不敏感熔铸炸药的研究现状及发展趋势.pdf
doi10. 3969/ j. issn. 1001-8352. 2021. 01. 001 不敏感熔铸炸药的研究现状及发展趋势 ❋ 王红星 王晓峰 罗一鸣 西安近代化学研究所陕西西安,710065 [摘 要] 针对不敏感弹药的发展需求,对不敏感熔铸炸药的研究现状及发展趋势进行研究。 综述了 TNT 基、 DNAN 基、蜡基、低共熔物载体基和新型载体基 5 种类型的不敏感熔铸炸药的国内外研究现状,归纳了不同类型炸 药的优缺点,提出了 TNT 基和低共熔物基炸药是目前不敏感熔铸炸药发展的重点,指明了新型载体、低共熔物体 系、不敏感单质炸药、炸药不敏感化处理和功能助剂等方面未来的主要发展方向。 [关键词] 不敏感;熔铸炸药;TNT;DNAN;蜡;低共熔物 [分类号] TJ55 Research Status and Development Trend of Insensitive Melt-Cast Explosive WANG Hongxing, WANG Xiaofeng, LUO Yiming Xian Modern Chemistry Research Institute Shaanxi Xian, 710065 [ABSTRACT] According to the development demand of insensitive ammunition, the present situation and development trend of insensitive melt-cast explosive were studied. In this paper, the research status of five types of insensitive melt-cast explosives, including TNT-based, DNAN-based, wax-based, low eutectic-based and new carrier-based melt-cast explosives were reviewed in detail. Advantages and disadvantages of different types of explosives are summarized. TNT-based and low eutectic-based explosives are the key explosives in the development of insensitive melt-cast explosives. Future development directions of new carrier, low eutectic, insensitive single explosive, insensitive treatment of explosives and functional assis- tant were pointed out. [KEYWORDS] insensitive; melt-cast explosive; TNT; DNAN; wax; low eutectic 引言 随着现代军事科学技术的快速变化与发展,具 有综合作战性能的高价值作战平台如航空母舰、 潜艇、新型战斗机等不断投入使用;弹药意外或遭 受打击时发生燃烧,尤其是爆炸产生的后果对作战 平台及部队战斗力极具破坏性,给人员和财产造成 无法估量的损失,进而导致自身的战斗力下降[1]。 为了提高弹药的战场生存能力,减少弹药在生产、储 存、运输和使用等全寿命周期的压力,以美国为代表 的西方各国早在 20 世纪 70 年代就提出了不敏感弹 药insensitive munitions,IM的概念,其内涵是指战 时能够满足作战使用效能,而在受到热、机械或冲击 等意外刺激作用时,能降低反应剧烈程度和破坏程 度的弹药[2-3]。 近年来,IM 技术更是发展迅速,在不 同类型的弹药中得到广泛的应用。 IM 的安全评估 技术也随之发展,逐步形成了完备的评估体系和试 验方法。 例如,美军制定的 MILSTD2150B 标 准[4],北约制定的有关 IM 的使用、评估和测试的 STANG4439 标准,法国的 MURAT危险性较小的弹 药三星级军标及联合国关于极不敏感爆轰物质 EIDs的标准[5]。 