2，4-二硝基苯甲醚（DNAN）基熔铸炸药研究进展

2020-01-15蒙君煚曹同堂王亲会

含能材料 2020年1期

蒙君煚，周霖，曹同堂，王亲会

（1.西安近代化学研究所，陕西西安 710065；2.北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京 100081；3.安徽东风机电科技股份有限公司，安徽合肥 230022）

1 引言

将高能炸药固相颗粒加入熔融载体炸药中形成悬浮体，进行铸装的混合炸药统称为熔铸炸药。熔铸炸药具有熔化/混合时间短、工艺简单、装填加工容易、生产成本低等优点，是目前各国军事上广泛使用的一类混合炸药。20 世纪初，2，4，6-三硝基甲苯（TNT）基熔铸炸药在军事领域得到了广泛的认可［1］，大量装填于各种杀伤弹、爆破弹、破甲弹、航弹、导弹战斗部和水中兵器等［2］。进入70 年代以后，西方发达国家把提高武器系统在战场上的生存能力和弹药贮存、运输及勤务处理的安全性作为武器装备发展的方向［3-4］，弹药不仅需要射程远、精度高、威力大，还要满足钝感弹药的要求。而传统的TNT 基熔铸炸药在使用过程中暴露出的问题导致其不能满足钝感弹药的要求，主要表现在以下几个方面：（1）装药容易出现质量缺陷，密度不均匀，易产生缩孔疏松、气孔和底隙等缺陷，不仅影响爆轰性能，而且影响使用安全性［5］；（2）力学性能不理想，弹性、韧性差，强度低，易脆，在受到机械应力、热应力的作用时，容易发生内部损伤、裂纹等现象［6］；（3）安全性能差，感度高，容易殉爆，易被破片或射流引爆，燃烧易转为爆轰［7］；（4）毒性大，难降解，危害人体健康且容易造成环境污染［8］。因此，各国均致力于寻找物理与化学性能适宜的新型钝感熔铸载体炸药（insensitive munitions，IM）来替代TNT。

2，4-二硝基苯甲醚（DNAN）是当前研究最为活跃的一种钝感熔铸载体炸药，于1849 年首次合成，早在第二次世界大战就被用于V-1 巡航导弹装药Amatol 40（DNAN/硝铵/黑索今（RDX）50/35/15），然而当时只是作为产能不足的TNT 替代物［9］。由于DNAN 能量低于TNT，二战后很长一段时间无人问津。随着钝感弹药的发展，这种含能材料引起了各国的广泛关注，其优点主要表现为［8，10］：（1）冲击波感度和热感度比TNT 低；（2）根据联合国危险物品分类系统，DNAN 属于4.1 类“易燃固体”，而TNT 为1.1 类“具有爆炸危险的爆炸物”，因此DNAN 运输要求不及TNT 严格，运输及存储成本低。近几年来，美国、澳大利亚、波兰、挪威、中国等积极开展DNAN 基熔铸炸药技术研究，并成功研制出多种配方，部分配方的装药生产线业已建成并投产，为DNAN 基熔铸炸药的应用奠定了基础。本文详细介绍了DNAN 单质的合成及性能，同时对DNAN 基熔铸炸药爆炸特性、安全性、安定性、贮存特性、易损性、力学特性及流变特性等最新研究进行了总结分析。

2 DNAN的合成及性能

2.1 DNAN的合成

研究表明，DNAN 可通过不同的合成方法从不同的原材料开始制备［11-12］。目前通用的方法是将氯苯在硝酸和硫酸的混酸中进行硝化反应，制取1-氯-2，4-二硝基苯（CDB），CDB 在甲醇中与氢氧化钠发生亲核取代制得DNAN。

陈陆武［13］采用CDB 制备DNAN，但未对产物中所含的2，4-二硝基苯酚（DNP）做分离；而万克玲等［14］采用CDB 为原料制备DNAN 和DNP，然后进一步分离得到DNAN。上述方法由于液碱的强碱性作用，加快了CDB 水解，副产品DNP 的含量增大，使得DNAN纯度及收率降低；同时液碱的加入，使得反应用水量增大，母液不能持续循环套用，继而产生大量废水，对环境产生较大危害，后处理成本也相应增加。鉴于此，徐万福等［15］对合成工艺进行了改进，不仅提高了DNAN的纯度和收率，而且母液经处理后可持续套用，符合清洁工业化生产要求，但仍是一种间断合成DNAN的方法。方克雄等［16］对间断合成法进行改进，发明了一种连续化合成DNAN的方法，主要包括合成、甲醇回收、洗涤、干燥以及制片包装五个过程。

