一种LOVA发射药燃烧残渣现象分析

第３４卷第４期　２　０　１　１年８月　

火炸药学报　

Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ＆Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ　８７　

一种ＬＯＶＡ发射药燃烧残渣现象分析　赵晓梅，严文荣，张玉成，李　强，闫光虎　（西安近代化学研究所，陕西西安７１００６５）　

摘要：针对点火模拟装置中某种ＬＯＶＡ发射药燃烧结束留有残渣的现象，将自制样品在常温和常压下进行环境　燃烧试验、中止燃烧试验及ＳＥＭ观察。归纳出残渣产生的原因，分析了ＬＯＶＡ发射药的燃烧规律和燃烧特性。　结果表明，配方中ＲＤＸ组分与含能黏结剂ＢＡＭＯ／ＡＭＭＯ聚合物体系的燃烧不同步性、以及该类发射药氧含量低　是造成ＬＯＶＡ发射药燃烧结束后留有残渣现象的主要原因。　关键词：ＬＯＶＡ发射药；含能热塑性弹性体；燃烧性能；ＢＡＭＯ／ＡＭＭＯ　中图分类号：ＴＪ５５；ＴＱ５６２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００７—７８１２（２０１１）０４　００８７—０４　

Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　Ｒｅｓｉｄｕｅ　ｏｆ　ＬＯＶＡ　Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ　ＺＨＡＯ　Ｘｉａｏ—ｍｅｉ，ＹＡＮ　Ｗｅｎ—ｒｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｙｕ—ｃｈｅｎｇ，ＩＡ　Ｑｉａｎｇ，ＹＡＮ　Ｇｕａｎｇ—ｈｕ　（Ｘｉ　ａｎ　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ｘｉ　ａｎ　７１００６５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｐｈｅｎｏｍｅｎａ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｒｅｓｉｄｕｅ　ｏｆ　ＬＯＶＡ　ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｉｇｎｉｔｉｏｎ　ｓｉｍｕｌａ—　ｔｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅ　ＬＯＶＡ　ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｂｕｒｎｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｎｏｒｍａｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｉｎ　ｏｐｅｎ　ａｉｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｕｒｎｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ　ｔｅｓｔ　ｗｅｒｅ　ｐｅｒｆｏｒｍｏｄ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅｓ　ａｆｔｅｒ　ｂｕｒｎ—　ｉｎｇ　ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ　ｔｅｓｔ　ｗａｓ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ｂｙ　ＳＥＭ．Ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｒｅｓｉｄｕｅ　ｏｆ　Ｉ　ＯＶＡ　ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ　ｗａｓ　ｇｉｖｅｎ．　Ｔｈｅ　ｂｕｒｎｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｂｕｒｎｉｎｇ　ｒｕｌｅ　ｏｆ　ＬＯＶＡ　ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｂｕｒｎ　ｉｎｇ　ａｓｙｎｃｈｒｏｎｉｓｍ　ｏｆ　ＲＤＸ　ａｎｄ　ＢＡＭＯ／ＡＭＭ０　ｂｉｎｄｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌＯＷ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　ｏｘｙｇｅｎ　ｏｆ　Ｉ　ＯＶＡ　ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ　ａｒｅ　ｔＷＯ　ｒｅａｓｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｄｕｅ　ｏｆ　Ｉ　０ＶＡ　ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＬＯＶＡ　ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ；ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ　ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ　ｅｌａｓｔｏｍｅｒ；ｂｕｒｎｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ＢＡＭＯ　／ＡＭＭＯ　

