高能低敏感发射药安定性与安全性研究
发射药的基本性能解读
双基发射药
单基发射药
三基发射药
美国M2
美国M6
美国M30
装填密度/( g· cm-3)
0．1
0.2
0.2
温度/℃
21
21
21
μ1/[mm· s-1· (MPa)-n]
2.6462
2.7152
3.7551
压力指数n
0.755
0.650
0.652
• 因为燃烧过程关系到武器的效率和安全，所以燃烧性能是 发射药的重要性能之一。 • 按照规律进行燃烧，可获得高的弹道效率和稳定的燃烧过 程。 • 稳定的燃烧过程体现于燃烧气体的生成速率，即体现于燃 烧速度。 • 所以燃烧研究的重点是发射药的燃烧速度及燃速变化的规 律，以使发射药稳定、规律的燃烧，满足武器对不同燃速 和安全性的要求。 • back
Qp( g ) QV ( g ) 2 41.536 nH2O 2.478n
g
• （1）发射药的爆热与炸药的爆热是不相同的，虽然它们 都在定容条件下进行化学变化，但发射药的爆热是引燃后 燃烧化学变化放出的热，与发射药密度无关，而炸药的爆 热则是引爆后爆炸化学变化放出的热，与炸药的密度有关； • （2）爆热与物质的充分燃烧不同，爆热是与外界氧隔绝， 自身所含各元素进行燃烧化学反应所放出的热，而充分燃 烧是指某物质在过量氧存在下充分燃烧，使其元素生成稳 定的氧化物时所放出的热量。对于发射药常为负氧平衡， 很显然，发射药的充分燃烧热值比发射药的爆热值要大。
• 热分解反应是发射药自身的特征，无法改变，而自动催化 则既是关键因素，又是可能控制的因素。 • 在发射药的发展中，早已采用一种缓解自动催化反应的有 效方法，即在热分解反应不间断生成催化剂NO2的同时及 时消除它。 • 其方法是加入一种能立即与NO2发生反应，生成稳定、不 对热分解反应有任何影响之产物的物质。加入的物质被称 为安定剂，它虽然不能制止发射药的热分解反应，但可以 减缓自动催化作用。
气相色谱法测定DIANP纯度标准物质中有机杂质
气相色谱法测定DIANP纯度标准物质中有机杂质樊永惠;赵铁柱;杨彩宁;邵颖惠;梁忆【摘要】建立了气相色谱法测定1,5-二叠氮基-3-硝基氮杂戊烷纯度标准物质中微量二氯甲烷、二甲基亚砜、1-羟基-5-叠氮基-3-硝基-3-氮杂戊烷含量的方法.样品以四氢呋喃作为溶剂进行溶解,采用RTX-1毛细管色谱柱(30 m×0.32 mm,5μm)和程序升温进行分离,外标法定量.线性相关系数(r)为0.999 0～0.9996,方法的回收率为81.6％～101.7％,测定结果的相对标准偏差为2.16％～2.67％(n=6).该方法操作简便、快速,可用于1,5-二叠氮基-3-硝基氮杂戊烷纯度标准物质中微量杂质的检测.%A method to determine the content of trace impurities in purity standard material 1,5-diazido-3-nitroaza pentane(DIANP) by gas chromatography (GC) was established. The sample was dissolved by THF, and separate by RTX-1 capillary column (30 m x 0.32 mm,5 μm) with temperature programming. The external standard method was employed for quantitative analysis. Linear correlation coefficients(r) were in the range of 0.999 0-0.999 6. The recoveries were in the range of 81.6%-101.7%. The relative standard deviations of determination results were 2.16%-2.67%(n=6). The method is simple, rapid, and suitable for detecting trace impurities in 1,5-azido-3-nitro-aza pentane.【期刊名称】《化学分析计量》【年(卷),期】2011(020)006【总页数】3页(P68-70)【关键词】气相色谱;1,5-二叠氮基-3-硝基氮杂戊烷;二氯甲烷;二甲基亚砜;1-羟基-5-叠氮基-3-硝基-3-氮杂戊烷【作者】樊永惠;赵铁柱;杨彩宁;邵颖惠;梁忆【作者单位】西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065【正文语种】中文1，5-二叠氮基-3-硝基氮杂戊烷（DIANP）是一种新型含能增塑剂，可用于双基发射药、高能液体推进剂、烟火剂及气体发生剂中。
含能材料情况调研