Heck 等［17］采用碳酸钾法合成DNAN，即在甲醇中加入CDB，再少量多次加入碳酸钾，回流反应一段时间，加入冰水冷却析出产物。

2.2 DNAN的性能

DNAN 与TNT 的主要性能如表1 所示。

表1 DNAN 和TNT 的性能对比Table 1 The performance comparison between of DNAN and TNT

由表1 可知，与TNT 相比，DNAN 具有低氧平衡、低密度、低爆热、低爆压、低威力和高熔点等缺点。然而，DNAN的低氧平衡可通过添加氧化剂，如高氯酸铵（AP）来调节，氧化剂的加入还可提高体系的密度和能量。John 等［28］研究了AP 含量对DNAN/AP 体系爆轰能量的影响，发现随着AP 含量的增加，体系爆轰能量增加，当AP 含量达到70%时，体系爆轰总能量达到最大值；当DNAN 与AP 的质量比为55∶45 时，体系能量与TNT 接近。尽管DNAN的威力只有TNT 的90%［18］，但由于其粘度较低，因此可以通过增加高能固相颗粒的含量来提高DNAN 基熔铸炸药体系的总能量。DNAN 可与N-甲基-4-硝基苯胺（MNA）形成低共熔物，当DNAN 与MNA 的质量比为33.75∶0.5 时，DNAN的熔点约降低10 ℃，与TNT 的熔点相当［29］。

DNAN的摩擦及撞击感度与TNT 接近，冲击波感度和热感度优于TNT，尤其是DNAN 较TNT 在热安全性方面更钝感。王红星等［23］对DNAN的热安全性进行了研究，认为DNAN 作为熔铸载体炸药，在其使用温度范围内（100 ℃以下）具有良好的热安全性。陈朗等［30］研究发现加热速率对DNAN 炸药点火前的状态具有很大影响，因此在DNAN 炸药的热安全性分析中，应充分考虑加热速率对热安全性的影响。Zhang等［31］对DNAN 与TNT 的热分解特性进行了对比研究，发现DNAN的热稳定性比TNT 更好，TNT 在分解反应时温度突变明显，更易发生安全事故。

DNAN的凝固点和导热系数高于TNT，而相变潜热和比热容低于TNT。这表明在相同的凝固条件下，DNAN 比TNT 的凝固速率更快，可能产生比TNT 更严重的装药缺陷。

虽然DNAN的不可逆增长比TNT 更明显，但经过30 次温度冲击后其药柱损伤比TNT 小［27］。Coster［32］及Ward［33-34］等研究表明DNAN 在一定的温度和压强下包含六种晶体形态，在-7 ℃左右晶体形态从DNAN-Ⅱ突变为DNAN-Ⅲ，这时DNAN 中的硝基会从无序转变为有序排列，导致分子单元体积增加。当在DNAN 中加入与其分子结构相似的物质时，如5%的2，4-二硝基甲苯（DNT）或5% 的1，3-二硝基苯（DNB），可以抑制晶型的转变；当加入5%的EDX-1时，晶体形态直到-53 ℃时仍没有发生转变。

Trzciński 等［35］分别对DNAN 和TNT 炸药进行了圆筒试验，结果表明DNAN的金属加速能力比TNT 低25%左右。Mishra 等［36］也对比了DNAN 与TNT 的爆炸特性，但其实验得到的爆速值比Trzciński 低，这是因为Trzciński 将DNAN 药柱置于直径25 mm，壁厚2.5 mm 的铜管中进行测试，导致侧向稀疏波对反应区的消弱作用减小。王红星等［37］对DNAN 与常用炸药的相容性进行了测试，结果表明DNAN 与TNT、RDX、HMX、DNTF、AP、A1 粉等均相容。因此，在进行DNAN 基炸药配方设计时，常用炸药组分皆可适用，能量可调节范围大。Grau 等［38］研究了DNAN 对不同含能材料的溶解度，结果表明在100 ℃下100 g 熔融的DNAN 分别可以溶解RDX13.7 g、奥克托今（HMX）3.02 g、3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮（NTO）0.222 g、硝基胍（NQ）0.45 g 及AP 0.088 g。Xing 等［39］研究表明DNAN的熔化相变潜热为20.2 kJ∙mol-1，凝固相变潜热为19.7 kJ∙mol-1，DNAN 在83～353 K 时比热容与温度的关系为C=0.3135+2.65×10-3T。赵凯等［40］通过纳米压痕试验与数值模拟研究了DNAN 和TNT 晶体在常温常压下的力学性能，发现DNAN的刚性大于TNT，塑性变形能力低于TNT，所以，DNAN 与TNT 相比呈现出又硬又脆的特点。