弹药的核心是炸药装药,其不敏感性直接影响 弹药甚至武器系统的安全性和战场生存能力。 因 此,各国也都致力于发展不敏感炸药,尤其以美国为 代表的西方国家更是将发展不敏感炸药提升到战略 地位。历经多年的不断发展,美国已成功研制出满 足IM需求的不敏感炸药如PBX系列炸药,并已 在美国海军、空军等多型弹药中得到应用[6]。但由 第 50 卷 第 1 期 爆 破 器 材 Vol. 50 No. 1 2021 年 2 月 Explosive Materials Feb. 2021 ❋ 收稿日期2020-07-01 基金项目国家重大专项基金项目00401020202 第一作者王红星1981 - ,男,副研究员,研究方向为熔铸炸药技术。 E-mail hxwang204@126. com 通信作者王晓峰1967 - ,男,研究员,博导,研究方向为混合炸药技术。 E-mail wxfclub@163. com 于 PBX 炸药装药产品的固化时间长、成本较高,需 要人工间断性操作;因此,PBX 炸药很长时间一直 未能在大批量生产的廉价弹药中得到应用[7]。 综合考虑毁伤威力和成本的因素,约占 70% 的 战斗部装填熔铸炸药,使得熔铸炸药成为在弹药领 域应用最广泛的一种混合炸药。 所以,发展不敏感 熔铸炸药具有重要的意义。 本文中,根据不敏感熔铸炸药的特点,介绍了国 内外不敏感熔铸炸药的发展状况,归纳并总结了不 敏感熔铸炸药发展过程中的新载体、新方法和新材 料,以期为不敏感熔铸炸药的发展提供技术支撑。 1 不敏感熔铸炸药研究现状 载体炸药自身的理化、爆轰和安全等综合性能 对熔铸炸药的性能具有较大的影响。 因此,提升熔 铸炸药的综合性能,首当其冲要改进载体炸药的性 能。 载体炸药的不敏感化对于不敏感熔铸炸药的发 展具有显著的推动作用。 目前,不敏感载体炸药的 研究主要从两方面进行一是改进传统的载体炸药 TNT,提高 TNT 基熔铸炸药的综合性能;二是研发新 的熔铸载体炸药,以提高熔铸炸药的不敏感性能。 1. 1 TNT 基炸药 作为传统的熔铸载体炸药,TNT 具有熔点80 ℃低、爆炸性能良好、机械感度低和成本低等优 点,兼具良好的安定性、稳定性和温度稍高即有的塑 性等特点;TNT 基熔铸炸药已广泛应用于工业炸药 和军用炸药[8]。 但 TNT 也存在应用方面的不足。 例如,其同分异构体一、二硝基化合物会导致混 合炸药凝固点降低进而引起渗油现象;热循环作用 下具有不可能膨胀的特性,导致装药易形成粗结晶 结构;体积收缩率约 11. 6%较高;还有与生俱来 的脆性会影响装药的力学性能[9]。 虽然 TNT 存在许多不足之处,但 TNT 基炸药在 生产中要比任何一种压装或浇注固化的 PBX 炸药 都廉价,不足之处可以通过改性处理得到一定程度 的弥补;因而,在大批量、低附加值武器弹药中得到 广泛应用。 目前,美国的匹克汀尼兵工厂Picatinny Arsenal、法国的 GIAT 公司和南非的戴诺公司等诸 多军工厂仍然致力于发展 TNT 基不敏感熔铸炸药。 为改善 TNT 基炸药的发射安全性,发展了改性 B 炸药[wTNT︰wRDX︰w外加聚氨酯︰w 外加 MNT =40. 0︰60. 0︰0. 5︰0. 6],即在 B 炸 药中加入高分子黏结剂和增塑剂[10]。 在俄罗斯,通 过加入一种能溶解在 TNT 中的塑性聚氨酯弹性体, 进一步改善了 B 炸药的性能,使膛炸率降低到 10 -6 以下;加入添加剂如 2,4-二硝基苯肼可降低烤燃 反应的剧烈程度[11]。 为解决装药的脆性问题,西方各国研制不同类 型的添加剂以提高装药的塑性,先后发展了 XM-28 抗裂剂和热稳定更优的新型抗裂剂[12]。 为解决装 药的裂纹问题,国外大量采用添加纤维的方法以提 高力学强度,效果良好;也有通过增强炸药塑性的方 法,即在 TNT 基熔铸炸药中加入高聚物,改善了炸 药的塑性,提高了熔铸炸药的力学和安全性能[13]。 20 世纪 90 年代,美国空军莱特实验室在 AFX- 644 炸 药 [ w TNT︰w NTO︰w Al︰w D2 蜡 =30︰40︰20︰10]的基础上,又进一步完 成了 AFX-645 炸药[wTNT︰wNTO︰wAl︰ wI-800 蜡 =32︰48︰12︰8]的设计。 