FOX-7与RDX混合比例对压装炸药慢速烤燃及冲击波感度的影响

利用慢速烤燃试验和冲击波感度试验研究了FOX-7与 RDX不同混合比例对炸药响应特性的影响。试验表明:当FOX-7的混入量（质量分数）低于72%时，炸药在慢速烤燃试验中的响应剧烈程度表现为爆轰反应，其临界起爆压力接近6.62 GPa；当FOX-7的混入量（质量分数）等于72%时，炸药在慢速烤燃试验中的响应剧烈程度由爆轰降至爆燃，其临界起爆压力升至7.27 GPa；当配方中完全采用FOX-7时，炸药在慢速烤燃试验中的响应剧烈程度由爆燃降至燃烧，临界起爆压力升至8.24 GPa。造成上述试验结果的原因可能是压装炸药在成型过程中因颗粒的破碎、重排作用使FOX-7对RDX形成包覆，进而改善了RDX材料点火增长速度快的本质特点。     

FOX-7在炸药中的应用述评

FOX-7是一种性能优异的不敏感单质炸药,也是今后在低易损弹药上推广应用的主要候选炸药之一。重点综述了国内外近年来报道的FOX-7在炸药中的应用及性能研究进展,包括FOX-7的合成制备、分子结构及晶型、表界面性能、热安定性能以及以FOX-7为基的炸药的机械感度、爆速、爆压、冲击波感度、小尺寸装药快速烤燃、慢速烤燃、子弹撞击试验等。其中,对FOX-7炸药不敏感性的评价方式主要是与相同状态的RDX基炸药和TNT炸药进行试验对比。指出FOX-7是一种具有应用价值的高能不敏感炸药,要实现FOX-7炸药在弹药中的应用,今后还要加强高品质、规模化、低成本FOX-7制备工艺技术研究以及FOX-7炸药在大尺寸战斗部中的装药技术研究。     

熔铸载体2,4-二硝基苯甲醚的热安全性研究

为全面了解2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)的热安全性,通过分子结构分析和DSC对DNAN的理化特性进行研究;并采用自行设计的热感度试验装置和1L烤燃试验装置,分析炸药在220、230℃和240℃等不同温度下的烤燃响应情况,观察了炸药在大尺寸烤燃过程中的变化情况;采用公斤级低易损性试验验证了DNAN基熔铸炸药的安全性。结果表明,DNAN分子结构稳定,在365.1℃发生热分解反应,5 s爆发点为374.1℃,活化能为215.0 kJ/mol;DNAN的烤燃过程经历4个阶段,分别为固-液相变阶段、慢速分解阶段、快速分解阶段和喷发及点火阶段;DNAN炸药良好的热安全性使DNAN基熔铸炸药在热刺激作用下反应温和,为其在低易损炸药上的应用奠定了基础。     

基于分子动力学的DNAN基熔铸炸药结合能和热分解反应性能研究

采用Compass力场对DNAN基熔铸炸药的结合能、溶度参数进行分子动力学模拟。计算结果表明:DNAN/RDX混合体系的溶度参数大于DNAN/HMX混合体系的溶度参数;当RDX团簇和HMX团簇的直径均大于15×10^-10 m时,DNAN/RDX混合体系的结合能远大于DNAN/HMX混合体系的结合能。基于ReaxFF-lg力场的分子动力学计算方法,对目标温度为2 000~3 500 K时DNAN/RDX混合炸药的热分解反应进行研究。结果表明:DNAN分子和RDX分子在高温下的初始分解反应路径均会受到影响;除了两种组分的硝基官能团发生脱落形成硝基官能团的初始反应路径不会受到影响之外,DNAN分子生成CH₂O碎片、RDX分子生成HONO和C₃H₃N₃碎片的反应路径均会受到抑制。     

烤燃试验温度压力数值模拟技术研究

针对快速烤燃和慢速烤燃试验过程,本文结合两种烤燃条件和升温速率下密闭容器的试验环境,建立了温度和热应力的有限元模型,利用Ansys软件分别模拟了密闭容器在快速烤燃和慢速烤燃过程中的热传递,研究了烤燃过程中内部各区域温度和热应力的变化情况,得出密闭容器热反应过程中的热传递规律.     