含能材料国内外发展现状与趋势含能材料是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行快速化学反应并输出能量的化合物或混合物,其能量比常规炸药通常为103J/g至少高一个数量级,是实现高效毁伤的核心技术.这种材料在激发后,一般不需要外界物质参与,即可使化学反应持续下去,快速释放出巨大的能量.它是各类武器系统包括弹道导弹和巡航导弹必不可少的毁伤和动力能源材料,是炸药,发射药和推进剂配方的重要组分.按照应用领域的不同,将含能材料分为军用和民用两大类,军用领域主要是火炸药和火工品,包括发射药、推进剂、炸药、烟火剂、起爆药等；民用领域主要是用于开矿、土建、油田、地质勘探、爆炸加工、烟花爆竹的炸药和烟火剂等.目前,习惯上也将含能材料称为高能量密度物质HEDM,它具有高能、低烧蚀、低特征信号、低易损性的性能特点,常用浇铸、压装等工艺进行制备.进入21世纪以来,含能材料因实现能量的惊人突破而受到越来越多国家的高度重视.美俄采取积极举措大力发展含能材料技术,在高活性金属储能技术、全氮物质、金属氢和核同质异能素研究上取得了重大突破.在美、俄的带领下,德国、瑞典、印度和日本等国也纷纷启动相关发展计划和研究项目,推动含能材料的研究与应用.1本学科最新研究进展1.1含能材料相关理论和计算机模拟仿真技术注意采用量子化学方法和QSPR模型通过对关注的芳烃类、唑类、富氮类、嗪类等高能量密度化合物HEDC的密度、生成热、能量、稳定性、爆速、爆压等关键性能参数进行预估和分析,以此指导其合成.开发了基于配方组分数据库的发射药和固体推进剂专家系统,便于进行其能量示性数的准确计算和配方的优化设计.建立了低温感组合装药的内弹道模型,开发了可逆的装药设计仿真软件,从而促进低温感装药技术在各类型号中的应用.基于有限元技术开发了熔铸炸药凝固过程数值模拟方法,该法可用于预测装药缩孔、裂纹、疏松等缺陷,指导熔铸炸药配方和工艺的优化设计.在混合炸药能量设计方法上,由过去单纯从化学热力学角度开展设计发展至兼顾化学热力学和化学动力学的设计思路,还重视了炸药能量输出结构与应用环境的匹配,形成了针对空中爆炸、密闭空间爆炸及密实介质中爆炸等的设计方法.1.2高性能含能材料组分配方开展了高能、高强度、低敏感、高燃速等发射药配方研究,开发了相应的优化配方.基于NG/DIANP为混合含能增塑剂、RDX为高能氧化剂开发的高能发射药,在爆温≤3500K时火药力达1275kJ/kg,在30mm火炮的常、低温内弹道试验时,膛内燃烧稳定、正常；开发的硝化棉NC基低敏感发射药和含能热塑性弹性体ETPE基低敏感发射药,火药力分别达到1205kJ/kg和1250kJ/kg,各项感度指标明显优于传统三基发射药；采用添加高燃速功能材料使发射药的正比式燃速系数达到了3mm/sMPa以上,是传统高能发射药的三倍左右,高、低、常温燃烧稳定.开展了提高螺压CMDB推进剂、交联改性双基XLDB推进剂、HTPB推进剂、硝酸酯增塑聚醚NEPE推进剂研究,开发的螺压CMDB推进剂的RDX含量达到50%以上,有效提高了CMDB推进剂的密度与能量,而燃烧压力指数仍维持在n＜；开发的含CL-20的CMDB推进剂配方,在适度控制金属铝粉含量时,可获得的比冲增益.在抗过载炸药、温压炸药、燃料空气炸药、水下炸药、不敏感炸药、基于新型高能材料的炸药和金属化炸药等7类混合炸药配方设计上取得较大进展.如,开发的新型含铝温压炸药,其毁伤作用包含了较强的爆炸冲击波和持续高温的双重效应.开发的含黑索今的复合浇注PBX炸药,密度cm3,爆速5400m/s,爆热在8200kJ/kg以上,作为水下武器系统主装药时,其水下爆炸总能量比TNT提高了一倍以上,比RS211提高了35％以上,综合性能优良,能够满足易损性要求.火工烟火药剂设计研究,重点关注了新型单质起爆药、复合起爆药、点火药、高精度延期药及其性能改进技术.开发的以TiHP/KClO428/72,氟橡胶为粘合剂为组分的新型高能点火药,机械和静电火花感度低、点火稳定、反应较完全；开发的基于锆和高氯酸钾的新型点火药,具有良好的耐高温能力；改良后的黑火药,解决了传统黑火药能量低、输出不稳定、产物腐蚀性强、易潮解失效、静电安全性差等缺陷；研制的自燃箔条诱饵剂,燃烧时可实现与平台相似的光谱辐射特征,大面积布撒时,引燃率可达100%,燃温低于1000℃,对3~5μm和8~14μm两波段探测系统具有明显干扰效果；研发了多种新型烟幕剂,形成了从可见光至近红外、中红外、远红外直至毫米波范围具有遮蔽作用的“多频谱”烟幕剂系列.1.3含能材料合成和制备加工新工艺、新方法和相关新装备发射药制造工艺方面,开发了自动化喷射吸收、剪切压延、双螺杆挤出成型等新工艺,其中剪切压延新工艺实现了吸收药脱水、混合、预塑化以及造粒工艺过程的连续化和自动化；在传统球形药内溶法工艺基础上,研制了基于“包容水”和“溶解水”成孔原理和超临界流体发泡原理的高燃速发射药成型新工艺,利用新工艺制备的内部呈泡沫结构的发射药,其表观燃速大幅提高.在推进剂装药工艺技术方面,发展了加压插管浇注与真空浇注相结合的技术,初步解决了固含量≥88%时药浆浇注困难的问题,有效提高了装药密度.成功研制了连续压延造粒的双螺旋剪切压延机,解决了高固含量改性双基推进剂生产过程中压延塑化困难、易着火燃爆等诸多难题.采用“点击”化学方法进行了GAP和ADN基固体推进剂的制备研究,得到了固含量为72%的推进剂药柱,力学性能较好,证实了“点击”化学在复合固体推进剂中的应用可行性.在炸药工艺技术方面,我国十分重视高能炸药,特别是HEDC的低成本制造技术,取得了不少成果.如在N2O5-HNO3体系中硝解乌洛托品制备RDX,产率从%提高到至%；开发的CL-20无氢解合成路线,降低了CL-20的制备成本,为规模化生产奠定了技术基础；开展了两步法合成CL-20的研究,制备了多种新型异伍兹烷衍生物,相关研究与国际同步；在RDX 球形化、NQ球形化等方面取得长足进展,已形成10-50kg级生产能力.攻克了RDX和HMX晶体形貌、内部缺陷、颗粒密度和粒径大小的控制技术,掌握了高品质RDX和HMX的公斤级制备技术.在HEDC合成方面,我国高度重视嗪类、呋咱类、唑类、胍类等非杂环、富氮含能盐类等化合物的合成研究,成功合成了数十种HEDC.其中成功合成的3,3'-二硝基-4,4'-偶氮二氧化呋咱DNAFO,其密度达cm3,生成焓为667kJ/mol,实测爆速为10km/s.