此外，随着DNAN 基熔铸炸药装备应用增加，其毒性及对环境冲击也受到了研究者的广泛关注。Johnson 等［41］分别从口服、吸入、遗传及代谢等方面论述了DNAN 对人体的危害，认为DNAN 会导致体重减轻、贫血和神经受损。Hawari［42］，Dodard［43］及Olivares［44］等研究了DNAN 对生态环境的危害，结果显示尽管DNAN 比TNT 更易溶解，但其疏水性较低且更易形成氨基衍生物，因此毒性比TNT 低。

3 DNAN 基熔铸炸药的性能

3.1 爆炸特性

20 世纪80 年代，美国匹克汀尼兵工厂（Picatinny Arsenal）会同美国阿连特技术系统公司（alliant techsystems inc，ATK）等多家单位按照钝感弹药标准研制了以DNAN 为基的Picatinny Arsenal Explosive（PAX）系列新型熔铸炸药［45］，包括：PAX-21［46］（DNAN/AP/RDX 34（/30（200～400 μm））（/5（100 μm）+31（8 μm）））、PAX-41［47］（DNAN/MNA/RDX 34.75/0.25（/44（100 μm）+21（3 μm）））及PAX-48［48］（DNAN/NTO/HMX 35/53/12）。自2005 年开始，美国陆军又在“通用低成本不敏感炸药（common low-cost insensitive munitions explosive，CLIMEx）”项目的支持下推出以DNAN 为基的Insensitive Melt-cast Explosive（IMX）系列熔铸炸药，包括IMX-101［46］（DNAN/NTO/NQ 43（/6（＜20 μm）+14（360 μm））（/37（300 μm）））及IMX-104［46］（DNAN/NTO/RDX 32（/53（300 μm））（/15（4 μm）））。上述炸药的爆炸特性如表2 所示。

Pelletier［49］及Vézina［50］等采用Cheetah5.0 程序计算得到IMX-104、PAX-48 和OSX-12（DNAN/NTO /RDX/Al）的爆炸性能，结果见表3（表中数值为相对于B 炸药的百分数）。由表3 可知，IMX-104、PAX-48 和OSX-12 的爆速、爆压和格尼系数均低于B 炸药。

此外，Vincent 等［51］通过平板实验研究了IMX-104炸药的爆速与直径的关系，得到了爆速与爆轰波阵面曲率的关系。Furnish等［52］采用轻气炮驱动铜片撞击待测试样，得到了IMX-101和IMX-104未反应炸药的状态方程。

继美国之后，2006年，澳大利亚国防科学与技术组织（defence science and technology organization，DSTO）的Davies［53-54］和Provatas［55］等也对DNAN基熔铸炸药进行了研究，形成了Australian Research Explosive（ARX）系列配方，分别为ARX-4027（DNAN/MNA/RDX=39.75/0.25/60）、ARX-4028（DNAN/MNA/NTO=29.75/0.25/70）和 ARX-4029 （DNAN/MNA/RDX/NTO=29.75/0.25/5/65）。表4 为ARX 系列熔铸炸药的爆炸特性。由表4 可知，ARX 系列炸药的能量比B 炸药低，但其爆轰临界直径大，不易起爆。

表2 美国几种DNAN 基炸药的爆炸特性［20］Table 2 Explosion characteristics of several DNAN-based explosives of USA［20］

表3 IMX-104、PAX-48 和OSX-12 的爆炸特性［49-50］Table 3 Explosion characteristics of IMX-104，PAX-48 and OSX-12［49-50］

表4 澳大利亚ARX 系列炸药爆炸特性［53-55］Table 4 Explosion characteristics of ARX series explosives of Australian［53-55］

