熔铸传爆药配方设计

摘要:通过了解国内外熔铸炸药载体研究现状及现今许用熔铸炸药配方，设计一种以CL-20为固相，DNP为液相载体，运用kamlet半经验式和Urizar式计算当实际密度达到理论装药密度90%以上的爆速大于8000m·s-1的初步配方。

熔铸成预订形状，测试爆速、相容性、临界直径等，通过工艺处理及添加剂来提高药剂的冲击波感度和爆轰冲能，最终确定配方。

关键字：熔铸炸药、载体炸药、DNP、CL-20、爆速、临界直径Abstract：By understanding the research status of carriers for melt-cast explosives and permissible cast explosive formulation at home and abroad now,a kind of melt-cast explosive formulation was designed that consists of a solid and liquid phase by CL-20 and DNP respectively,initial formulation was calculated by using kamlet semi-empirical formula and Urizar，then finding the formulation with detonation velocity greater than 8000m·s-1 when the actual density exceeds 90% the density of theoretical charge。

Finally,casting the useful formulations become desire shape,testing the detonation velocity,compatibility and critical diameter,in order to improve the shock wave sensitivity and detonation we can treat process and add to additives，then the promising formulation will be gained。

Keywords:cast explosives, explosives of carrier,DNP,CL-20, detonation velocity,critical diameter1 引言1.1 设计背景随着高科技武器的快速发展，武器系统对弹药提出了更加苛刻的要求，不仅要求能高效精确的实现对目标的精确打击和毁伤，并且武器研究人员把安全性和高可靠性作为主要目标[1]。

对常见的注装法、压装法和螺旋装药法装药工艺而言，压装法是一种很古老的装药方法，用于压装法的炸药较广和压装药柱的冲击波感度比注装药柱明显的大这两个显著特点，使压装法仍然是一种主要的装药方法。

如上所述，由于压装药柱的冲击波感度明显大于注装药柱，这是由于压装药柱的结构特点所决定它受冲击波作用时，很容易产生热点而发展成为爆轰。

故当今武器系统中多采用压装传爆药柱对主装药进行起爆，小口径弹药也必须用压装法装药，为的是弹药能适时的确实起作用。

但是压装法的应用也有一定局限性，如形状复杂、药室有突起部分的弹体，采用压装法的药柱其机械性能、装药密度等也会受到限制。

其次由于钝感主装药的出现，对引信爆炸序列中的传爆药柱提出了更高要求，传统的圆柱形传爆药柱很难适应钝感主装药的可靠引爆要求。

而注装法的装药密度、机械性能、连续化等都优于压装法，且可以注装为各种形状，可以通过聚能效应来提高传爆药柱起爆能力。

但由于注装法对炸药的特殊要求，如熔铸炸药载体及高能主体炸药的选择，熔铸过程中对熔铸炸药常见的疵病如气孔、缩孔、裂纹等，这些都给熔铸炸药的配方设计及制备带来了障碍，故许多炸药的应用受到限制，例如对一些熔点较高、且接近于熔点要分解的炸药，只能以固相颗粒加入到熔化旳TNT或其它低熔点炸药中，作为注状混合炸药来使用。

众所周知，传爆药是一类由猛炸药组成的物质，其冲击波感度高于相应的主装药。

在实际的使用中，人们通常把传爆药制成导爆管、导爆药柱、传爆管、传爆药柱、扩爆元件及爆炸逻辑网络等元件。

传爆药品种、能量、传爆方式、安全性及其同主装药的匹配关系，是武器和引信设计人员必须考虑的重要问题[2]。

在设计引信时，以前往往重视可靠性，忽视安全性，造成武器在战场上生存能力差，有时出现意外事故，因此，二者必须同时兼顾。

在传爆药的发展史上大概经历了单质炸药、熔铸炸药、挠性炸药及钝化黑索金及其他猛炸药等阶段，这是人类对能量和安全性双重要求下而不断改进配方的结果。

传爆药是邻近主装药的用以传递和扩大爆轰波的炸药，故其作为主发装药应有足够的起爆能力用于起爆主装药，而作为被发装药则应有足够的冲击波感度，以便能被雷管可靠起爆。

而对于现今的压装传爆药柱而言，弱的力学性能、密度低及在压装时的危险性等的考虑，所以决定探索熔铸传爆药的可行性。

1.2 设计目的及意义高能炸药的固相颗粒加入到熔融态炸药基质中形成悬浮状流动态进行铸装的混合炸药统称为熔铸炸药。

在20世纪初以 TNT 为基的熔铸炸药开始广泛替代以苦味酸为基的易熔混合炸药，普遍装填于榴弹、反坦克、破甲弹、地雷、火箭弹、导弹等各类弹药，曹端林等[3]对现今国内外熔铸炸药载体进行了综述，介绍了近20年来发展的18种熔铸炸药载体的物化性能、爆轰性能及合成方法，分析了它们作为载体炸药的优缺点；Ravi Pasupala[4]等对20多种载体炸药进行了综述，对其结构式、性能参数和合成路径进行了全面的介绍。