NTO 为 3- 硝基-1,2,4-三唑-5-酮。 由于 AFX-644 炸药具有较 高的渗油性,且其配方中的 D2 蜡含有 14% 的硝化 纤维素,炸药在快速烤燃和慢速烤燃过程中会释放 较多的气体;因此,AFX-645 炸药配方中采用优化的 I-800 蜡替代了 D2 蜡。 装填 AFX-644 炸药的 MK- 82 战斗部通过了全部的极不敏感爆炸物质试验 EIDS的考核和除殉爆试验外的所有 1. 6 级危险 物质试验考核;而装填 AFX-645 炸药的战斗部在其 基础上又进一步通过了殉爆试验考核。 与 AFX-644 炸药相比,AFX-645 炸药配方的设计在威力、不敏感 性、安全储存和环境适应性等方面寻找到了更为合 适的平衡点[14]。 XF 系列熔铸炸药[15-17]是由法国 Nexter Muni- tions 公司开发的不敏感熔铸炸药。 该类型炸药在 传统 TNT 基熔铸炸药的基础上加入 NTO 以提升配 方的安全性。 较为典型的 XF 系列配方见表 1。 表 1 典型的 XF 系列炸药配方组成质量分数 Tab. 1 Composition of typical XF series explosives % 炸药TNTNTOHMXRDXAl蜡 XF 1315330. 040. 00020. 010. 0 XF 1333331. 048. 00013. 57. 5 XF 1158531. 021. 0027. 013. 57. 5 XF 1236631. 021. 027. 0013. 57. 5 从表 1 可知,XF 13153 和 XF 13333 与美国空 军研制的 AFX-644 和 AFX-645 炸药配方非常接近。 而 XF 11585 和 XF 12366 则是在 XF 13333 炸药的 2 爆 破 器 材 第 50 卷第 1 期 基础上综合考虑了爆轰性能和安全性能的产物。 Nexter Munitions 公 司 于 2012 年 完 成 了 XF 11585 炸药性能的系统表征,其爆轰性能与 B 炸药 相当,各项安全性能能够满足 STANAG 4439 标准的 IM 要求,可用于 60 155 mm 口径弹药的装药。 此 外,在温度循环试验中,XF 系列炸药不会出现传统 TNT 基炸药的渗油现象。 见图 1。 aXF 系列炸药 bB 炸药 图 1 温度循环试验结果 Fig. 1 Temperature cycle test results 熊闲锋等[18]将不敏感炸药 NTO 加入到 TNT 炸 药体系,形成了 2 种熔铸炸药配方[wTNT︰w NTO =60︰40,wTNT︰wNTO︰wRDX= 50︰25︰25],开展了配方能量和安全等主要性能 的试验研究。 结果表明2 种熔铸炸药的理化性能 及爆速与梯黑炸药[wTNT︰wRDX=50︰50] 相当,而机械感度低于梯黑炸药,抗压强度比梯黑炸 药高;当遭受火焰快速燃烤、子弹撞击时仅发生燃烧 反应,具备一定的不敏感特性。 Guntol钢托儿炸药是将 FOX-12N-脒基脲二 硝酰胺盐熔融于 TNT 中制成的一种不敏感熔铸炸 药[19],其配方组成为 wTNT︰wFOX-12 =55︰ 45。 该炸药的金属驱动能力略高于 PBXN-109,格尼 系数为 2. 07。 采用 STANAG 4413 标准测试了装填 Guntol 炸药的 155 mm 榴弹慢速烤燃试验的反应 等级为燃烧;子弹撞击的反应等级为爆燃;射流撞击 的反应等级为爆炸;殉爆试验的反应等级介于爆炸 和爆燃之间。 Guntol 炸药制备工艺非常简单,且钝 感组分 FOX-12 的合成成本也较低;因此,该炸药可 视为一种廉价的不敏感炸药。 美国阿连特技术系统公司ATK的 TNT 柔性 生产线能够生产纯度 99. 99% 的 TNT,还可以生产 DNAN、TEX、NTO 和 CL-20 等单质炸药,现有工艺设 备稍加改造即可满足各种混合炸药B 炸药、Tritonal 和 Octol 等的制备需求。 因此,积极支持发展新型 TNT 熔铸炸药,并提出了不敏感通用炸药ICE的 新概念。 研制出了 I-TNTTNT + 添加剂,即 PAX- 44 炸药[20],作为通用目的不敏感炸药应用。 