2015 年，挪威防务研究中心（defence research establishment）的Johansen［56］及Nevstad 等［57-59］也开展了DNAN 基熔铸炸药研究，形成了melt cast explosive（MCX）系列配方，包括MCX-6100（DNAN/NTO/RDX=32/53/15）、MCX-8100（DNAN/NTO/HMX=35/53/12）、 MCX-6002 （TNT/NTO/RDX=34/51/15）和MCX-8001（TNT/NTO/HMX=36/52/12），并对其爆速、爆压、爆轰临界直径及格尼系数进行了测试，结果见表5。如表5 所示，当配方组份含量接近时（MCX-6100 与 MCX-6002 相似，MCX-8100 与MCX-8001 相似），DNAN 基炸药的爆炸能量小于TNT基炸药。

表5 挪威MCX 系列炸药爆炸特性［56-59］Table 5 Explosion characteristics of MCX series explosives of Norway［56-59］

国内关于DNAN 基熔铸炸药研究起步较晚，且主要针对基础科学问题进行研究，公开的配方未见报道。2014 年，西安近代化学研究所高杰等［60］测试了6 种铝粉含量不同的DNAN 基熔铸炸药爆速、爆压及空中爆炸的冲击波参数，发现DNAN 基熔铸炸药空中爆炸威力（Δp∙I）与反应度和反应区间的乘积（λ∙L）具有较好一致性。认为可以考虑从提高反应度和增大反应区间来提高DNAN 基含铝熔铸炸药的爆炸威力。2016年，北京理工大学李东伟等［61-62］采用Fortran BKW代码计算了Octol（TNT/HMX 30/70）炸药和DNAN基熔铸炸药（DNAN/HMX 20/80）的爆速和爆压，结果表明该DNAN 基炸药的爆炸能量高于Octol，这主要因该DNAN 基熔铸炸药含有更高的固含量（80%的HMX）。张伟等［63］使用连续导线法获得了炸药组分、含量等因素对DNAN 基熔铸炸药爆轰临界直径的影响规律。Cao 等［64-65］通过拉格朗日分析测试系统对DNAN 基熔铸炸药的冲击起爆特性进行了研究，得到了加载压力、RDX 颗粒尺寸和晶体质量、铝粉颗粒尺寸和载体炸药对待测炸药冲击起爆特性的影响规律；同时采用水下爆炸实验测试得到不同长径比的传爆药对爆炸总能量的影响规律，最后拟合得到爆炸总能量与长径比的函数关系，可以用于指导传爆药设计。

3.2 安全性

Samuels［20］、Lee［66］及Singh［67］等对美国多种DNAN基熔铸炸药的安全性进行了测试，实验结果见表6。由表6 可知，上述几种炸药的撞击、冲击波感度都小于B 炸药，其中PAX-21及IMX-104的摩擦感度大于B炸药。

表6 美国几种DNAN 基炸药安全性［20，66-67］Table 6 Safety characteristics of several DNAN-based explosives of USA［20，66-67］

Provatas 等［68-69］对ARX 系列熔铸炸药的安全性进行了测试，结果见表7。由表7 可知，ARX 系列炸药的热分解温度均高于B 炸药，其中含有NTO 的配方ARX-4028 及ARX-4029 感度明显低于B 炸药与ARX-4027，而B 炸药与ARX-4027 感度基本相同。

Mishra 等［36］对DNAN 基与TNT 基熔铸炸药的感度进行了对比研究，表明DNAN 基炸药的摩擦感度与TNT 基炸药相当，但撞击感度更低。对于NTO 及1，1-二氨基-2，2-二硝基乙烯（FOX-7），DNAN/NTO、DNAN/FOX-7 的冲击波感度明显低于TNT/NTO、TNT/FOX-7，认为冲击波感度与主体炸药及载体炸药相关；对于HMX、RDX，当使用DNAN 代替TNT 后，冲击波感度降低可以忽略，认为冲击波感度主要决定于高能炸药，载体炸药对其影响很小。

表7 ARX 系列熔铸炸药的安全性［68-69］Table 7 Safety characteristics of ARX series explosives［68-69］

3.3 安定性

3.3.1 真空安定性（vacuum thermal stability VTS）

Fung［70］等采用MIL-STD-1751A（1061）方法对IMX-101、IMX-104 及OSX-12 炸药VTS 进行了测试，结果见表8。由表8 可知，几种DNAN 基炸药放气量都小于B 炸药，而且均满足小于2 mL∙g-1的安定性的要求。Provatas等［71］还对ARX 系列炸药做了真空安定性分析，发现ARX 系列炸药放气量均大于B 炸药，但满足安定性的要求。