RDX和HMX混合物中HMX的分离研究

根据HMX和RDX在不同溶剂中的溶解机理的差异,选用两种代表性物质对RDX和HMX混合物进行分离研究,确立以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂的分离RDX和HMX混合物的最佳工艺条件。最佳工艺条件为物料比14,溶解温度95～100℃,解离剂为水,解离温度90℃,解离时间2 h。运用高效液相色谱(HPLC)对分离得到的HMX进行了纯度测定,HMX纯度可达98%;通过偏光显微镜观察显示分离得到的HMX为β-晶型。分离得到的HMX在民用混合炸药中得到了再利用,可以替代直接生产的HMX。     

CL-20基压装型温压炸药的设计及性能研究

为了提高六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）基温压炸药的能量水平和安全性能,通过分析温压炸药爆炸反应历程,开展了CL-20基压装型温压炸药的设计及性能研究。结果表明:CL-20基压装型温压炸药装药密度2.015 g/cm³、爆热8 361 kJ/kg、爆速7 815 m/s,30 kg炸药爆炸时在远场12 m处的冲击波超压可对人员达到中度以上的毁伤;且其撞击感度8%,摩擦感度24%;在慢速烤燃、快速烤燃、12.7 mm子弹撞击试验中,炸药响应等级均为燃烧反应,爆轰性能和安全性能优异。     

黑索金基含铝炸药的热重分解及几种热分解动力学参数的关联关系

通过热重分析法(TG)测定了12种不同比例Al-黑索金(RDX)含铝炸药的热分解过程,分别获得不同升温速率下的热分解峰温。采用Kissinger方程计算了该系列RDX基含铝炸药的热分解表观活化能和指前因子,研究了RDX组分含量对其混合炸药热分解表观活化能E_d的影响。结果表明:随着该系列炸药中RDX含量的逐渐升高,热分解活化能E_d逐渐增大。同时,将该系列RDX基含铝炸药的TG热分解动力学参数与其5s热爆发、差示量热(DSC)热分解动力学参数相关联,发现这3种热分解的动力学参数符合同一补偿规律,获得的动力学补偿效应方程为:lnA_a、_b、_d=0.26E_a、_b、_d+3.2911,相关系数r=0.9988。     

CD-3发射装药低易损性能试验研究

为了降低发射药的敏感性,以Bu-NENA为增塑剂,FOX-7和RDX作为填充物研制了一种新型硝化棉(NC)基发射药(GD-3发射药),对其装药进行了低易损性能测试研究。试验结果表明,GD-3发射装药在慢速烤燃和快速烤燃、子弹撞击刺激源下发生了V类燃烧反应,在特定的空心装药射流刺激下发生了III类爆炸反应。GD-3发射药在刺激源下易损性响应剧烈程度弱于硝基胍发射药和单基发射药,该新型装药符合低易损性弹药的性能评定要求。     

高速撞击下温压炸药的响应敏感性

采用自行设计的动态加载装置对HMX基、HMX/NTO基和HMX/FOX-7基3种温压炸药撞击响应规律进行了研究,获得炸药的临界点火速度,并通过密闭燃烧罐分析撞击后回收试样的燃烧特性。结果表明:3种温压炸药药柱在高速撞击下均经历了冲击、塑性变形、破碎飞散和点火反应阶段;HMX基、HMX/NTO基和HMX/FOX-7基温压炸药的临界点火速度分别为302.9、312.3 m/s和315.3 m/s,NTO和FOX-7能够提高温压炸药的临界点火速度;分析撞击后回收试样的燃烧特性发现,与HMX基温压炸药相比,HMX/NTO基和HMX/FOX-7基温压炸药升压时间分别增加了103.6%和103.3%,升压速率分别降低了17.3%和21.1%,且撞击后的燃烧速率显著降低。     

铝粉含量对RDX基含铝炸药爆热性能的影响

为了研究铝粉含量对含铝炸药爆热性能的影响,以RDX基含铝炸药为研究对象,分别通过理论计算和爆热测试,得到了RDX基含铝炸药的爆热结果,重点分析了混合炸药体系铝氧摩尔比对爆热的影响规律。结果表明:RDX基含铝炸药的爆热随着铝氧摩尔比的增大以三次多项式规律变化,呈先增大、后减小趋势;爆热最大时,炸药体系的铝氧摩尔比为0.8。     

典型工业炸药耐热性实验研究

针对工业炸药实际应用于露天深孔煤矿火区高温爆破的现状,在实验室规模下模拟高温炮孔加热技术,用这种实验技术来分析两种典型添加物质对铵油炸药热分解特性的影响,以及对比铵油炸药、乳化炸药和水胶炸药耐高温性能。研究结果表明:相对于其他两种工业炸药,铵油炸药的耐热性能更好,更适用于火区高温爆破;在铵油炸药中添加5 %(质量分数）NH₄Cl,分解反应峰温度降低了24.8 ℃,并且缩短了样品到达恒定的烘箱温度的时间,NH₄Cl 的加入显著降低了铵油炸药的耐热性;在铵油炸药中添加5%(质量分数）Na2SO₄,延长了样品到达恒定的烘箱温度的时间,提高了铵油炸药的耐温性能。结果为耐热工业炸药配方设计提供了依据。     

Fragment distribution as an aid to forensic failure investigations at the scene of explosions