PAX- 44 炸药成本低,采用现有工艺设备,对环境友好,已 经在 155 mm 高爆弹中试验并验证。 尽管 TNT 存在诸多不足之处,但通过改性可以 制备性能优良的不敏感熔铸炸药;因此,TNT 基不敏 感熔铸炸药仍是研究应用的重点之一。 1. 2 2,4-二硝基苯甲醚DNAN基炸药 DNAN 是最有望代替 TNT 而成为熔铸炸药的 载体炸药,其优异的综合性能引起了世界各国的关 注。 DNAN 并不是一种新的含能物质。 据记载, DNAN 的第一次被使用是在第二次世界大战[21],被 作为 V-1 巡航导弹用弹药 Amatol 的主要组分。 然 而当时被应用并不是它的爆轰性能和低易损性,而 可能是 TNT 的日益匮乏。 尽管 DNAN 存在爆轰能 量的问题,但它在炸药中的使用却还是引起人们的 广泛关注,一系列 DNAN 基 PAX 炸药Picatinny arsenal explosive的发展足以证明。 美国匹克汀尼兵工厂同 ATK 等多家单位按照 钝感弹药标准研制了以 DNAN 为基的 PAX 系列新 型熔铸炸药[22-26],如表 2 所示。 表 2 DNAN 基熔铸炸药组分及性能 Tab. 2 Component and performentces of DNAN-based melt-cast explosive 炸药组分 爆速/ ms -1 能量 水平 PAX-21 DNAN、MNA 、RDX、 AP 6 700B 炸药 PAX-26DNAN、MNA、AP、Al6 360 Tritonal 炸药 PAX-28DNAN、RDX、AP、Al6 500 1. 62 倍 B 炸药 PAX-40DNAN、MNA、HMX8 200 Octol 炸药 PAX-41DNAN、MNA、RDX7 680 Cyclotol 炸药 PAX-48 DNAN、MNA、HMX、 NTO 7 180 Octol 炸药 其中,PAX-21 炸药是第一个具有不敏感特性的 熔铸炸药,兼具不敏感熔铸炸药的所有特性包括 成本、可生产性等,已广泛应用到 60 mm 迫击炮 弹。 PAX-40含 HMX和 PAX-41含 RDX炸药的 爆速均高于 B 炸药;而两者冲击波感度均低于 B 炸 药,且 PAX-40 的冲击波感度比 PAX-41 低。 2005 年以来,美国陆军又在“通用低成本不敏 32021 年 2 月 不敏感熔铸炸药的研究现状及发展趋势 王红星,等 感炸药common low-cost insensitive munitions explo- sive, CLIMEx”项目的支持下推出以 DNAN 为基的 IMX insensitive melt-cast explosive 系 列 熔 铸 炸 药[27],包括 IMX-101 [w DNAN︰w NTO︰w NQ = 43︰20︰37] 及 IMX-104[wDNAN︰w NTO︰wRDX =32︰53︰15]。 NQ 为硝基胍。 其中,IMX-101 应用于 105、120、155 mm 弹药中; IMX-104 通过了子弹撞击、射流撞击、快速烤燃和殉 爆等安全性试验测试,在不敏感性方面比现役 60 mm 迫击炮弹装填的 PAX-21 炸药的表现更加优良, 作为真正意义上代替 B 炸药的不敏感熔铸炸药,已 在 60、80、120 mm 系列迫击炮弹中得到应用。 2006 年,澳大利亚国防科学与技术组织de- fence science and technology organization,DSTO 对 DNAN 基熔铸炸药进行了研究,形成了 ARXAus- tralian research explosive 系列配方[28-30], 分别为 ARX-4027[w DNAN︰w MNA︰w RDX = 39. 75︰0. 25︰60. 00]、ARX-4028[wDNAN︰w MNA︰w NTO = 29. 75︰0. 25︰70. 00] 和 ARX-4029[wDNAN︰wMNA︰wRDX︰w NTO = 29. 75︰0. 25︰5. 00︰65. 00]。 根据是否 含有 I-RDX 又分为 ARX-4027M1 含 I-RDX 和 ARX-4027M2不含 I-RDX2 种配方,并对设计的 ARX 系列炸药的做功能力、冲击波感度和力学性能 等进行了表征。 