表8 IMX-101、IMX-104 及OSX-12 炸药真空安定性［70］Table 8Vacuum thermal stability（VTS） of IMX-101，IMX-104 and OSX-12［70］

3.3.2 烤燃试验（cook-off test）

Lee［66］对IMX-101 进行了可变约束条件下（variable confinement cook-off test，VCCT）快烤（10 ℃∙s-1）和慢烤试验（3.3 ℃∙h-1），结果表明在烤燃实验中，IMX-101 发生了燃烧或爆燃，而A5 炸药（RDX/硬脂酸（SA）98.5/1.5）则发生了爆轰。因此IMX-101 热不敏感特性优于A5 炸药。Singh 等［67］对IMX-104 进行VCCT快烤（10 ℃∙s-1）和慢烤试验（3.3 ℃∙h-1），结果表明IMX-104 发生了燃烧或爆燃，而A5 炸药发生了爆轰或部分爆轰，B 炸药则从爆炸转为爆轰。因此IMX-104 炸药的热不敏感特性优于B 炸药及A5 炸药。Pelletier等［49，72］对PAX-48进行了VCCT慢烤实验（25 ℃∙h-1），结果表明PAX-48 发生了燃烧反应，而B 炸药则发生爆轰反应。因此PAX-48炸药的热不敏感特性优于B 炸药。

烤燃实验的另一种方法为一升烤燃实验（one li-ter cook-off test），将1350 g 待测炸药装填于一升圆底烧瓶中，放置于加热炉中加热。首先将样品快速加热（至少10 ℃∙min-1）到其熔点之上（10～20 ℃）并保持约5 h，然后以3.3 ℃∙h-1的速率升温，采用热电偶及高速相机记录其反应过程。通过该方法不仅可以能够得到自加热温度，而且能够了解热分解反应的剧烈程度。Lee［66］通过一升烤燃实验，得到IMX-101 炸药的自加热温度为145 ℃。Singh 等［67］通过一升烤燃实验发现Frank-Kamenetskii 模型可对IMX-104 自加热起始温度进行准确预测。

3.4 贮存特性

3.4.1 老化实验

Lee［66］对IMX-101 进行了加速老化试验，并测试老化后的各项性能指标，结果见表9。由表9 可知，IMX-101 加速老化试验后，放热起始温度略有降低；摩擦感度在1～3 月时间内升高，随后摩擦感度又降低；撞击感度和静电感度基本无变化，而冲击波感度变化较小；抗压强度均提高。总体而言，IMX-101 抗老化性能较好，具有良好的贮存性能。

表9 IMX-101 在70 °C 下密封老化试验结果［66］Table 9 Aged test results of IMX-101 70 °C in sealed container［66］

Singh［67］等对IMX-104 在70 ℃下进行了为期4 个月的加速老化试验，并测试了老化后的各项感度，实验结果如表10 所示。由表10 可知，在加速老化实验后，IMX-104 撞感与摩感均增加。

Provatas［68-69］等对ARX 系列炸药进行了12 个月加速老化试验，试验条件包含两种：（1）60 ℃恒温干燥，（2）在30～44 ℃、湿度14%～44% 条件下昼夜循环。每三个月检测一次炸药的密度、感度、药柱力学强度等性能，结果如表11 所示。结果表明，在条件1 下，ARX 系列炸药的撞感提高，摩感降低，而B 炸药表现出与其截然相反的性质；在条件2 下，ARX 系列炸药的撞感及摩感均降低，B 炸药表现出与其相同的性质；在上述两种条件下，ARX 系列炸药的密度损失小于B 炸药，两种炸药的抗压强度均降低。

表10 IMX-104 老化实验结果［67］Table 10 Aged test results of IMX-104［67］

表11 澳大利亚ARX 系列熔铸炸药老化实验结果［68-69］Table 11 Aged test results of ARX series explosives of Australian［68-69］

Nevstad等［56］对MCX系列炸药进行了为期6个月老化试验，试验条件为71 ℃恒温干燥。实验结束对四种炸药的质量、感度、自发火温度、渗油性等性能进行了测试，结果如表12 所示。由表12 可知，当配方组份含量接近时，DNAN 基炸药的质量损失及渗油性均低于TNT基炸药。因此，DNAN基熔铸炸药具有更好的贮存性能。

表12 挪威MCX 系列熔铸炸药老化实验结果［56］Table 12 Aged results of MCX series explosives in Norway［56］

