一种浇注固化型钝感高爆热炸药及其制备方法

摘要

本发明公开了一种浇注固化型钝感高爆热炸药，该炸药的配方组成（重量份数）为：黑索今：65份、铝粉：21.5份、粘结剂：6～8份、钝感剂：2～3份、增塑剂：2.5～3.2份、固化剂：0.5～0.7份，并对所述黑索今进行颗粒级配以提高炸药能量。本发明还公布了该炸药的制备方法，包括配料、混合、真空处理和真空浇注及加热固化四个步骤。本发明具有较高的爆热值，对冲击、高温、子弹、爆轰波等危险环境具有良好生存能力，兼具高作功能力和高安全性的特性，同PBXN-109相比，固相含量更高且综合性能相当。

说明书

技术领域

本发明属于军用含能材料领域，具体涉及一种浇注固化型钝感高爆热炸药 及其制备方法。

背景技术

爆热是评价炸药对目标破坏作用的重要指标，除了选用高爆热值的主炸药 外，还往往通过添加铝粉等金属粉末的方式提高炸药的爆热和后燃效应。含铝 炸药是一类高密度、高爆热的高威力混合炸药，其非理想性爆轰及二次反应在 强外界约束条件下能发挥比一般装药更大的威力和破坏作用，主要用于增大对 目标破坏作用的武器装药，近年来广泛的应用于反跑道子母弹、整体侵彻爆破 弹、钻地弹等侵彻武器、对空武器和破甲等战斗部装药。

目前最具代表性的含铝炸药配方是美国研制的以PBXN-109为代表的系列 含铝浇注固化PBX炸药，其在国外各种先进常规战斗部装药中已经得到广泛应 用，但国内在含铝型浇注PBX研究方面还相对薄弱。

发明内容

为大力发展抗过载高威力装药，满足我国对各种类型侵彻武器的强烈需求， 本发明提供一种浇注固化型钝感高爆热炸药及其制备方法。采用本发明的方法 制备的浇注固化型钝感高爆热炸药能承受多种外界刺激及恶劣环境条件，而且 爆热值高，可以满足高性能的武器装备对炸药配方兼具高效毁伤和高安全性的 需求。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种浇注固化型钝感高爆热炸药，其配方组成（重量份数）为：黑索今 （RDX）：65份、铝粉（Al）：21.5份、粘结剂：6～8份、钝感剂：2～3份、增 塑剂：2.5～3.2份、固化剂：0.5～0.7份；

对所述黑索今（RDX）进行颗粒级配且所采用的颗粒级配为：粒径范围为 0.250mm～0.420mm的粗颗粒占所述黑索今（RDX）质量的60～65%，粒径 ≤0.05mm的细颗粒占所述黑索今（RDX）质量的35～40%；细颗粒中粒径 ≤0.045mm的颗粒含量不小于细颗粒用量的97%；

所述的铝粉的粒径范围为：0.005mm～0.05mm。

进一步地，所述的粘结剂为端羟基聚丁二烯（HTPB）。

进一步地，所述的钝感剂为石蜡（WAX）。

进一步地，所述的增塑剂为癸二酸二异辛酯（DOS）。

进一步地，所述的固化剂为甲苯二异氰酸酯（TDI）或异佛尔酮二异氰酸酯 （IPDI）。

所述浇注固化型钝感高爆热炸药的制备方法，主要包括以下步骤：

（1）配料：定量称取黑索今、铝粉、粘结剂、钝感剂、增塑剂和固化剂， 备用；

（2）采用分批投料和捏合的方式混合物料：第一批：将铝粉、钝感剂和增 塑剂投入捏合机，在55℃～60℃的温度下常压捏合10～15min后停机清理捏合 机桨叶及死角处物料；第二批投入粘结剂，在55℃～60℃的温度下常压捏合10～ 15min后停机清理捏合机桨叶及死角处物料；第三批投入黑索今，在55℃～60℃ 的温度下捏合三段，每段10～15min，每段结束后停机清理捏合机桨叶及死角处 物料，第一段为常压捏合，在第一段进行5min后对捏合机进行抽真空使二、三 段的捏合在真空度≤-0.090Mpa的条件下进行；第四批投入固化剂，常压捏合两 段，每段5～10min，每段结束后停机清理捏合机桨叶及死角处物料，捏合过程 实时调整加热器温度，使出料时物料温度控制在62±2℃、呈浆状并具有良好的 流变性和流平性；