结果表明ARX 系列炸药的热分解 温度均高于 B 炸药,其中,含有 NTO 的配方 ARX- 4028 及 ARX-4029 感度明显低于 B 炸药与 ARX- 4027。 2015 年, 挪 威 的 Nevstad 等[31-34]也 开 展 了 DNAN 基熔铸炸药研究, 形成了 MCX melt cast explosive系列配方,包括 MCX-6100[wDNAN︰w NTO︰wRDX = 32︰53︰15]、MCX-8100[w DNAN︰wNTO︰wHMX = 35︰53︰12]、 MCX-6002[wTNT︰wNTO︰wRDX = 34︰ 51︰15] 和 MCX-8001 [w TNT︰w NTO︰w HMX =36︰52︰12]。 国内关于 DNAN 基熔铸炸药的研究起步较晚, 且主要针对基础科学进行研究,公开的配方鲜有报 道。 张光全等[35]从合成路线、理化性能、热性能和 相容性等方面对 DNAN 的研究进展进行综述。 王 亲会[20]分析了 DNAN 作为载体炸药所存在的优缺 点,并提出了改进途径。 王红星等[36]通过慢速烤燃 试验对 DNAN 炸药的热安全性进行了评价,并与传 统载体 TNT 进行对比,得出其自发火温度和热爆炸 延滞期均优于 TNT。 蒙君煚等[37]研究了 DNAN/ HMX 体系的流变特性,获得固含量、粒度、颗粒级 配、炸药温度以及功能助剂对混合炸药体系的流变 性的影响规律,并通过颗粒级配使其固体质量分数 达到 80%而保持良好的流动性。 张庆正[38]测试了 DNAN 基熔铸炸药的安全储存临界温度,结合 71 ℃ 加速储存试验,分析 DNAN 基熔铸炸药的安全储存 要求。 李东伟等[39]开展了 DNAN 基高爆速熔铸炸 药的研究,获得了一种爆速高且通过了快速烤燃、慢 速烤燃、子弹撞击、破片撞击、热碎片、射流和殉爆等 7 项不敏感试验考核的熔铸炸药配方,并结合大尺 寸 EFP 战斗部和防空反导战斗部开展应用集成验 证,发现其具有良好的应用前景。 赵凯等[40]对比研 究了 DNAN 和 TNT 的力学性能发现,DNAN 的抗压 强度为5. 96 MPa,抗拉强度为 2. 57 MPa,抗剪强度 为 0. 34 MPa;TNT 的抗压强度为15. 57 MPa,抗拉强 度为2. 37 MPa,抗剪强度为 1. 80 MPa,表明 DNAN 相比于 TNT 更易发生脆性断裂。 牛国涛等[41]针对 某 DNAN 基熔铸炸药开展了⌀300 mm 的装药工艺 试验和温度冲击试验,发现大直径的 DNAN 基熔铸 炸药装药在温度变化导致的热应力作用下极易开 裂,从而破坏装药结构,影响使用安全。 罗一鸣 等[42]研究了 DNAN 和 TNT 的凝固特性,发现 DNAN 与 TNT 虽然具有相近的体积收缩率 DNAN 为 13. 2%、TNT 为 12. 7%,但 DNAN 具有更快的凝固 速率,导致其收缩缺陷的集中度低于 TNT,从而更易 在 DNAN 装药中出现缩空、缩松等装药疵病,需要 对 DNAN 基熔铸炸药进行精密的装药控制,以提高 大直径装药的安全性。 1. 3 蜡基炸药 蜡类物质石蜡、微晶蜡等具有熔点低、质地 软、吸热性好和润滑作用强等优点,常常作为钝感材 料在混合炸药中应用。 当炸药受到冲击或热刺激 时,可吸热熔化,不易形成热点,极大地降低了热点 产生的几率;即使发生燃烧也不易转为爆轰,具有良 好的钝感效果。 美国开展了以蜡为基的不敏感熔铸 炸药研究,MNX-194 是该类炸药的典型代表[43]。 该 炸药由美国陆军坦克机动车辆与武器局武器研究发 展与工程中心研制,用于代替原 M107/ M795 两型 155 mm 炮弹中装填的 TNT。 该炸药中唯一的含能 组分是 RDX,根据不同的 RDX 预处理工艺,形成 3 种组分相同的 MNX-194 炸药,并开展了相关性能的 研究工作。 美国匹克汀尼兵工厂也研制了以蜡为载体的系 列不敏感熔铸炸药,最具代表性的是 PAX-195 炸 4 爆 破 器 材 第 50 卷第 1 期 药[1]。 该炸药采用 3 种不同颗粒的 RDX 进行级配, 固体质量分数可达 88%,流动性良好,并通过了不 敏感性试验考核。 美国空军研究实验室AFRL为了提高空军用 通用目的炸弹的安全性水平,研制了一种含铝的蜡 基不敏感熔铸炸药MNX-795 [44],并结合 MK-84 战斗部开展了 IM 试验测试。 