3.4.2 不可逆膨胀

依据北约不敏感弹药标准AOP-7（202.01.010），炸药的不可逆膨胀不应超过1%，而传统的TNT 基熔铸炸药不能满足这一要求。Samuels［27］研究了美国几种DNAN 基熔铸炸药的不可逆膨胀，将裸露药柱在-54～71 ℃下循环30 或98 次，得到其体积变化，结果如表13 所示。由表13 可知，PAX-48、PAX-21、IMX-101 及IMX-104 的体积变化明显低于B 炸药。Samuels 同时发现当循环超过40 次后，IMX 配方在药柱表面包覆一层白色粉体；在98 次循环过程中，IMX-104、TNT、B 炸药的体积近似线性增长，试验后B炸药的体积增长最大，且药柱出现裂纹。

表13 美国几种DNAN 基熔铸炸药的不可逆膨胀［27］Table 13Irreversible growth test results of several DNAN-based explosives of USA［27］

3.4.3 渗油性

Samuels［20］采用MIL-STD-1751A（1661）方法，研究了美国几种DNAN 基熔铸炸药的渗油特性，结果见表14。尽管国内外对渗油性标准并没有给出标准判据，但是普遍认为不应超过0.1%［20］。由表14 可知，DNAN 基熔铸炸药的渗油性明显优于B 炸药，且PAX-48、IMX-101、IMX-104 渗油均没有超过0.1%。

表14 美国几种DNAN 基熔铸炸药的渗油性［20］Table 14 Exudation test results of several DNAN-based explosives of USA［20］

3.5 易损性

易损性包括六项：快烤、慢烤、子弹撞击、破片撞击、殉爆、热碎片撞击。表15 所示为几种DNAN 基熔铸炸药的易损性测试结果。

表15 美国几种DNAN 基熔铸炸药的易损性测试结果［73］Table 15 IM tests results of several DNAN-based explosives of USA［73］

Nita 研究表明PAX-48 五项（破片撞击无实验结果）与IMX-104 六项指标通过了易损性考核，IMX-101通过了最初的子弹撞击测试方法（一发子弹测试），但是没有通过新的测试方法（三发子弹测试），而B 炸药六项指标都未通过考核。因此，DNAN 基熔铸炸药的不敏感特性明显优于B 炸药。

3.6 力学特性

Pelletier 等［72］通过抗压强度测试，研究了IMX-101、PAX-48 和B 炸药的力学特性，结果如表16所示。由表16 可知，IMX-101 及PAX-48 的压缩力学性能约为B 炸药的2 倍，其刚性大于B 炸药。

Provatas 等［69］分别测试了ARX-4027、ARX-4028、ARX-4029 的力学特性，并与B 炸药进行了对比，试验结果如表17 所示。由表17 可知，ARX 系列炸药的抗压强度都大于B 炸药。

表16 IMX-101、PAX-48 和B 炸药压缩力学性能对比［72］Table 16Mechanical characteristics of compression for IMX-101，PAX-48 and comp.B［72］

表17 澳大利亚ARX 系列炸药力学特性［69］Table 17 Mechanical characteristics of ARX series explosives of Australian［69］

Zhu 等［75］通过巴西实验与数字图像相关法研究了DNAN/HMX（20/80）熔铸炸药在不同温度时的力学性能，结果表明温度升高时，DNAN/HMX 炸药的抗拉强度及弹性模量降低，而泊松比增加。Qian 等［76］采用数值模拟与实验相结合的方法研究了界面强度对DNAN/RDX 炸药力学性能的影响，结果表明添加剂季戊四醇丙烯醛树脂（APER）可以在DNAN 与RDX 之间形成高强度的界面黏结能，从而增加DNAN/RDX 炸药的机械强度和韧性。蒙君煚等［77-78］采用压力浇铸与真空浇铸的成型工艺，研究其对DNAN 基熔铸炸药抗拉强度的影响规律。结果表明当成型压力达到0.8 MPa 时，DNAN/HMX 炸药抗拉强度提高了9.9%，DNAN/RDX 炸药降低了40.8%，当真空度达到0.08 MPa 时，DNAN/RDX 炸药提高了14.3%。蒙君煚等［79-80］同时发现在DNAN/HMX（20/80）熔铸炸药中加入1%脱水山梨醇单硬脂酸酯聚氧乙烯醚（吐温60）和1%乙酸丁酸纤维素（CAB）可使炸药拉伸强度及剪切强度增大。这主要是因为功能助剂可增强界面黏附功，黏附功越大则药柱的抗拉强度越大，药柱断裂模式由穿晶/沿晶混合断裂向纯粹穿晶断裂转变。