（3）真空处理及真空浇注：将混合好的物料置于真空浇注装置料斗中，控 制物料温度55℃～60℃；当真空浇注装置的真空度≤－0.090Mpa时，物料在振 幅为0.5±0.1mm、频率为30±2Hz的振动条件下流经多孔板，除去其中的空气及 低分子物保证炸药的安全性，再在同样的真空度和振动条件下浇注到模具或弹 体中；

（4）加热固化：将浇注完成后的模具或弹体放入60±2℃的恒温箱中，加热 74～96h，物料交联固化成型，开模、清理表面即得所需药柱或装药。

一种真空浇注装置，即所述浇注固化型钝感高爆热炸药的制备方法中所采 用的真空浇注装置，包括料斗、密封连接于料斗出料口端面的多孔板及贮料筒， 该装置还包括真空浇注器，所述料斗、贮料筒和真空浇注器从上到下依次密封 连接；所述料斗与贮料筒的出料口颈部分别设置旋塞阀；所述贮料筒与真空浇 注器的侧壁均设置有连接抽真空装置的管口。

进一步地，所述真空浇注器的底部设置至少两根竖直螺杆，螺杆上配合有 压板及螺母，浇注时，将弹体或者模具置于所述螺杆之间，并通过螺母和压板 将其固定。

进一步地，所述料斗、贮料筒、真空浇注器外部均带有加热夹套。

进一步地，浇注时，将所述装置置于振动台上，在一定的振动频率和幅度 下完成药浆的浇注。

本发明通过选择高能单质炸药黑索今(RDX)作主体炸药，并通过对其进行颗 粒级配，提高浇注体系固相主体炸药含量，获得较高的能量；

通过添加适量细小颗粒度的铝粉（Al），提高炸药爆热；

通过选择含有柔性分子链的预聚体端羟基聚丁二烯(HTPB)作粘结剂基体， 可有效调节成型后浇注固化型炸药的弹性模量，保证炸药在侵彻过程中的低易 损性；

通过各种功能助剂，如增塑剂、钝感剂和固化剂的使用不仅改善混合炸药 在浇注过程中药浆的流变性，同时显著增强粘结剂与主炸药颗粒界面的粘结强 度，提高固化成型后装药的力学性能；

采用分批投料分段捏合的混合方式，保证药浆各组分混合均匀，提高炸药 安全性；

采用自行设计的真空浇注装置进行浇注，及时驱除药浆中的小分子物质， 提高炸药浇注质量；

采用在振动条件下进行浇注，一方面提高浇注体的密度，提高炸药能量及 爆热值，同时有助于药浆顺利通过多孔板，提高浇注效率。

与现有技术相比，本发明通过配方改进和制备工艺改进使所得炸药具有较 高的爆热值，在冲击、高温、子弹、爆轰波等危险环境具有良好生存能力，兼 具高作功能力和高安全性的特性，同PBXN-109相比，固相含量更高且综合性 能相当。

附图说明

图1为本发明所述真空浇注装置的结构示意图。

图2为多孔板结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细描述。

实施例1

一种浇注固化型钝感高爆热炸药，其配方组成为：RDX：65份、Al：21.5 份、HTPB：7份、WAX：2.85份、DOS：3.11份、TDI：0.54份。

RDX采用的粗细颗粒级配为：粒径范围为0.250mm～0.420mm的粗颗粒占 RDX质量的61.5%，粒径≤0.05mm的细颗粒占RDX质量的38.5%，细颗粒中粒 径≤0.05mm的颗粒含量不小于细颗粒用量的97%；燃料铝粉的粒径范围为 0.005mm～0.05mm。

所述浇注固化型钝感高爆热炸药的制备方法，主要包括以下步骤：

（1）配料：定量称取配方中的各组分，备用；

（2）采用分批投料和捏合的方式混合物料：第一批：将Al、WAX和DOS 投入捏合机，在55℃～60℃的温度下常压捏合10～15min后停机清理捏合机桨 叶及死角处物料；第二批投入HTPB，在55℃～60℃的温度下常压捏合10～ 15min后停机清理捏合机桨叶及死角处物料；第三批投入黑索今，在55℃～60℃ 的温度下捏合三段，每段10～15min，每段结束后停机清理捏合机桨叶及死角处 物料，第一段为常压捏合，在第一段进行5min后对捏合机进行抽真空使二、三 段的捏合在真空度≤－0.090Mpa的条件下进行；第四批投入TDI，常压捏合两段， 每段5～10min，每段结束后停机清理捏合机桨叶及死角处物料，捏合过程实时 调整加热器温度，使出料时物料温度控制在62±2℃、呈浆状且具有良好的流变 性和流平性；