其快速烤燃和慢速烤 燃的反应等级为燃烧;子弹撞击试验,在7. 62 mm 子 弹撞击下战斗部无明显反应,在 12. 70 mm 子弹撞 击下战斗部发生爆炸;破片撞击、射流撞击和殉爆试 验结果尚不明确。 虽然装填 MNX-795 炸药的 MK-84 战斗部未完 全满足 IM 的相关标准,但其安全性已经远优于原 Tritonal 炸药装药;同时,由于 MNX-795 可采用熔铸 工艺进行战斗部装填,其批产化能力优于 PBXN-109 炸药装药;且 MNX-795 炸药的爆轰性能优于 PBXN- 109 炸药[45]。 1. 4 低共熔物载体基炸药 低共熔物炸药是指两种或两种以上的化合物混 合后,其熔点低于任一组分、性能发生变化的一类共 熔混合物。 利用这种特点,根据不同需求和用途,可 以设计不同的低共熔物,使其具备诸多优点 1熔点可调节至更适宜的熔铸温度; 2能量水平调节至高于 TNT,甚至接近 RDX 或 HMX; 3不敏感性满足使用要求; 4力学性能得到显著改善,满足环境适应性的 要求; 5装药成本得到有效控制,在熔铸炸药方面具 有广阔的应用前景。 低共熔物按物质结构可以分为以下几类[46] 1EA 分子间炸药乙二胺二硝酸盐/ 硝酸铵; 2EAK 分子间炸药乙二胺二硝酸盐/ 硝酸铵/ 硝酸钾; 3含有 NQ 或甲基硝基胍MeNQ 的分子间 炸药; 4其他分子间炸药。 EA 系列分子间炸药比 TNT 钝感,但熔点约 105 ℃较高,不适用于现有熔铸工艺;且组分中的 硝酸铵AN在 32 ℃时发生相变,分子间体系发生 体积变化,熔铸炸药装药物理不稳定,导致装药容易 产生裂纹缺陷,极大地降低了使用安全性,限制了其 在熔铸炸药中的应用。 EAK 分子间炸药中,AN 存 在严重的吸湿性和腐蚀性,为战斗部设计、长期储存 和后处理工艺提出更严苛的要求;同时,EAK 硬度 和模量高,韧性差,熔点高因此,EAK 分子间炸药 未得到广泛应用。 美国空军使用的以 MeNQ/ AN 低 共熔物为载体的分子间炸药,密度1. 72 g/ cm3,爆速 7 400 m/ s,撞击感度143 cm特性落高,接近美军方 不敏感炸药特性落高 144 cm 的要求,并通过了快 速烤燃、慢速烤燃等试验考核,作为不敏感熔铸炸药 装填到美国 AFX-453 型航弹。 在含能低共熔物的研究中出现了一种新的趋 势。 在两种或两种以上的熔铸载体炸药的相互作用 研究中发现,除了可以获得低共熔物、降低载体炸药 的熔点以外,还可以调节炸药能量、力学和安全性等 综合性能,在 TNT、TNAZ、DNTF、DNAN 和 DNP 等单 一熔铸载体炸药研究基础上,开展大量的复配技术 研究,形成系列共熔物载体炸药。 作为传统熔铸炸药载体,TNT 与其他炸药形成 低共熔物可改善其综合性能。 溶液共晶法可得到低 熔点、 低 感 度 的 TNT/ TNCB 炸 药 [ n TNT︰n TNCB =1︰1] [47]。 熔点为 72. 7 ℃,H 50为 92. 9 cm,预测爆速、爆压分别为7 508 m/ s、19. 24 GPa,明 显高于 TNT。 TNT/ TNCB 炸药有望作为一种新型熔 铸载体炸药取代 TNT。 采用挥发溶剂法制备了 TNT/ AN 共晶炸药[48]。 对制得的共晶炸药进行了 理化性能表征,结果表明TNT/ AN 共晶炸药的吸热 峰与 TNT、AN 单质和 TNT/ AN 机械混合物完全不 同,TNT/ AN 共晶还能够降低 AN 的吸湿性。 TNAZ 能与许多含能材料形成双元或多元低共 熔物,并且与常用炸药组分相容。 美国空军伊格林 基地莱特实验室研发了不同的含能材料与 TNAZ 形 成的双元低共熔混合物主要性能如表 3 所示。 其中,与 PETN、TNT、TNB 的双元混合物或复合炸药 已进行过能量特性、感度特性的表征,但铸装特性限 制了其应用。 TNAZ 与 TNT 的双元低共熔物同样显 示出复杂的多晶现象及晶型相互转变的问题[49]。 MNX630[wTNAZ︰wMNA︰wHMX = 20︰ 5︰75]代替细粒 Octol 用于传感器引爆的武器系统 SFW,性能研究表明,两种炸药具有良好的爆轰 性能和低易损性能。 