3.7 流变特性

表18 给出了美国几种DNAN 基熔铸炸药的流出粘度。

Pelletier 等［72，83］研究了 IMX-104、PAX-48 及PAX-34［84］（DNAN/NTO/HMX/三氨基三硝基苯（TATB））炸药的表观粘度及沉降特性，同时研究了其流动性，结果如表19 所示。

表18 美国几种DNAN 基熔铸炸药的流出粘度［81-82］Table 18 Efflux viscosity of several DNAN-based explosives of USA［81-82］

表19 IMX-104、PAX-48 及PAX-34 粘度测试结果［72，83］Table 19 Viscosity tests results of IMX-104，PAX-48 and PAX-34［72，83］

由表19 可知，IMX-104 初始粘度较大，PAX-48 及PAX-34 初始粘度较小，但IMX-104、PAX-48 沉降不明显，PAX-34 在15 min 后粘度增加了209%。流动性结果表明IMX-104、PAX-48 更加均匀，流动稳定；PAX-34 浇铸过程中沉降明显，上部DNAN 液体较多粘度小，底部粘度大。

Vézina 等［50］对OSX-12 进行了表观粘度测试与沉降实验，发现OSX-12 初始粘度较高，经过15 min 沉淀后，粘度增加明显，有明显的沉降现象，化学成分分析表明，沉淀物主要为NTO、Al，表面漂浮物主要为DNAN。

表20 给出了挪威MCX 系列熔铸炸药的流出粘度。由表20 可知，当配方组分含量接近时，DNAN 基熔铸炸药的流出粘度较低，流动性好。

表20 挪威MCX 系列炸药的流出粘度［56］Table 20 Efflux viscosity of MCX series explosives of Norway［56］

Pelletier 等［49］对比了ARX-4027 与B 炸药的粘度，结果表明ARX-4027 粘度较小，沉降不明显。Ferlazzo等［47］研究了颗粒极配对DNAN 基熔铸炸药粘度的影响，结果表明当固含量为65%时，随着细颗粒RDX 或HMX（3 μm）含量增加，药浆粘度增加。Nicolich 等［85］研究表明当DNAN 含量为40%，AP 含量在0～30%变化时，RDX 含量超过剩余组分（RDX 和Al粉）的50%会导致粘度急剧增加，流动性及可加工性变差。Hathawa等［86］发现随着固相颗粒比表面积的增加，DNAN 基熔铸炸药的粘度增加。蒙君煚等［87］研究了HMX 固含量、体系温度、HMX 粒度、HMX 颗粒级配及功能助剂等对DNAN/HMX 悬浮液流变性的影响规律，并通过颗粒级配使其固含量达到80%而保持良好的流动性。

4 结论与展望

装填不敏感熔铸炸药取代TNT 基炸药是炸药技术发展的一个重要方向。DNAN 基新型熔铸炸药的成功推出和应用，不仅解决了TNT 基熔铸炸药感度高、毒性大等问题，而且为各类武器弹药提供了一种工艺简单、装填密度大的低成本炸药。目前，各国DNAN 基熔铸炸药进入大规模装备应用，既是炸药装药技术发展的一次重大突破，也标志着传统熔铸炸药的换装计划正式启动，其意义在于：一是全面推动大口径炮弹和迫击炮弹药炸药装药的更新换代；二是加快了不敏感弹药的装备进程；三是大幅提升了武器弹药的使用安全性；四是有效降低弹药全寿命周期的维护成本。

目前，DNAN 基熔铸炸药在配方设计、物化性质、安全特性及爆炸特性等方面已经取得了一定成果，但仍有许多地方有待研究者继续努力探索和研究。

（1）如何提高固体颗粒含量同时降低药浆粘度

DNAN 基熔铸炸药虽然具有不敏感特性，但其威力比同类型TNT 基炸药低。因此提高DNAN 基熔铸炸药威力一直是主要研究方向，为了实现此目的就必须提高熔铸炸药的高能固相颗粒含量（如HMX、RDX），但是提高固含量的同时药浆的粘度也同时增大，而熔铸炸药的流变性是影响其浇铸性能、成型性能和装药质量的主要因素，因此必须综合考虑这两方面因素。