（3）真空处理及真空浇注：将混合好的物料置于真空浇注装置料斗中，控 制物料温度55℃～60℃；当真空浇注装置的真空度≤-0.090Mpa时，物料在振 幅为0.5±0.1mm、频率为30±2Hz的振动条件下流经多孔板，除去其中的空气及 低分子物，再在同样的真空度和振动条件下浇注到模具或弹体中；

（4）加热固化：将浇注完成后的模具或弹体放入60±2℃的恒温箱中，加热 74～96h，物料交联固化成型，开模、清理表面即得所需药柱或装药。

如图1、图2所示，所述真空浇注装置包括包括料斗1、密封连接于料斗出 料口端面的多孔板2及贮料筒3，该装置还包括真空浇注器4，且所述料斗1、 贮料筒3和真空浇注器4从上到下依次密封连接；所述料斗1与贮料筒3的出 料口颈部分别设置旋塞阀11和31；所述贮料筒3与真空浇注器4的侧壁分别设 置有连接抽真空装置的管口32和42。

为了弹体或模具的固定，所述真空浇注器的底部设置至少两根竖直螺杆5， 螺杆上配合有压板51及螺母52，在浇注时，将弹体或者模具7置于所述螺杆5 之间，并通过压板51和螺母52将其固定。

所述料斗1、贮料筒3、真空浇注器4外部均带有加热夹套6。

浇注时，将所述装置置于振动台上。

所得浇注固化型钝感高爆热炸药的各项质量指标如下：

（1）固相含量86.5%，浇注流变性能优良，药浆初始粘度η_α≤6000泊，浇 注适应期≥6h；

（2）Φ100mm×100mm药柱的实测密度ρ=1.709～1.712g/cm³，达理论密度 的98%以上，局部密度差小于0.02g/cm³，密度为1.711g/cm3时的实测爆速D＝ 7669±25m/s、爆热Q=6360±8kJkg、爆压P=20.81Gpa；

（3）力学性能：抗压强度3.96MPa（S=0.18）、抗剪强度1.72MPa（S=0.10）、 抗拉断裂强度1.27MPa（S=0.02）、泊松比0.44（S=0.02）；

（4）炸药起爆试验表明本发明能被可靠起爆，其临界直径＜10mm；

（5）炸药(装药)的感度试验：

a．枪击感度试验：结果为燃烧；

b．机械感度试验：撞击感度为0，摩擦感度为8%；

c．冲击波感度：L₅₀=15.12mm；

d．烤燃试验：快速烤燃药柱断裂无明显反应，慢速烤燃药柱部分燃烧；

e.殉爆试验：殉爆距离为60mm～80mm；

f．苏珊试验(Susan test)：释放TNT当量不大于75g；

上述a～f试验表明：炸药装药均未发生爆炸或爆燃；

（6）炸药经过-40～65℃的温度突变冲击，外观无裂纹、掉块，炸药的相容 性和热安定性良好，寿命评估试验表明其可在40℃环境下长期贮存15年性能稳 定。

实施例2

一种浇注固化型钝感高爆热炸药，其配方组成为：RDX：65份、Al：21.5 份、HTPB：7份、WAX：2.85份、DOS：3.11份、TDI：0.54份。

RDX采用的粗细颗粒级配为：粒径范围为0.250mm～0.420mm的粗颗粒占 RDX质量的64.6%，粒径≤0.05mm的细颗粒占RDX质量的35.4%，细颗粒中粒 径≤0.05mm的颗粒含量不小于细颗粒用量的97%；燃料铝粉的粒径范围为 0.005mm～0.05mm。

制备方法及所用真空浇注装置同实施例1。

实施例3

一种浇注固化型钝感高爆热炸药，其配方组成为：RDX：65份、Al：21.5 份、HTPB：6.85份、WAX：3份、DOS：3份、TDI：0.65份。

RDX采用的粗细颗粒级配为：粒径范围为0.250mm～0.420mm的粗颗粒占 RDX质量的64.6%，粒径≤0.05mm的细颗粒占RDX质量的35.4%，细颗粒中粒 径≤0.05mm的颗粒含量不小于细颗粒用量的97%；燃料铝粉的粒径范围为 0.005mm～0.05mm。

制备方法及所用真空浇注装置同实施例1。

尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应 该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和 实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。