法试验时间对照表Tab.4 The time contrast table of the two test methods

3.2 试验结果对比分析

1)维也里仪器调整时间短，易操作，试验周期长；气相色谱仪器的调整时间长，难度大，试验周期短.实际试验中，维也里试验6人24 h不间断工作，10 d左右完成20个样品试验；气相色谱法试验，3人每天工作10 h可完成20个样品试验.

2)某些含有衍生物成份的发射药，在维也里试验中，结果不准确.如双芳-3牌号的无烟药和消焰无烟药，试验时应根据经验适当延长提取时间.而气相色谱试验的重复性相对较好，不仅同一牌号不同批次的发射药在试验结果上平行度高，并且同一批次的发射药重复试验的结果偏差小.

3)双迫发射药气相色谱法试验的结果存在偏差.2007年以来，我们在气相色谱检测中测出已达到危险品示值的双迫发射药8批，但经过维也里试验及其它方法的比较试验，否定了气相色谱法试验所确定的结果.

4)气相色谱法中试验仪器稳定性不好.根据我们多年工作实践，采取以下几种措施，可以提高仪器的稳定性：① 配备较好的稳压电源设备；② 定期清洁热导池池体；③ 安装氢气过滤装置；④ 严格操作规范；⑤ 延长仪器调试期的连续运行时间.

5)维也里试验的主观误差较大.尽管维也里试验方法存在主观误差，但仍然是我国确定发射药质量状况和解决相关问题的主要方法，也是最终确定发射药危险品的必做项目，因此，要注重人员素质的养成和提高.

4 提高维也里与气相色谱试验方法检测水平的途径

4.1 提高维也里试验方法检测水平的途径

1)维也里炉体采用甘油夹层保温办法，电子继电器控制电炉加热.它的缺点在于热量散失大，工作环境差，一旦温度控制失灵，甘油四溢，难以消除，而且使用电风扇冷却，难以在较短的时间里恢复温度.鉴于此，需重新设计维也里控温炉，实现加热、控温、控时的自动化.

2)改进维也里试验冷却方法，使发射药不论置于何层，它的水解反应都处在同一条件下，而不是如现在这样，置于不同层次的发射药，其所接受到的水解反应程度并不完全一样，从而导致试验结果出现差异.

3)维也里加热杯的密封采用弹簧钢片弹压，这个方法存在着受力不一致的缺陷；受力过大导致玻璃损坏，受力过小容易漏气，导致石蕊试纸的颜色变化不能真实地反映发射药的质量变化情况，因此将它的弹簧钢片弹压密封改为螺旋受力密封，以克服受力不均匀，不易操作等因素.

4.2 提高气相色谱试验方法检测水平的途径

气相色谱试验方法和技术的发展，为其在发射药检测领域的应用奠定了良好的基础，但气相色谱仪的技术指标和稳定性却对检测结果影响较大，如何更好地发挥仪器的作用，根据几年工作中的体会和经验，我们认为：

1)建立仪器校验制度.目前气相色谱仪的鉴定和校验工作缺乏规范，缺乏必要的条件，建议建立仪器校验制度.

2)气相色谱仪配套设备及有关标准药有待完善.目前，气相色谱标准药与检测发射药存放不同步，环境条件对标准药的校正值影响较大，应将标准药与发射药同库存放、同时参与质量变化.

3)进一步提高试验人员水平.气相色谱仪试验是一项技术含量高的工作，需要长期实践锻炼和积累经验，培养处理和解决问题的能力，建立培训、学习制度，定期交流技术上的经验教训.

维也里试验和气相色谱法试验是发射药安定性检测的重要手段，应取长补短，实现两种试验方法的联动发展.由于气相色谱法与维也里试验方法具有很强的互补性，应对这两种试验方法进行适当的结合，发挥各自的优长，进一步提高发射药的检测整体水平.