高固相含量浇注PBX炸药工艺研究

摘要

浇注PBX（polymer bonded explosive）炸药是以单质炸药等固体颗粒为分散相，高聚物粘结剂、增塑剂和各种添加剂为连续相经固化而成的混合炸药。由于其能量高、感度低、安全性好等优点而得到广泛应用。由于端羟基聚丁二烯（HTPB）在感度等方面优于其他粘结剂，HTPB广泛应用于浇注PBX中。炸药的爆速和爆压随炸药含量的增加而增大，为了进一步提高浇注PBX炸药的威力，需要提高其固相含量。
　　本文通过数值计算和实验确定了高固相含量浇注 PBX炸药的配方。通过浇注法制备了以低分子量HTPB为粘结剂的浇注炸药，采用合理的粒度级配提高了炸药的密度，通过理论计算和实验测试分别得到了炸药的爆速和爆热，实验结果与理论计算结果相符。
　　通过采用Material Studio软件构建RDX（001）晶面与不同分子量的HTPB的层结构，模拟炸药与不同粘结剂之间界面结合作用，计算了RDX（001）晶面与不同分子量的粘结剂HTPB之间的结合能。Ⅲ类HTPB与RDX(001)晶面的结合能为1752.9kJ/mol，低分子量HTPB与RDX(001)晶面的结合能为305.3kJ/mol。
　　表面活性剂吐温-80和大豆卵磷脂均能降低以Ⅲ类HTPB为粘结剂的粘结剂体系的粘度，同时增加了粘结剂体系的粘流活化能，增大了粘结剂体系对温度的敏感性。表面活性剂降低粘度的作用具有一定的局限性。从粘度方面考虑低分子量HTPB可以用来制备高固相含量的浇注PBX药浆。
　　通过药浆固化实验可知，当粘结剂为低分子量HTPB时，固化剂MDI与IPDI质量比为4:1的混合异氰酸酯固化剂可以满足药浆适用期的要求。
　　合理的粒度级配可以降低药浆的粘度，增加药浆的流动性。当粗细粒度的固相质量比为50:20时，药浆的粘度最小。将此颗粒级配应用于浇注PBX炸药中可以得到粘度较低的药浆。
　　通过结合粘度实验和炸药与粘结剂结合能数值计算实验及颗粒级配实验，确定了高固相含量浇注PBX炸药配方，制备了固含量为90％的浇注PBX药柱。通过爆轰参数的理论计算得到了固含量为90%浇注PBX炸药的爆速为7.9km/s，爆热为7806.4kJ/kg，通过炸药性能测试实验测得的炸药爆速和爆热与理论值接近。
　　研究结果表明表面活性剂和低分子量HTPB都能降低粘结剂体系的粘度，含低分子量HTPB的粘结剂体系粘度最低；通过软件模拟炸药与粘结剂间的作用力，并计算其结合能，可以为粘结剂体系的筛选提供理论依据；合理的粒度级配可以降低浇注 PBX药浆的粘度并增加浇注PBX炸药的固相含量；浇注PBX炸药的爆速随着固相含量的增加而增大。

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1 引言

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及方法

2 粘结剂体系与固相结合能的数值计算

2.1 概述

2.2 数值模拟

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 影响HTPB粘结剂体系粘度的因素

3.1 概述

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 PBX固相含量中的粒度级配

4.1 概述

4.2 级配模型

4.3粒度级配实验

4.4 高固相含量浇注PBX炸药实验

4.5 本章小结

5 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