硼-硝酸钾（BPN）点火药的制备及其性能研究

张 伟，黄群英

（江西新余国科科技股份有限公司，江西 新余 338004）

引言

点火药又称引燃药，是最重要的火工药剂之一。在外界初始冲能的作用下，点火药能够发生快速的化学反应，并放出大量的热、气体和灼热的固体残渣，从而引燃各种火药、烟火药、起爆药和火工品等[1]。硼-硝酸钾点火药是一种性能优良的高能点火药，具有较大的燃烧热、较强的点火能力和安全钝感等特点，在常规武器和航空航天火工装置中得到广泛应用[2]。美国在1992 年发布的美军标MIL-STD-1901《火箭弹和导弹发动机点火系统设计安全准则》中，硼-硝酸钾点火药是规定的、直列式点火系统唯一许用的点火药[3]。作为高能、安全钝感型点火药，硼-硝酸钾点火药一直是科研人员广泛研究的对象。齐海涛[4]对硼/超细硝酸钾点火药配方进行了研究，发现随着硼粉质量含量的增加，火焰感度升高，尤其外加25%酚醛树脂黏结剂的B/KNO3（50/50）火焰感度最高，而静电感度降低。永石俊幸[5]对B/KNO3的热反应性及静电感度进行了研究，发现硼粉含量为30%时，B/KNO3点火药的燃烧热最大并且静电感度最高。本研究基于硼-硝酸钾点火药的典型配方，对不同黏合剂造粒的硼-硝酸钾点火药的感度及相关性能进行了测试比较。

1 点火药的制备

1.1 主要原材料

无定形硼粉，平均粒径D50≤1.0μm，纯度≥95.0%，丹东市化工研究所有限责任公司；硝酸钾，分析纯，200 目（75 μm）筛下物，平均粒径D50≤60 μm，西陇科学股份有限公司；黏合剂为氟橡胶、不饱和聚酯树脂和硝化棉。

1.2 制备工艺

利用手工混合、造粒工艺方法，基于硼-硝酸钾点火药的典型配方，将硼粉和硝酸钾混合均匀后，分别加入不饱和聚酯树脂、硝化棉和氟橡胶黏合剂溶液进行造粒，将造好粒的点火药放入烘箱中干燥一定时间后，即得到不饱和聚酯树脂造粒的硼-硝酸钾点火药、硝化棉造粒的硼-硝酸钾点火药和氟橡胶造粒的硼-硝酸钾点火药，依次编号为B/KNO3-1#、B/KNO3-2#和B/KNO3-3#。

2 性能测试

2.1 火焰感度和静电感度测试试验

按照GJB 5383.6—2005《烟火药感度和安定性试验方法〈火焰感度试验导火索法〉》和GJB 5383.8—2005《烟火药感度和安定性试验方法〈静电火花感度试验升降法〉》中规定的方法步骤，分别对点火药的火焰感度和静电感度进行了测试。

2.2 抗压强度测试试验

依据GJB 6217《硼/硝酸钾点火药规范》相关要求[6]，将点火药压制成C 型空心药柱，利用强度试验机分别测试其轴向和径向的破碎力。将药柱放至在强度试验机的夹头中心，控制夹头夹合速度为0.1 mm/s，沿轴向中心施加力做轴向抗压强度试验，沿径向中心施加力做径向抗压强度试验。

3 结果与分析

3.1 火焰感度

将定量的点火药试样置于火焰感度仪上，使之受到从某一距离的导火索燃烧时，喷出的火焰一次作用，视其是否发火，用升降法进行统计，并计算其50%发火距离，即作为点火药的火焰感度值，数值越大说明点火药的火焰感度越高，反之，感度越低。不同黏合剂造粒的硼-硝酸钾点火药火焰感度测试结果见表1。

表1 不同黏合剂造粒的硼-硝酸钾点火药火焰感度

从表1 中可以发现，不同黏合剂造粒的硼-硝酸钾点火药火焰感度有明显的差异，其中使用氟橡胶造粒的硼-硝酸钾点火药的火焰感度明显比其他两种黏合剂造粒的硼-钾点火药更加敏感。这主要是因为，氟橡胶与硼粉能够发生预点火反应，降低了硼-硝酸钾点火药的起始反应温度[7]。火焰作用本质上就是热作用的一种特殊形式。氟橡胶在高温下热分解释放出氟化氢等气体与硼粉表面的氧化层发生反应，使得更多的硼颗粒暴露出来与硝酸钾反应在更低的温度下进行，从而降低了硼-硝酸钾点火药的起始反应温度，增强了硼-硝酸钾点火药的火焰感度。

3.2 静电感度

静电火花感度的大小与药剂本身有关，但是，在一定程度上也可以反映出火工品的抗静电能力，因此，测试静电感度的大小对安全生产和使用是很有必要的。将定量的试样置于静电感度仪中，受上下电极的作用，使上下电极之间的间隙为试验要求的放电间隙，利用静电火花对药剂的引燃作用，对试样进行测试，视其发火与否，用升降法统计，并计算其50%的发火电压，即作为点火药的静电感度值。不同黏合剂造粒的硼-硝酸钾点火药和不含黏合剂的硼-硝酸钾点火药（B/KNO3-0#）的静电感度测试结果见表2。

表2 不同黏合剂造粒的硼-硝酸钾点火药静电感度

从表2 可以看出，氟橡胶和不饱聚酯树脂造粒的硼-硝酸钾点火药静电感度相当，但较不含黏合剂的硼-硝酸钾点火药静电感度更低；4 种点火药中，以硝化棉造粒的硼-硝酸钾点火药静电感度最高。以上结果说明氟橡胶和不饱聚酯树脂可以降低点火药的静电感度，而硝化棉本身就是含能材料，其静电感度较高，对点火药的静电感度有增强作用。

3.3 抗压强度

不同黏合剂造粒的硼-硝酸钾点火药抗压强度测试结果见表3。

表3 不同黏合剂造粒的硼-硝酸钾点火药抗压强度

从表3 可以看出，不同黏合剂造粒的硼-硝酸钾点火药抗压强度差异较大，抗压强度大小顺序为B/KNO3-1#〉B/KNO3-3#〉B/KNO3-2#，这与黏合剂本身的强度顺序一致，因为在原材料状态、药剂配方相同的情况下，点火药的机械强度主要与黏合剂有关。

4 结论

基于典型配方，制备出的不同黏合剂造粒的硼-硝酸钾点火药，以氟橡胶造粒的硼-硝酸钾点火药火焰感度最高；以不饱和聚酯树脂造粒的硼-硝酸钾点火药抗压强度最好；氟橡胶和不饱聚酯树脂可以降低硼-硝酸钾点火药的静电感度，而硝化棉对硼-硝酸钾点火药的静电感度有增强作用。