此外,含能材料绿色、安全生产技术的研究与开发也相当活跃,在节能减排、回收利用、污染控制与治理技术、工艺与装备等方面取得了不少成果.1.4含能材料装药和应用技术近五年来,发射药装药技术研究保持活跃,成果丰硕.在突破驱溶、非均等弧厚等关键工艺技术难题基础上,设计并成功制备了具有高增面性的37孔粒状发射药,与现有19孔发射药相比,燃烧增面性提高了5%～12%,配合混合装药技术,明显提高大口径火炮弹道效率和炮口动能.基于同材质包覆技术设计的组合装药,具有优异的低温感效应,应用于大口径火炮时,实现了在不增加、甚至降低最大膛压的工况下明显增加炮口动能,提高了射程和威力.特别是新开发的高渐增性、低温感单元模块装药技术,解决了兼顾小号装药燃尽性和大号装药膛压限制的世界性技术难题.依托这种单元模块组成的变装药,实现了与国外先进的双模块装药相同的覆盖全射程的弹道效果；而由其组成的远程装药,在不使用加长身管和提高膛压的手段的条件下提高火炮射程.如在52倍口径、155mm火炮上的射击结果证明,在不提高膛压的条件下可提高火炮射程20%以上,其性能优于国外最先进的高膛压远程火炮.在推进剂装药技术方面,我国已掌握了单室多推力装药技术,实现了单室双推力、单室三推力和单室四推力装药设计和应用技术.单室多推力装药技术的应用,可在发动机结构不变条件下总冲提高15%以上.在混合炸药装药技术方面,近五年成功开发了几十种造型粉的制备方法,并对相关工艺流程和装备进行了技术升级.在混合炸药装药压制工艺中,新开发的等静压工艺技术,实现了复杂形状炸药件的净成型,从而减少了原材料的损耗.成功研发的精密压装装药技术、爆炸网络装药的浇注工艺、微型爆炸逻辑网络装药的微注射工艺等传爆药装药新方法,满足了新型武器对传爆药装药要求.为适应微小型火工器件的结构要求,在研究气相沉积、原位制造、纳米自组装等技术的基础上,开发了含能薄膜、内嵌复合物、多孔含能基材等火工药剂装药新技术,其成品性能明显优于常规装药.1.5含能材料测试方法和技术基于密闭爆发器燃烧实验,选择恒面燃烧的发射药试样,采用精确的压力测试手段和分段数据处理方法,建立了发射药燃速的精确测试方法,可获得压力指数n随压力p的变化曲线.开发了测量发射药动态力学性能的动态挤压试验装置和模拟膛内力学环境的多次撞击试验装置,为发射药及其装药的高压动态力学强度和高膛压发射安全性研究提供了新手段.基于老化试验及理论模拟计算,建立了NEPE高能固体推进剂的贮存寿命的预测方法.利用固体火箭发动机离心试验,初步建立了高铝粉含量的低燃速HTPB复合推进剂在过载情况下的燃烧加速度敏感性测试方法.利用高压反应釜实时监测系统,原位研究了铝/水反应的放热过程,建立了铝/水体系应用于固体推进剂的评价体系.在研究HTPB推进剂静电放电危险性基础上,建立了固体推进剂静电感度精确测试装置.建立了推进剂燃烧或爆炸产物的内阻和电导率测试方法,为推进剂燃烧产物电学性能的表征和等离子推进剂的研制提供了关键测试手段也适用炸药瞬态电学性能的表征.建立了推进剂羽流特性的微波干涉测试方法,实现推进剂尾烟尾焰电子云密度分布的测试.研究了改性双基、富燃料等推进剂标准物质的能量特性,建立了其特征信号测试标准方法.在单质炸药性能测试与评估方面,基于动态真空安定性试验法,初步建立了预测CL-20有效贮存寿命的方法.建立了较完善的固体推进剂和炸药钝感性能评价测试装置及其安全性分级方法.在火工烟火药剂性能测试与评估方面,研究并完善了火工药剂高压电阻率、±50kV静电火花感度和静电积累三参量的连续自动测试方法,建立了火工药剂激光感度、等离子体感度的测试新方法.由上可看出,近五年我国含能材料学科领域内取得了一批重要成果,有力推动了我军武器装备的改造和升级换代.其中具有完全自主知识产权的高增面、低温感发射装药和全等单元模块装药两项技术已处于国际领先水平,标志着我国已掌握了设计和制造射程更远、膛压更低、机动性能更好和战场生存能力更强的新一代大口径火炮所必须的发射能源关键技术.CL-20等高能量密度化合物的工程化规模制备技术也已达到国际先进水平,为我国发展能量性能更高、综合性能更加优良的发射药、推进剂和弹药战斗部装药提供了重要的技术和物质条件,进而为推动我国武器装备向弹药远程发射、高效毁伤和精确打击的目标发展注入了强大动力.2本学科国内外研究进展比较2.1含能材料设计与国外先进水平相比,我国含能材料基础较为薄弱,设计与研究仍然主要依靠实验,模拟仿真技术应用较少.我国的发射药能量水平已与国外相当,但品种少,综合性能尚有距离.与发达国家一样,我国高度重视HEDC设计与合成技术,并成功合成了30多个HEDC,但大多为跟踪或改进国外合成方法得到产品,自主设计和合成的品种很少.国外积极将HEDC 和高能低感度化合物用于高能低感发射药、推进剂与炸药的配方设计,其中CL-20、DNTF已成功应用于高能混合炸药和不敏感炸药,而我国因HEDC和高能低感化合物品种少、工程化尚未完成,将它们用于配方设计尚处于尝试阶段.国外已将高效能氧化剂ADN和AN应用于新型高能低特征信号推进剂中,而我国尚在开展这些新型氧化剂的应用基础研究.在火工药剂技术方面,我国的设计水平与品种,与国外先进水平相比差距较大,表现在新型火工药剂品种少,在新型火工系统设计时基础药剂的选用范围十分有限.2.2含能材料工艺技术近年来,我国十分重视含能材料制造工艺技术,研究重点在于连续化、自动化和柔性化,与国外先进工艺技术之间的差距正在缩小,但目前我国在含能材料生产时仍需较多的人工干预,制造工艺和装备水平均较落后.新型基础原材料HEDC、高效氧化剂、高能低感化合物的合成或制备方面,国外发达国家大多已完成工艺放大,部分已具备批量生产能力,但我国开展工程化研究的品种较少,制约了我国高能低感发射药、推进剂和炸药的开发.