引　言　含能热塑性弹性体（ＥＴＰＥ）作为黏结剂用于　Ｉ　ＯＶＡ发射药具有能量高、易损性低、塑性好、环保　等优点，不仅保持了热塑性弹性体的特性，还增加　了发射药配方中高能组分的含量，提高了Ｉ　ＯＶＡ发　射药的能量，解决了发射药中能量提高和易损性降　低的难题，成为国内外发射药研究的热点之一　一。　但是伴随着低易损性，Ｌ（）ＶＡ发射药也带来了点火　性能不佳、燃烧不完全、燃烧结束后留有残渣等问　题ｆ州。阻碍了其应用。　本实验针对ＬＯＶＡ发射药存在的点火燃烧方　面存在的问题，研究了以热塑性弹性体ＢＡＭＯ／　ＡＭＭＯ聚合物【　体系为新型含能黏结剂、高能添　加剂ＲＤＸ为主要组分的一种ＬＯＶＡ发射药在常压　收稿日期：２０１０—０７—２０；　修回日期：２０１１一Ｏ１　２５　作者简介：赵晓梅（１９７８一），女，硕士，从事发射药技术研究。　及密闭环境下的燃烧特性，总结了该类ＬＯＶＡ发射　药及其组分的热分解特性，并推导出该类发射药的　燃烧机理，为含能热塑性弹性体发射药的研究应用　提供借鉴。　１　试　验　１．１材料及仪器　ＲＤＸ，粒度为５０．０ｆｆｍ，甘肃银光工业集团有限　公司；热塑性弹性体Ｐｏｌｙ（ＢＡＭ０一ＡＭＭｏ），西安近　代化学研究所。　点火模拟装置，西安近代化学研究所；ＪＳＭ－　５８００扫描电镜，日本日立公司；ｓｙｃ～６０００石英压电　传感器，德维创公司。　１．２样品的制备　根据理论计算，设计出能量性能符合要求的　８８　第３４卷第４期　Ｉ　０ＶＡ发射药配方，根据半溶剂法常规挤压工艺制　备发射药样品ＬＯＶＡ一１和ＬＯＶＡ一２，溶剂选用丙　酮，药型为１８／１。　样品主要配方及理化性能测试结果见表ｌ和表２。　表１　Ｉ　０ＶＡ发射药性能参数的计算值　Ｔａｂｌｅ　ｌ　Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　Ｉ　０ＶＡ　ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ　

表２　ＬＯＶＡ发射药配方及性能参数的测试结果　Ｔａｂｌｅ　２　Ｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＬＯＶＡ　ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｔｅｓｔｅｄ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　

１．３　实验条件　点火模拟试验：点火药为１．１　ｇ　ＮＣ点火药包；　药室体积为１３８．６ｍＬ；装填密度为０．１２　ｇ／ｃｍ。；装　药量为１６．６　ｇ。　中止燃烧试验：泄压孔西２０　ｍｍ；装填密度为　０．２ｇ／ｃｍ３；试验温度为２Ｏ℃；点火方式为ＮＣ点火　药包。　

２结果与讨论　２．１燃烧现象讨论　２．１．１　点火模拟实验　试验前，点火模拟装置燃烧室内壁光滑洁净，　如图１（ａ），点火燃烧结束后ＬＯＶＡ　１发射药的燃烧　室内壁附有一层明显黑色絮状残渣，见图１（ｂ），　ＬＯＶＡ一２发射药的残渣更明显，药室几乎被黑色絮　状物填满，见图１（ｃ）、（ｄ），取出观察为团状物，质　量轻。　２．１．２　常压下点火燃烧实验　针对Ｉ　ｏＶＡ发射药在点火模拟装置中燃烧结　束后留有残渣的现象，进行了常温常压下ＬＯＶＡ发　射药及其黏结剂组分热塑性弹性体材料ＢＡＭＯ／　ＡＭＭ０聚合物的点火燃烧试验，并与ＧＲ５型发射　药的燃烧现象进行对比，结果见图２。　图２结果表明，点火燃烧过稗中，ＢＡＭＯ／ＡＭ—　Ｍｏ聚合物的燃烧火焰很不稳定，几乎不能维持燃　烧，在持续给火条件下，火焰蹿火现象严重，并不断　熄灭，同时有大量气体生成，生成的气体快速放出　将火焰“吹灭”。燃烧结束后，ＢＡＭ（）／ＡＭＭｏ聚合　物完全燃烧，无残渣残留现象，说明在氧充足时，黏　结剂组分能够完全氧化燃烧，生成气体，无固体残　留物。在相同的常压条件下Ｉ　ｏＶＡ一１、Ｉ　ＯＶＡ一２发　一一　（ａ）药室内壁燃烧前　（ｂ）ＬＯＶＡ．１燃烧后　（ｃ）ＬＯＶＡ一２燃烧后　（ｄ）ＬＯＶＡ．２燃烧残渣　图ｌ　）ＶＡ发射药点火前后燃烧情况对比　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｂｕｒｎｉｎｇ　ｃｈａｍｂｅｒ　ｅｓｔａｔｅ　ｂｙ　ＬＯＶＡ　ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ　ｉｇｎｉｔｉｏｎ　ｂｅｆ—－ａｎｄ——ａｆｔ　射药样品能够维持燃烧，火焰相对稳定，但仍有蹿　火现象，且燃烧速度快，并伴有大量浓烟生成，燃烧　过的药体区域留有明显的黑色残渣，ＬＯＶＡ一２发射　药蹿火较明显，浓烟及燃烧残渣也更多，药长约　４０　ｍｍ的ＬｏＶＡ一２发射药样品燃烧结束后，留下的残　渣长度超过８０　ｒｎｉｎ，初步分析为碳残留物，见图３。其　中很多ｃ元素在燃烧结束后以Ｃ单质状态存在。先　分解掉的ＲＤＸ没有能够与黏结剂发生二次反应。造　成黏结剂中的Ｃ不能氧化为ＣＯ或者Ｃ（　。　与Ｉ　（）ＶＡ发射药相比，ＧＲ５发射药在常压下　燃烧火焰稳定，无蹿火现象，燃烧过程中仅有少量　烟产生，燃烧结束后，基本无残渣残留，见图２（ｄ）。　这是因为，ＧＲ５型发射药配方主要由ＮＣ、ＮＧ组　成，再添加一定量的高能组分ＲＤＸ，由于ＮＣ的分　解温度较ＲＤＸ低　，ＮＣ、ＮＧ在ＲＤＸ燃烧之前就　９Ｏ　火炸药学报　第３４卷第４期　得在燃烧表面形成大量“孔穴”，热量和压力沿着孔　深入整个发射药ｐｈ￣（）ｇｆＮ　５）。　３　结　论　