Twelve pipe bombs were exploded, and the fragments were collected and weighed. The distribution of fragment masses was shown to follow a Weibull-type form M (n)=M₀ [1 − exp (−Bn^λ)] when RDX-based military explosives were used and a bimodal distribution when commercial explosives were used. The constant, B, was a function of the mass of fragments recovered, making its use inappropriate in a forensic context where complete collection of the fragments would not be possible. For RDX-based explosives with added Mg or Al powder, the value of the constant, λ, was reduced compared to that of the RDX-based explosive without metal powder additions. An alternative fragment distribution formula, log [(100 M (N))/M₀]=FWDM [m(N)/ M₀], can also be used to distinguish between explosives, although the correlation coefficient is inevitably somewhat lower and the scatter between the results of nominally identical tests can be greater. The coefficient, FWDM, has a dependence on the mass of fragments collected, restricting its utility in forensic contexts.     

电导率法检测乳化炸药储存稳定性的实验研究

采用破乳剂Tween80,在温度70℃、搅拌速度400 r/min的条件下将乳化基质、乳化炸药在400 mL的水溶液中进行破乳。检测破乳过程中水溶液的电导率变化,绘制电导率-时间曲线,以此判断乳化基质、乳化炸药储存期间的稳定性。论述了实验原理及影响实验的因素。实际检测了乳化基质和乳化炸药在自然储存及冷冻储存条件下电导率-时间曲线的变化规律。检测结果与显微镜观察破乳情况和实际爆破性能对比表明,电导率法检测得到的结论与显微镜观察的析晶破乳状态及实际爆破性能基本一致。最终,通过大量的生产线检测数据确定了一组电导率-时间曲线作为标准曲线,以此为依据可快速判断乳化炸药的储存期。     

硼含量对含铝炸药水下爆炸能量的影响

将铝硼混合添加到含铝炸药(配方体系为Al/B/AP/RDX/wax)中,采用水下爆炸法,研究硼含量对含铝炸药水下爆炸能量的影响。结果表明,水下爆炸中,随着硼含量的增加,炸药的冲击波能降低,气泡能先增加、后逐渐减小;当硼质量分数为10%时,炸药水下爆炸总能量达到最大值5.942 MJ/kg,比含铝样品提高5%,其中气泡能为4.999 MJ/kg,比含铝样品提高7%,是TNT的2.2倍。在含铝炸药中添加少量的硼粉,可以提高炸药的水下爆炸能量水平。     

乳化炸药复合蜡含油量测定方法分析

含油量对乳化炸药复合蜡的强度、硬度、柔软性、滴熔点等物理性质有很大影响,从而影响乳化炸药的流动性及储存性能。蜡类含油量测定有丁酮-甲苯法(石化行业标准)与丁酮法(国家标准)。采用这2种方法对样品蜡含油量进行测定和分析,结果表明,不同方法的测定结果差别大,测定乳化炸药复合蜡含油量推荐采用丁酮-甲苯法,丁酮-甲苯作溶剂的NB/SH/T 0556—2010《石油蜡溶剂抽出物测定法》是最适宜的乳化炸药复合蜡含油量测定方法。     

含铝工业炸药作功能力测试研究

工业炸药作功能力是衡量工业炸药性能的一个重要指标。本文利用弹道抛掷法对含铝工业炸药作功能力进行测试研究,实验结果表明,与不含铝粉的工业炸药相比,含铝工业炸药具有较高的作功能力,铝粉能显著提高工业炸药的作功能力。通过对试验结果的分析与讨论,从理论上解释了铝粉的加入对工业炸药作功能力的影响。含铝工业炸药作功能力测试对我国含铝工业炸药的研究与发展具有重要实际意义。     

快/慢烤试验中复合推进剂内部温度场的分布

为了研究不同烤燃条件下复合推进剂(PBT/HMX/Al/AP/BU)的响应特性,采用DSC研究了复合推进剂及单组分的热分解特性。复合推进剂的初始分解温度为187.27℃,单组分中BU初始分解温度最低,为192.95℃,表明复合推进剂的热分解过程是从BU开始;分别测量了在快/慢烤试验中,复合推进剂内部温度的变化。结果表明:1)快烤试验中,样品内部温度分布极不均匀。点火90 s后,样品发生反应,此时样品中心的温度为85℃,钢管端盖破裂,样品发生燃烧反应。2)慢烤试验中,样品内部温度分布均匀,几乎无温度差,样品发生反应时,样品内部温度与环境温度均为133℃,试验后样品钢管完全破碎,样品发生了爆轰。由此可见,慢烤试验中,由于样品内部温度分布均匀,发生反应时,大部分样品都处于临界反应温度,一旦激发,破坏效应比快烤试验更严重。