利用结晶技术制备高品质单质炸药方面,国外已开展了RDX、HMX等多种高品质单质炸药研发,其中D-RDX、D-HMX、NGu、NTO炸药晶体已经完成工程化放大,我国也已突破了关键技术,制得的D-RDX和D-HMX性能与国外相应产品相当,但品种少,工程化研究刚刚开始.我国一直重视基础原材料超细化技术研究,目前的技术水平与俄、美相当.对于火工药剂类含能材料,发达国家已完成起爆药的柔性自动合成,起爆药的新型微反应器制备技术也已进入实用化阶段,我国在火工药剂制备的关键工序也实现了自动化控制,而微反应器合成工艺还处于基础研究阶段.我国投入大量经费用于含能材料生产废水、废气的治理,开发的技术已开始推广应用,相关企业的有害物排放已大幅削减,但与国外先进的绿色生产技术相比,差距仍然显着.2.3装药技术与应用技术与发达国家相比,我国的发射药装药技术并不落后,有多项技术处于国际先进或者领先,但因基础研究不够深入,影响了部分装药新技术的推广应用.在火工药剂应用于火工品技术上,国外已深入研究了油墨打印、真空镀膜技术和原位装药等火工药剂装药技术,部分技术已用于生产,而相关研究在我国大多刚刚起步.2.4测试技术与性能评估发达国家已建立了炸药性能的测试和评价方法,考察的性能参数系统全面,而我国则侧重宏观性能的表征,微观结构与炸药材料静态、动态性能之间的关联考虑较少,建立的性能表征方法尚不够全面.国外的炸药性能综合评估模型是基于物理、化学、力学学科的研究基础和相关学科领域的先进技术,其性能预估值准确性较高,而我国在炸药性能预估时,采用了国外的计算模型,因缺乏基础参数,依靠调整模型中的基础参数值进行运算,其结果难以准确可靠地反映我国炸药的性能.3本学科发展趋势及展望3.1含能材料重点发展方向基于我国国情、世界新军事变革和含能材料应用属性的考量,在近中期我国含能材料技术发展过程中应把握的重点发展方向包括：火炮发射药应重点发展高能、高强度、低敏感度、高能量利用率及其装药；固体推进剂应重点发展高能、钝感、低特征信号推进剂；炸药则应重点关注高能、低感品种的发展；火工烟火药剂应把发展重点放在安全、环境友好、高端和个性化品种上.在含能材料设计时,需协调好高能量与低敏感度的关系,以及使用时含能材料与其所处环境的耦合关系.含能材料工艺技术的发展重点应放在安全、绿色环保、高效和精密制造,即在提高产品质量和生产效率、降低生产成本的同时,注重生产过程的本质安全,减少或消除环境污染.3.2含能材料发展策略为更好地推动本学科的发展,近中期必须加强基础研究,以拓展自主创新思路；在倡导技术创新的同时鼓励技术集成；加快高层次人才培养的同时,充分发挥领军人才在科技创新活动中的作用；重视科研平台建设,优化资源配置；进一步改革科研管理体制,完善管理制度.。
发射药化学安定性检测方法研究
发射药化学安定性检测方法研究JIANG Zhibao;ZHENG Bo;WANG Shaoguang【摘要】发射药化学安定性检测方法主要采用维也里试验法和气相色谱试验法.气相色谱试验法采用了计算机技术,尽管自动化程度高,试验周期短,但还不能完全取代维也里试验法.本文通过对这两种方法的长期实践、研究和各自试验数据对比分析,探讨了气相色谱试验法和维也里试验法的优点与不足,并提出了减少试验误差、提高检测水平的方法和途径.【期刊名称】《测试技术学报》【年(卷),期】2019(033)004【总页数】4页(P361-364)【关键词】发射药;化学安定性;维也里试验法;气相色谱试验法【作者】JIANG Zhibao;ZHENG Bo;WANG Shaoguang【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】TJ550 引言发射药作为武器发射弹丸或推动火箭运动的特种能源，广泛应用于国防、军事和航天等领域.由于发射药属于长期储存、一次性使用的产品，其化学安定性便是衡量发射药作用性能和安全性能的重要指标.随着发射药储存时间的增加，其化学安定性越来越低，发射药使用性能也就越来越差，最后会严重影响发射药的燃烧性能和弹道性能[1,2]，以至于无法使用而报废，有些发射药甚至会造成自燃事故.因此，发射药化学安定性的优劣，不仅影响发射药的使用可靠性，也影响发射药的储存安全性.目前，进行发射药化学安定性检测的方法主要采用维也里试验法和气相色谱试验法.自维也里1884年发明发射药安定性试验法以来，100多年来人们试图以新的试验法加以取代.经过弹药检测技术人员长期努力和不断探索，于20世纪 70年代初在全国推广应用了气相色谱试验法.气相色谱试验法采用了计算机技术，尽管自动化程度高，试验周期短，但还不能完全取代维也里试验法[3].本文通过对这两种方法长期实践、研究和各自试验数据对比分析，探讨了气相色谱试验法和维也里试验法的优点与不足，并提出了减少试验误差、提高检测水平的方法和途径.1 维也里试验方法的优点和缺点维也里试验方法是将定量试样装在密闭的盛有蓝色石蕊试纸的维也里烧杯内，在106.5±0.5 ℃ 的恒温器中加热,使之分解放出氮的氧化物与试样中微量水分(1%～1.5%)作用，生成硝酸和亚硝酸[4]，以蓝色石蕊试纸变为红色或出现棕色烟所累计的加热时间，表示发射药的化学安定性.它的优点在于：1)能够比较正确地反映无烟药的化学安定性，符合无烟药在长期储存中的实际情况，试验重复性优于其它安定性试验法.2)对制式无烟药产品有一个完整的复试期规格.3)设备成本低，试验程序简便，操作简单.