Ｆｉｇ．５　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｎ　ｏｆ　ｏｆ　ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｆｏｒ　ＬＯＶＡ　ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔ　（３）进入ＬＯＶＡ发射药的燃烧后期。此时　ＲＤＸ基本完全分解，剩余的ＢＡＭ（）／ＡＭＭ（）聚合　物骨架进行热分解。在分解气体的作用下，样品表　面进一步破裂、分解。　由于ＬＯＶＡ发射药中两种主要组分的因为热　分解特性不同，在点火燃烧时具有燃烧不同步性的　特点。在ＢＡＭＯ／ＡＭＭＯ聚合物达到分解温度前，　发射药表面的ＲＤＸ颗粒首先熔融燃烧并消耗环境　中的氧，当ＢＡＭ０／ＡＭＭ（）聚合物组分开始氧化分　解时，所需的热量和氧又被紧挨表面的ＲＤＸ颗粒　消耗，即未燃ＲＤＸ颗粒从环境中夺氧及热，致使黏　结剂因分解所需热及氧严重不足停止了分解反应　而炭化。发射药在密闭爆发器以及常压条件下燃　烧后留下的残渣应为聚合物中未燃尽的大分子Ｃ　骨架。根据发射药的特性，燃烧过程中有大量气体　生成，浓烟亦应为没有氧化的Ｃ颗粒。同时，样品　边燃烧边生成气体，将Ｃ残渣冲击膨胀，使得最终　生成的黑色残渣较原样品长出许多。　综上可知，ＬＯＶＡ发射药中两种主要组分的燃　烧不同步性是造成该类发射药燃烧不完全、燃烧后　留有残渣现象的一大原因。　２．３氧系数的影响　氧系数为火药中所含氧化元素物质的量与所　含可燃元素完全氧化所需氧的物质的量之比，即　

Ｊ　２　＿ａ　ｎｏ．　一　

，　式中：　为氧系数；＞：　为１　ｍｏｌ发射药中所含氧　

元素物质的量；＞　玑　为１ｔｏｏｌ发射药中所含可燃元　素完全氧化所需氧元素的物质的量。　本研究中，经计算发射药ＬＯＶＡ一１，Ｉ　ＯＶＡ一２　样品的氧系数分别为０．４３２和０．３１７。　可知，ＬＯＶＡ发射药氧含量不足，高分子物质　不能完全氧化燃烧，是Ｉ．ＯＶＡ发射药不能完全燃烧　的原因之一。　

（１）Ｌ０ＶＡ发射药的两种主要组分的燃烧不同　步是造成该类发射药燃烧结束后留有残渣的一个　主要原因。ＲＤＸ首先受热分解，燃烧速度快于黏结　剂ＢＡＭＯ／ＡＭＭｏ聚合物，使得慢一步分解的　ＢＡＭＯ・／ＡＭＭＯ黏结剂来不及被氧化。　（２）Ｉ　ｏＶＡ发射药的氧系数较低，氧含量不足，　黏结剂组分中的高分子物质不能完全氧化燃烧，也　是Ｉ　ＯＶＡ发射药有燃烧残渣存在的原因之一。