通过了解，发现以 TNT为载体的熔铸炸药在军用混合炸药的比例曾高达90%以上。

由于熔铸炸药成本低廉、成型性能好、适应各种形状药室的装药、自动化程度高等，故其在军用混合炸药中的地位还无可替代。

由于熔铸炸药各方面的优越性能，对设计一种熔铸传爆药配方以满足其在传爆序列中可靠而稳定的传递和扩大爆轰波的作用带来了可能。

但对于绝大多数熔铸炸药来说，粗结晶、缩孔、气孔、裂纹等均为其生产、制造过程中的疵病。

粗结晶的药柱结构疏松，密度和强度都较低，当炮弹发射时，在惯性的作用下，可能使药柱破裂摩擦而造成膛炸，且粗结晶药柱的爆轰感度低，还容易引起药柱起爆不安全等。

药柱中的缩孔、气孔和裂纹，都会使药柱强度降低，产生应力集中现象，在炮弹发射时导致膛炸。

所以注装工艺的主要任务就是要获得无疵病的优质药柱，这样才能保证熔铸药柱的力学性能、安全性和能量输出等。

郑宝辉等[5]对国内外熔铸炸药的研究现状和发展趋势进行了研究，提出了熔铸炸药是目前战斗部最主要的装药方式之一，但是现有以 TNT 为载体的熔铸炸药配方在能量、安全性、装药质量和力学性能等方面存在明显缺陷。

主要为以TNT为载体的熔铸炸药存在着渗油、空隙、机械性能差等特点，且其能量性能主要取决于基本药的含量，基本药含量越高能量越高，但随着基本药含量的变高其粘度就会变大，使其铸装性能下降，以至无法装填。

而熔铸炸药中炸药熔融体系的流变性是影响其浇铸性能、成型性能和产品质量的主要因素，通过采用表面光滑的球形固相材料、进行颗粒级配、加入添加剂等都是改善流变性能的有效方法。

为改善熔铸炸药的工艺性能，李俊龙[6]等认为一般可以加入添加剂以改变黏度，利用加入适量电性的表面活性物质，可使其首先吸附在主体炸药粒子表面，减少熔铸炸药流动的内摩擦，既起到润滑的作用，又可防止主体炸药粒子过多地吸附熔态炸药载体，使游离的炸药载体增多，降低熔融炸药的黏度，便于工艺操作。

反之如果粘度太小，同样可以加入添加剂来改变。

王政等[7]以球形化RDX/DNAN为基的高致密熔铸装药的可行性和优越性进行了研究，结果表明相同配比下球形化RDX的TNT基高致密炸药相对于使用普通RDX的TNT基高致密熔铸炸药，其密度更高，冲击波感度更低。

对提高配方的安全可靠性提供了新思路。

李子锋等[8]研究了添加剂对B炸药（40TNT/60RDX）流变性的影响，实验后发现：具有极性基团和非极性基团的两部分添加剂，其极性基团优先吸附在RDX 表面，非极性基团则起到隔离RDX和TNT的作用；添加剂非极性基团的结构对降低40TNT/60RDX的黏度有一定的影响，带侧链结构的添加剂的降黏效果比直链结构添加剂明显。

而主体炸药的能量性能又是决定熔铸炸药输出能量的又一关键因素，NTO、HMX、TATB、CL-20等高能量密度材料由于对炸药的能量密度越来越高的要求而应运而生。

这些对传爆药的高能输出提供了可能。

通过研究国内外熔铸炸药载体和高能炸药来设计一种熔铸传爆药配方以达到对现今要求的钝感主装药的可靠起爆，同时用kamlet半经验式计算当实际密度达到理论装药密度90%以上的爆速大于8000m·s-1，药柱临界直径小于0.5mm，熔点低于100℃的配方要求，用MS软件模拟等进行模拟，通过对熔铸工艺的探索和改进以制造出符合力学性能、安全性能的药柱，因此对熔铸传爆药来说这些都必须在配方设计及制备中得以解决。

2 配方成分选择参考国内外熔铸炸药配方设计，如Pentolite（50%PETN+50%TNT）、B炸药（59.5%RDX+39.5%TNT+1.0%蜡）和Cyelotol（60%～75%RDX+25%～40%TNT）等[9]，发现大多数熔铸药配方均以载体炸药和基本药的形式来设计熔铸药配方，且均以基本药来提供主要能量输出。

故现主要目的为熔铸炸药连续相和主体炸药的选择。

2.1 熔铸炸药连续相选择熔铸炸药载体可通过硝硫混酸、发烟硝酸和硝酸－乙酸酐等硝化剂硝化合成，由此可知其合成对环境和人体健康都会产生危害。

由于熔铸炸药的熔铸、成型工艺和环保要求，理想的熔铸炸药应该具有以下性质：（1）熔点为70～120℃；（2）低蒸汽压（较低的毒气吸入量）；（3）在熔点和化学分解开始之前有足够的电荷分离；（4）冷却时没有收缩和扩张；（5）弹药和弹壳间没有间隙；（6）高密度和优良的爆炸性能:（7）不过早爆炸；（8）绿色合成[3]。

通过对国内外熔铸炸药研究现状的了解，蒋秋黎等[10]在寻找替代TNT的用于熔铸炸药的液相载体时，对TNAZ/DNTF 最低共熔物进行了研究和表述，其性能结果如表1：表1 计算结果和实测结果对比表炸药密度/（g·cm -3）爆速/（m·S -l）爆热/（J·g-1）TNAZ 计算值实测值1.841.649000753060275168DNTF 计算值实测值1.931.739250804060545478TNAZ/DNTF 计算值实测值1.881.738824796260385454B炸药计算值实测值1.741.657757711651094774由表1知，TNAZ/DNTF比例为60/40时最低共熔物的熔铸密度可达92.0%最大理论密度，均高于纯的单体，其实测值为ρ=1.73g·cm-3，爆速7962m·s-1，爆热5454J·g-1，基本高于B炸药的理论值。