其缺点是：1)观察试纸变化及提取红色终点时，主观性较强.2)进行重复至1 h试验的时间太长，对质量较好的无烟药往往需要一个多月的时间才能结束.3)维也里试验仍然属于定性方法的范畴，对无烟药中加入特别附加成份者，不易试验到红色终点，影响安定度的正确判定.2 气相色谱试验方法的优点和缺点发射药气相色谱试验法是将定量发射药密封于定体积不锈钢杯中，在90±0.3 ℃的恒温器中加热使其分解，通过分解气体中特征气体CO2，NO2的含量来判断发射药安定性性能.它的优点是：1)试验主观误差小，试验结果同一性好，操作便利，对环境条件的要求宽松，劳动强度小，环境污染和人体伤害也有不同程度的降低.2)自动化程度高.在气相色谱法试运行的几年里，整个试验过程由最初的手工绘图测量、计算发展成为自动积分，电脑自动积分、计算、打印、数据自动化处理，提高了工作效率，有效节省了工作时间.3)试验结果直观，相对误差小.能定量反映发药的内在质量，试验结果能顺利转换成分析数据，能够快捷准确地反映发射药质量状况.其缺点是：1)仪器价格昂贵，损坏后不易修理.调试仪器技术要求高.需要较长的时间和较高的技术水平.2)发射药在气相色谱条件下的分解与在储存条件下的分解不完全一致.3 两种试验方法试验结果对比与分析3.1 试验结果在发射药年度监测和某些特殊检测中，有针对性地进行两种试验方法结果对比，发现了两种方法对异常发射药试验结果的异同，见表1～表4.表1 气相色谱法试验质量偏差的发射药Tab.1 The test quality deviations of the gas-chromatographic determination of the propellant序号发射药牌号发射药批次气相色谱法试验结果维也里试验结果试验时间1双带-1113-62-451.96/1.8853/552009年2双环-1411-62-451.72/1.6554/562009年3双带-1144-61-451.65/1.6756/552009年4双环-1421-62-451.85/1.8057/552009年5双带-1130-60-451.76/1.7860/612009年6双环-1433-60-451.82/1.8561/622010年7双带-1110-64-451.82/1.8463/622010年8双环-1433-64-451.91/1.8060/592010年表2 维也里试验质量偏差的发射药Tab.2 The test quality deviations of the Vieille’s test of the propellant序号发射药牌号发射药批次气相色谱法试验结果维也里试验结果试验时间1双芳-3-18/110-62-350.56/0.5540/452009年2双芳-3-18/125-64-350.62/0.6145/432009年3双芳-3-18/133-62-450.65/0.6446/452009年4双芳-3-18/17-65-350.82/0.813/32010年5双芳-3-18/17-65-350.76/0.7548/402010年6双芳-3-18/18-63-350.63/0.6243/342010年7乙芳-2-12/19-64-350.64/0.6343/422010年8乙芳-2-12/110-64-350.81/0.8045/412010年表3 两种试验方法对发射药试验结果的平行度Tab.3 The balance degrees to the propellant test results of the two test methods发射药牌号发射药批次气相色谱试验结果维也里试验结果123偏差123偏差9/725-64-350.25/0.270.31/0.240.34/0.350.0260/6263/7257/591表4 两种试验方法试验时间对照表Tab.4 The time contrast table of the two test methods发射药牌号批次气相色谱测试时间/h维也里测试时间/h差别9/713-65-45101961/19.63.2 试验结果对比分析1)维也里仪器调整时间短，易操作，试验周期长；气相色谱仪器的调整时间长，难度大，试验周期短.实际试验中，维也里试验6人24 h不间断工作，10 d左右完成20个样品试验；气相色谱法试验，3人每天工作10 h可完成20个样品试验.2)某些含有衍生物成份的发射药，在维也里试验中，结果不准确.如双芳-3牌号的无烟药和消焰无烟药，试验时应根据经验适当延长提取时间.而气相色谱试验的重复性相对较好，不仅同一牌号不同批次的发射药在试验结果上平行度高，并且同一批次的发射药重复试验的结果偏差小.3)双迫发射药气相色谱法试验的结果存在偏差.2007年以来，我们在气相色谱检测中测出已达到危险品示值的双迫发射药8批，但经过维也里试验及其它方法的比较试验，否定了气相色谱法试验所确定的结果.4)气相色谱法中试验仪器稳定性不好.根据我们多年工作实践，采取以下几种措施，可以提高仪器的稳定性：① 配备较好的稳压电源设备；② 定期清洁热导池池体；③ 安装氢气过滤装置；④ 严格操作规范；⑤ 延长仪器调试期的连续运行时间.5)维也里试验的主观误差较大.尽管维也里试验方法存在主观误差，但仍然是我国确定发射药质量状况和解决相关问题的主要方法，也是最终确定发射药危险品的必做项目，因此，要注重人员素质的养成和提高.4 提高维也里与气相色谱试验方法检测水平的途径4.1 提高维也里试验方法检测水平的途径1)维也里炉体采用甘油夹层保温办法，电子继电器控制电炉加热.它的缺点在于热量散失大，工作环境差，一旦温度控制失灵，甘油四溢，难以消除，而且使用电风扇冷却，难以在较短的时间里恢复温度.