国内也开展了 TNAZ 基低共熔 物研制,研发的 TNAZ/ ANTA 最低共熔物具有熔点 84 ℃低、热稳定好、热安定性好、机械感度低等优 点,做功能力达到 B 炸药的1. 14倍,熔铸特性与 TNT 相当,满足熔铸炸药液相载体要求[50]。 TNAZ 与 ANTA 质量比为 60︰40 的最低共熔物是有潜力的 TNT 替代物,在钝感弹药中具有良好的应用前景。 52021 年 2 月 不敏感熔铸炸药的研究现状及发展趋势 王红星,等 表 3 TNAZ 基熔铸炸药性能 Tab. 3 Performances of DNAN-based melt-cast explosive 共熔物 TNAZ 质量分数/ % 理论密度/ gcm -3 熔点/ ℃ 热爆炸临界 温度/ ℃ 真空热安定性/ gcm -3 大隔板 试验/ MPa 冲击波感度 H50/ cm 爆速/ ms -1 TNT01. 6580. 90. 104. 4080. 06 970 TNAZ1001. 84101. 02510. 111. 0521. 19 000 TNAZ/ TNB53. 71. 7769. 02660. 050. 7436. 18 250 TNAZ/ TNT37. 11. 7260. 02600. 101. 0452. 07 600 TNAZ/ MNA90. 01. 7593. 02390. 2038. 68 320 TNAZ/ MNA80. 01. 6693. 02300. 061. 0834. 97 730 TNAZ/ DNA92. 01. 8295. 02340. 0430. 88 770 TNAZ/ CAB97. 01. 81100. 02430. 240. 0722. 68 800 DNAN 作为不敏感熔铸载体炸药得到应用,但 由于自身的能量相对较低、力学脆性等原因,限制了 其应用范围。 研究者设计了 DNAN/ DNTF 的双元复 合体系。 王浩等[51]利用红外光谱、X 射线衍射和扫 描电镜对不同比例的 DNAN/ DNTF 共熔物进行了表 征,并通过冲击波感度试验研究了共熔物冲击波感 度变化情况,发现共熔物包覆在 DNTF 结晶表面,降 低了 DNTF 感度。 赵凯等[52]研究了不同工艺温度 下 DNAN/ DNTF 共熔物的临界直径和拐角传爆能 力,结果表明,共熔物体系有良好的拐角传爆能力, 为不敏感传爆药设计提供支撑。 学者们还系统研究 了 DNAN/ DNTF 的理化性能、能量输出特性、熔铸特 性、点火增长特性和不敏感特性等。 研究表明, DNAN/ DNTF 双元复合体系中,能量水平随 DNTF 含量增加呈线性增长的趋势;而感度增长是非线性 的。 通过选择合适的比例,DNAN/ DNTF 具备高能 不敏感的性能。 DNAN/ DNTF 形成混晶结构,计算 表明,DNAN 与 DNTF 分子间作用力强于 DNAN 分 子间的分子作用力,DNAN/ DNTF 体系的抗拉强度 与抗剪强度均强于纯 DNAN 或纯 DNTF,共熔后塑 性增强,能够改善炸药装药的力学性能与环境适应 性;采用载体复配技术可以根据应用需求,设计出更 合理的熔铸炸药载体,DNAN/ DNTF 共熔物具有可 以调节的能量和安全性,可作为高能不敏感熔铸炸 药的载体炸药。 1. 5 新型载体在不敏感熔铸炸药中的应用 1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑MTNI是一种能量 水平接近 RDX 的多硝基咪唑化合物,具有熔点82 ℃低、密度1. 75 g/ cm3高、机械感度摩擦感度 4%�� 6%低、热稳定性好190 ℃ 前是稳定的、190 ℃开始挥发、280 ℃ 达到峰温等特点[53]。 韩国国 防开发局与美国陆军军械研究发展与工程中心 ARDEC联合对 MTNI 开展应用研究,认为其具有 良好的不敏感特性,可以作为代替 TNT 用于不敏感 熔铸炸药。 DNP3,4-二硝基吡唑是性能优异的氮杂环类 含能化合物,具有熔点85 89 ℃低、氮含量质 量分数 35. 44%高、氧平衡 - 30. 33%好、密度 1. 81 g/ cm3高、爆速8 100 m/ s高、安全性好等 特点,有望代替 TNT 作为新型不敏感熔铸载体炸 药,具有良好的应用前景[54]。 