鉴于此，需重新设计维也里控温炉，实现加热、控温、控时的自动化.2)改进维也里试验冷却方法，使发射药不论置于何层，它的水解反应都处在同一条件下，而不是如现在这样，置于不同层次的发射药，其所接受到的水解反应程度并不完全一样，从而导致试验结果出现差异.3)维也里加热杯的密封采用弹簧钢片弹压，这个方法存在着受力不一致的缺陷；受力过大导致玻璃损坏，受力过小容易漏气，导致石蕊试纸的颜色变化不能真实地反映发射药的质量变化情况，因此将它的弹簧钢片弹压密封改为螺旋受力密封，以克服受力不均匀，不易操作等因素.4.2 提高气相色谱试验方法检测水平的途径气相色谱试验方法和技术的发展，为其在发射药检测领域的应用奠定了良好的基础，但气相色谱仪的技术指标和稳定性却对检测结果影响较大，如何更好地发挥仪器的作用，根据几年工作中的体会和经验，我们认为：1)建立仪器校验制度.目前气相色谱仪的鉴定和校验工作缺乏规范，缺乏必要的条件，建议建立仪器校验制度.2)气相色谱仪配套设备及有关标准药有待完善.目前，气相色谱标准药与检测发射药存放不同步，环境条件对标准药的校正值影响较大，应将标准药与发射药同库存放、同时参与质量变化.3)进一步提高试验人员水平.气相色谱仪试验是一项技术含量高的工作，需要长期实践锻炼和积累经验，培养处理和解决问题的能力，建立培训、学习制度，定期交流技术上的经验教训.维也里试验和气相色谱法试验是发射药安定性检测的重要手段，应取长补短，实现两种试验方法的联动发展.由于气相色谱法与维也里试验方法具有很强的互补性，应对这两种试验方法进行适当的结合，发挥各自的优长，进一步提高发射药的检测整体水平.参考文献：【相关文献】[1] 杨慧群，王泽山，魏晓安.废旧单基药爆轰性能的实验研究[J].火炸药学报，2005，28(2)：32-34.Yang Huiqun,Wang Zeshan,Wei Xiaoan.The experimental study detonation of wasted single based propellant[J].Chinese Journal of Explosives &Propellants,2005，28(2)：32-34.(in Chinese)[2] 方继明.正弦压力发电器的发展及校准技术[C].中国计量测试学会、压力计量服务和测试技术研讨会论文集，2003.[3] 邵力康，言克斌.弹药无损检测[M].北京：海潮出版社，2011.[4] 张瑞庆.火药用原材料性能与制备[M].北京：北京理工大学出版社，1995.。
发射药安定性试验方法
解 决 ， 会 造成 无 法 预 料 的损 失 。试 验 方 法 是 解 决 将
问题 的有 效手 段 ， 不 同的研究 方 法各 有 优缺 点 ， 但 因
近几 年来 ， 定 性 的研 究 虽 然处 于低 潮状 态 ， 安 但 安定 性 问题 一直 存 在 。 由于新 材 料 、 药 剂 的加 人 新
必然 会带 来一 些难 以 预 测 的潜 在 危 险 ， 果 不 及 时 如
的优点 是较 接 近于 火 药 在 实 际 储 存期 的 缓慢 分 解 ， 不失 为 一种 较好 的安 定性 试验 方 法 。但在 试验 中发 现存 在试 验 结果 反 常 的 问题 ， 如松 钾 药 加 热过 程 中红 色终 点 出现后 ， 续 加 热 时 出 色 红 色 的 时 间反 继 而延 长 ， 至 退 回到玫 瑰 色 ， 甚 硝基 胍 火 药甚 至不 出现 红 色 。张 力等 对选 定 的经 过 ８ ５℃ 老化 试 验 的单
必 须按 照规 定进 行 安 定 性 试 验 ， 以判 定 其 安 定 性 的
此 针对 不 同 的药 剂 ， 该 有 一 套 比较 合 理 的 分 析途 应 径 。研 究 安 定 性 问题 时 ， 验 方 法 的选 择 很 重 要 。 试
本 文简 要概 述 了发射 药安来自定性 的研 究 方法 和 近年来
的进 展 。
１ 发 射 药 安 定 性 研 究 现 状 与进 展
发射 药 的安 定性 试验 主要 是检 测 它 的化 学 安定 性 。世界 各 国都 发展 了一 系列 检 测 技 术 ， 目的是 其 确 定 发射 药 的安 全储存 寿命 。这些 方法 的原 理基 本 上 都 是一 样 的 ， 即基 于 安定 剂或 者 硝酸 酯火 药分解 ， 测 定 自动 催化 加速 或者 氧化 氮 加速 生成 的转 折点 所
弹药发射安全性研究
（4）采用合理的点传火方式。
点传火是内弹道最复杂的阶段，采用插入式长底火、中心传火管和分布点火系统等的目的，都是企图提供尽可能均匀的点火，减小药粒压力梯度和挤压应力，从而减少药粒破碎。
但复杂的点传火结构一旦失效，极易引起膛炸。
（5）降低发射装药与弹底挤压应力。
降低发射装药与弹底挤压应力有利于提高装药的安全性，可炸药装药应力超过允许范围和意外加热点火。
炸药装药非惯性运动产生的惯性力引起的应力分布，包括炸药装药的气孔、裂纹等炸药装药缺陷引起的应力集中，异常火药气体产生的应力作用，炸药装药的气孔、缩孔、底阻中的空气受高速加载压缩加温和摩擦加热作用。
提高炸药装药发射安全性的措施，防止膛炸有如下措施：
（1）采用新的添加剂改进炸。
低温感高能硝胺发射药的定容燃烧和弹道性能研究
第 １ ４卷 第 ｌ 期 ２ ０ 年 ３月 ０２
弹 道 学 报 Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ａｌ ｌ ｓ ｏ ｒ ａ ｆＢ ｌｓ ｉ ｉ ｃ
Ｖｏ ．１ Ｎ０ １ ４ ．１ Ｍａｃ ０ ２ ｒｈ ２ ０
低 温 感 高 能 硝 胺 发 射 药 的 定 容 燃 烧 和 弹 道 性 能 研 究
受 到 各 技 术 先 进 国 家 的 重视 ． 所 周 知 ， 炮 在 其 结 构 和 弹 道 诸 元 一 定 的情 况 下 ， 掸 道 性 众 火 其 能 受 环 境 温 度 的 影 响 ． 在 所 谓 温 度 系 数 ， 重 影 响 了火 炮 的 威 力 和 机 动 性 ． 炮 的 温 度 系 存 严 火 数 主 要 来 源 于 火 药 的 燃 违 温 度 系 数 ， 本 质 是 火 药 的 初 温 变 化 改 变 了火 药 的 燃 逮 ， 而 改 变 其 进 了 火 药 的气 体 生 成 规 律 ． 此 ， 果 要 减 小 或 消 除温 度 对 弹 道 性 能 的 影 响 ， 必 须 设 法 补 偿 因 如 就
维普资讯
第 １期
史 先扬 等 低 温感 高 能硝 胺 发 射药 的定 容燃烧 和弹 道性 能研 究
９
由 气 体 生 成 速 率 （ｄ ￣ ｒ ｅｄ）
ｄ ，ｄ 矗 （／ ） ｄ ／ ｔ ｑ ｔ－ ｓ Ａ （ ｅ ｄ ） ／ （） １
式 中 。 为 某 瞬 间 发 射 药 燃 烧 掉 的 相 对 体 积 ； 发 射 药 的 燃 烧 时 间 （ ） ２ 为 发 射 药 的 燃 烧 层 为 ｓ ；ｅ 厚 度 （ ｍ ） 为 发 射 药 的 燃 烧 面 积 （ ａ ｒ ； ｍｍ ； 发 射 药 原 有 的 体 积 （ ）＾ 为 ｍｍ ； 速 ｄ ／ ｔ 温 度 ）燃 ｅｄ 随
无烟烟花药剂使用安全性能分析
无烟烟花的安全性能分析无烟烟花药剂是一种环保型烟花药剂,该药剂主要以退役军用火药为主要原料制备而成,与目前烟花厂使用的烟花药剂相比,具有无烟(或少烟),比容大,爆热高,做功能力强,燃烧产物中残渣少等优点。
该药剂已在部分烟花产品上使用。
本文从分析退役火药安定性入手,分析了提高无烟烟花药剂安全性能的途径。
1退役火药的稳定性分析与选择火药的稳定性通常通过火药中稳定剂的含量来评估。
发射药贮存到一定年限时,安定剂消耗完毕,火药加速分解,很有可能产生自燃。
对安定剂下降50%的“9/14高钾”单基药,在65℃、75℃、85℃和95℃时进行加速贮存,用Berthelot经验式外推到常温,其安全贮存寿命为:30℃56年,25℃89年,20℃159年[2]。
实际情况与加速贮存所预计的情况相近。
根据文献提供的数据,34批单基药经13年贮存,二苯胺含量平均下降0.0621%。
另对部分已存20年的单基药分析,二苯胺含量平均下降0.102%。
通常单基药中二苯胺含量为1%～2%,若以安定剂含量下降50%的标准,则单基药的寿命在100年以上。
双基药以“双芳-3”和“双迫”药为例,“双迫”药出厂到贮存23年,中定剂从1.2%降到1.0%。
“双芳-3”从出厂时的2.9%降到贮存23年后的2.8%。
上述实际贮存测得的数据可以证明:若按中定剂含量下降50%作为选择标准,那么“双迫”可安全贮存69年,“双芳-3”为100年以上,是完全可满足烟花药剂安全使用的要求。
2含水量对无烟烟火机械感度的影响提高药剂使用安全性,主要通过两条技术途径来实现,一是在药剂中增加含水量;二是加入添加剂,二者均可使药剂的感度降低。
无烟烟花剂主要是在保证烟花效果的前提下,通过增加无烟烟花药剂的含水量来降低感度。
无烟烟花药剂含水量对感度、燃放效果影响的实验结果被列入表1中。
摩擦感度和撞击感度的实验方法和条件分别按WJ1679-86和WJ1680-86标准执行,燃烧率是为达到放电效果而喷洒的花朵数量占总放电量的百分比。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高能低敏感发射药安定性与安全性研究
发表时间：2019-06-03T10:24:36.133Z 来源：《防护工程》2019年第4期作者：李黎明
[导读] 为了适应现代战争环境及新型武器弹药的需求，研究人员在通过多种途径提高发射药能量水平的同时还要降低其敏感性。
安徽红星机电科技股份有限公司安徽省合肥市 230000
摘要：现代先进武器系统对弹药提出了大威力和高生存能力的要求,研究开发低敏感高能发射药必将成为21世纪发射药及其装药发展的大趋势。
关键词：高能低敏感发射药；安定性；安全性
一、高能低敏感发射药慨况
为了适应现代战争环境及新型武器弹药的需求，研究人员在通过多种途径提高发射药能量水平的同时还要降低其敏感性。
因此，高能低敏感发射药已成为新一代发射药研究发展的方向。
国内外主要采用两种方法获得高能低敏感发射药，一是通过使用填充高含量固体硝铵的聚合物黏结基质（即聚合物黏结发射药）；二是采用硝化纤维素（NC）基配方。
两种方法都要求发射药具有一定的力学性能，特别是低温力学强度。
采用电子万能试验机和自制的抗压强度测试仪研究了粒状发射药的轴向力学性能和径向力学性能，发现随着轴向加载速度的增加，弹性模量增大，抗压强度变小；研究了含ＲＤＸ多相发射药的力学性能，发现随着温度的升高，含RDX多相发射药抗压性能降低，抗冲击性能提高；研究了含ＦＯＸ－７发射药的低压燃烧性能及ＦＯＸ－７用量对发射药常温力学性能的影响，发现随着FOX-7含量的增加，发射药燃速压强指数降低，抗冲击强度增大。
二、发射药技术的发展前景
1.作为身管武器的能源—新世纪内,其它能源很难替代发射药的地位。
新能源电能、核能和新技术、新武器(激光、微波、粒子束定向武器);电热-化学推进、电磁能推进的动能身管武器;气象、基因、机器人、次声、反装备等新概念身管武器相继出现,但作为军用和民用的特殊能源发射药,在今后相当长的时间里,是很难被其它能源所替代的。
其它如核能、激光、微波、粒子束、电热-化学、电磁等能源,可以在部分武器中使用,但由于它们在身管武器化方面存在这样和那样的困难(如核能、大容量与高功率电能等所带来武器小型化、轻型化和污染问题;以及对压力推进、反作用力推进、爆炸做功等,类型多、数量大等武器适应性的问题),即使是部分的解决也需漫长的时日。