2 不敏感熔铸炸药的发展趋势 IM 能够直接提高武器的安全效能,不敏感熔铸 炸药技术研究一直受到各国普遍重视。 未来不敏感 熔铸炸药的发展总体趋势是炸药设计兼顾能量性 能、安全性能和工艺性能等综合性能的提升,对于不 敏感高能熔铸炸药研究与应用主要集中在以下几个 方面 1继续研究新型低熔点、不敏感、工艺特性优 良的熔铸炸药载体,从应用出发,全面认识新型载体 的综合性能; 2深入研究低共熔物体系,全面掌握不同低共 熔物体系的特性,获得高能不敏感熔铸复合载体; 3 加 强 不 敏 感 单 质 炸 药 如 I-RDX、 NTO、 TATB、FOX-7、FOX-12 等在熔铸炸药中的应用研 究,开发新型不敏感炸药配方; 4深挖常规单质炸药RDX、HMX的潜能,从 分子结构和相互作用出发,通过共晶技术,将不敏感 材料与单质炸药共晶形成不敏感炸药;通过重结晶、 纳米化等技术,实现单质炸药的不敏感处理; 5开发兼顾能量、安全、力学性能和工艺性能 的新型功能助剂。 6 爆 破 器 材 第 50 卷第 1 期 3 结语 1TNT 作为传统熔铸载体炸药,具有成本低、 安全性好、工艺成熟的优势;尽管存在一些不足,但 通过改性处理,性能可以得到显著改善。 TNT 基不 敏感炸药仍将是重要的发展方向。 2DNAN 作为目前最成熟的不敏感熔铸载体炸 药,其力学特性有待进一步的优化,以期拓宽其在大 尺寸装药领域的应用。 3蜡作为不敏感熔铸炸药的载体,需要在满足 不敏感性要求的同时,尽可能地提高固含量,提高蜡 基熔铸炸药的能量,以满足弹药对能量的需求。 4共熔物体系作为不敏感熔铸载体炸药,通过 组分间的相互作用,可同时满足高能与不敏感的要 求,是高能不敏感熔铸炸药发展的有效途径。 5不敏感熔铸炸药是未来发展的总趋势,通过 新型载体炸药、低共熔载体炸药、不敏感单质炸药、 炸药的不敏感化处理和功能助剂的应用等技术的发 展,不敏感熔铸炸药将更多地应用于武器弹药中,以 适应未来战场的需求。 参 考 文 献 [1] 王昕. 美国不敏感混合炸药的发展现状[J]. 火炸药 学报, 2007, 302 78-80. WANG X. Current situation of study on insensitive com- posite explosives in USA[J]. Chinese Journal of Explo- sives & Propellants,2007,30278-80. [2] Hazard assessment tests for non-nuclear munitionsMIL STD2105D [S]. USA Department of Defense Test Method Standard, 2011. [3] 范士锋,董平,李鑫,等. 国外海军弹药安全性研究进 展[J]. 火炸药学报, 2017, 402 101-106. FAN S F, DONG P, LI X,et al. Research progress in the safety of foreign naval ammunition [J]. Chinese Journal of Explosives & Propellants, 2017, 402 101-106. [4] 彭翠枝,范夕萍,任晓雪,等. 国外火炸药技术发展新 动向分析[J]. 火炸药学报, 2013, 363 1-5. PENG C Z,FAN X P,REN X X,et al. Analysis on recent trends of foreign propellants and explosives technology de- velopment [J]. Chinese Journal of Explosives & Propel- lants, 2013, 363 1-5. [5] 王昕. 绿色火炸药及相关技术的发展与应用[J]. 火炸 药学报, 2006, 295 67-71. WANG X. Development and application of green propel- lants and explosives and related technologies [J]. Chi- nese Journal of Explosives & Propellants,