通过对先进性、相容性、生存能力、机动性、生产以及效/费比等的综合分析,在新世纪内的绝大多数身管武器上,发射药化学能的应用,优于其它能源的应用。
2.发射药的发展前景—有潜力、非常诱人。
(1)发射药的能量潜力。
能量是决定弹丸的初速、以及决定做功能力的关键因素。
现有发射药大多数是由碳、氢、氧、氮(C、H、O、N)等元素组成的物质,被广泛应用的主要是固体物质。
研究显示,在碳、氢、氧、氮元素系统中,发射药仍有较为广阔的发展前景。
目前已发展的、具有代表性的发射药及其原材料有:液体发射药(在能量特征和流动特征上具有优越性)和高能量密度材料等(CL-20、N原子族高能亚稳定态物质等新含能物质)。
发射药的发展表明,发射药组分不能局限于C、H、O、N系列的物质,从发射药的能量考虑,一些化合物,例如高能量物质,它们在潜能上具有优势。
高能量密度的单组分炸药,性能良好的粘合剂,含能添加剂和高燃速火药、反应中摄取环境组分的发射药等,任何方面的研究成果,都将促进发射药技术的进展。
(2)高密度装药技术,能显著地提高发射药的推进能力。
身管武器高能量密度的装药方法,能提高体积潜能,减少身管武器的质量和无效载荷,增加射程,增加穿透力和杀伤力。
而密实装药技术对装药能量密度的贡献明显,更具有现实性。
(3)科技创新建立起发射药与身管武器的协调关系。
身管武器与发射药之间的约束是相互的,身管武器在新技术、科技创新的基础上,通过所选定的原理、材料、结构和工作条件,已为发射药的发展提供了条件。
大幅度地提高了发射药潜能的复合类发射药、提高威力的底排发射技术、随行装药技术、高膛压发射药技术的出现和发展,都是新约束条件下的成功产物。
正在发展的远射程大口径火炮、技术组合弹药技术,电热-化学推进技术以及新概念、新原理身管武器,耐烧蚀、高强度新材料,计算与计算机技术,化学合成技术,发射药与化学合成的信息技术,都为发射药的发展和创新提供了条件。
三、发射药安定性研究现状与进展
发射药的安定性试验主要是检测它的化学安定性。
世界各国都发展了一系列检测技术，其目的是确定发射药的安全储存寿命。
这些方法的原理基本上都是一样的，即基于安定剂或者硝酸酯火药分解，测定自动催化加速或者氧化氮加速生成的转折点所对应的时间，以此来表征发射药的安定性。
测量分解气体的安定性试验。
目前，这类方法主要有维也里试验、阿贝尔试验、甲基紫试验、真空安定性试验(VST)HJ等。
维也里试验是在19世纪90年代提出的一种经典的试验方法，距今已有100多年的历史。
该方法的优点是较接近于火药在实际储存期的缓慢分解，不失为一种较好的安定性试验方法。
但在试验中发现存在试验结果反常的问题，如松钾药加热过程中红色终点出现后，继续加热时出现红色的时间反而延长，甚至退回到玫瑰色，硝基胍火药甚至不出现红色。
对选定的经过85℃老化试验的单基药、双基药、三基药试样，分别进行了134．5℃和120℃的甲基紫试验。
结果发现，单基发射药、双基发射药、双基改性推进剂的甲基紫变色时间随老化时间的变化显著，双基推进剂和三基发射药甲基紫变色时间随贮存时间的变化不显著。
这些观察试纸颜色安定性试验方法具有试验设备简单、操作方便快捷等优点。
其不足之处是，在试验时，一直采用肉眼判读试纸颜色变化情况，试纸的过渡颜色和终点颜色由操作人员根据实际经验和习惯来判读记录，主观性强，对同一样品来说，不同操作人员可能会得到不同的结论，从而影响发射药的质量判断。
因此，针对维也里试验研发了一种基于颜色传感器的试纸颜色自动判读系统，它可以消除人工判读试纸颜色所带来的误差，减少操作人员的劳动强度，及时准确地记录有关数据，客观评价发射药的质量，从而为确定发射药的储存安全状况提供有力的支持。
四、发射装药发射安全性评定原理与流程
膛炸是由于发射装药点传火过程中燃气生成速率太大，弹丸刚开始运动甚至还未运动膛压就超过身管的极限应力。
根据内弹道学理论，燃气生成速率表征了膛压变化规律以及发射安全性。
因此，只要测定了弹底发射装药被点燃前的膛压及燃气生成速率变化，就能评判发射装药发射安全性。
由于相同组分的发射药，燃气生成速率取决于发射装药的燃烧面积，也就是说发射装药发射安全性取决于发射装药的燃烧面积。
由于无法通过射击试验直接获取弹底发射装药被点燃前因破碎导致的燃烧面积的变化，首先通过试验装置来测试获取弹底发射装药被点燃前的颗粒间挤压应力，再由模拟装置来再现从点火开始至发射装药被点燃时的挤压应力时间历程及其破碎规律。
为解决挤压破碎发射药形状杂乱无章，不可能理论计算发射装药的几何形状对应表面积的问题，提出发射药起始动态活度比和动态活度比的新概念，
分别用于表征弹底发射装药被点燃时以及被点燃以后至燃烧结束过程中的挤压破碎发射药相对于未破碎发射药的面积比。
用试验装置获得发射装药动态活度比和起始动态活度比，由此评判发射装药发射安全性。
根据膛炸机理，评定发射装药发射安全性，首先要能够再现并测得发射过程中发射装药膛内力学环境，确定从击发到弹底发射装药被点燃时刻的弹底发射装药挤压应力历程。
然后要逼真模拟发射过程中发射装药的挤压破碎规律，获得相应力学环境下破碎发射装药。
再准确表征挤压破碎发射装药的起始动态活度比，建立发射环境下发射装药破碎程度与弹底发射装药最大挤压应力历程之间的定量关系，形成发射装药发射安全性判据和评定方法。
高能低敏感发射药安定性与安全性是一个比较复杂的问题,尚有一些不成熟之处,仅供参考。
参考文献：
[1]马亭国．弹药发射安全性导论［M］．北京:国防工业出版社，2014．
[2]牟筱浩．对发射装药引起的膛炸机理的讨论［J］．兵工学报，2014，28(2):153－157．。