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2 0 1 2 年8 月D A D N B F 为基的混合炸药的性能和应用董岩等 D A D N B F 为基的混合炸药的性能和应用’ 董岩刘祖亮 南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要] 研究了5 ，7 ．二氨基_ 4 ，6 ．二硝基苯并氧化呋咱 D A D N B F ，美国代号c L 一1 4 为基混合炸药的性能和在 射孔弹中的应用。制备了以c L 1 4 为基，氟橡胶如、邻苯二甲酸二丁酯为黏结剂和增塑剂的混合炸药，进行了 爆轰性能、耐热性和破甲性能测试。实验结果表明，以c L 一1 4 为基的混合炸药在2 0 0 ℃、4 8 h 条件下放气量为1 ．0 2 m L ／g ，耐热性能与六硝基芪 H N S 接近；在装药密度1 ．8 1 3g ／e r a 3 条件下爆速和破甲深度分别为7 8 4 2m ／s 和D 1 2 ．0 0 m m 1 7 0I n t o ，显著优于H N S 。 [ 关键词] 5 ，7 - 二氨基_ 4 ，6 - 二硝基苯并氧化呋咱爆轰性能耐热性破甲性能 [ 分类号] T J 5 5 引言 当今世界各国都采用射孔弹开采石油，随着钻 井深度的增加，地温升高，常规炸药不能满足深井射 孑L 的要求，必须采用耐热炸药取代常规炸药。我国 已拥有装填射孔器材的4 种耐热单质炸药，即 R D X 、H M X 、H N S 和P Y X 皮威克斯 。R D X 和 H M X 能量较高，但耐热性能较差；H N S 和P Y X 具有 优良的耐热性能，但能量较低且价格昂贵。因此，开 发一种高能量、低成本的新型耐热混合炸药势在必 行【1J 。多氨基多硝基苯并氧化呋咱类含能材料具 有高能量、高密度、低感度、生成焓大、耐热性好等优 点，受到国内外研究者的广泛重视【24 1 。5 ，7 ．二氨 基4 ，6 ．二硝基苯并氧化呋咱 D A D N B F ，美国代号 C L 一1 4 是其中一种具有代表性的高能钝感耐热炸 药ⅡJ 。它的理论密度达到1 ．9 1g ／c m 3 ，理论爆速为 8 3 4 0m ／s ，安全性能优于T N T 。c L 1 4 合成工艺简 单，原料廉价易得，成本远低于H N S 和P Y X ，有望在 射孔弹领域得到应用。因此，本实验制备了以c L 一 1 4 为基的耐热混合炸药，初步测试了其爆轰性能、 耐热性和破甲性能，与R D X 和H N S 为基耐热混合 炸药相关性能进行了对比。 1 实验部分 1 ．1 实验材料 单质C L _ 1 4 按文献[ 6 ] 方法自制；单质H N S 按文献[ 7 ] 方法自制；S H - 9 3 1 由山东北方民爆器材 有限公司提供，工业品；氟橡胶艮，，为偏氟乙烯与三 氟氯乙烯的共聚弹性体，乳白色半透明固体，密度 为1 ．8 5g ／c m 3 ；石墨粉，1 0 0 目；乙酸乙酯，分析纯； 邻苯二甲酸二丁酯，分析纯。 1 ．2 造型粉的制备 首先在5 0 0m L 装有搅拌器的三口烧瓶中加入 乙酸乙酯4 0 0m L ，室温 2 5 ℃ 搅拌下加入5g 氟橡 胶艮。。和0 ．5g 邻苯二甲酸二丁酯增塑剂。搅拌至 橡胶完全溶解，备用。筛取1 0 0 目和5 0 0 目的c L _ 1 4 颗粒各5 0g ，备用。 在5 0 0m L 装有搅拌器的三口烧瓶中加人2 0 0 m L 蒸馏水和5 0 9C L ．1 4 质量比为1 0 0 目颗粒 5 0 0 目颗粒 3 1 ，搅拌均匀，加热至8 0 ℃，用恒压 漏斗滴加1 2 0m L 氟橡胶如，。的乙酸乙酯溶液。控 制滴加速度使之大于乙酸乙酯的蒸出速度。滴加完 毕，保温至乙酸乙酯全部蒸出。过滤，用蒸馏水洗 涤，干燥，得到黄色颗粒状固体。筛选得到粒度合适 的颗粒，添加少量石墨，用干混法使石墨均匀附着在 C L 一1 4 表面，得到棕黄色的造型粉。石墨质量为混 合炸药总质量的l ％。 以H N S 为基的混合炸药造型粉由相同方法制 得。S H _ 3 l 以R D X 为基的混合炸药 是射孔弹 常用炸药，为工业成品。 1 ．3 性能测试 l 。3 ．1 爆轰性能测试 爆速测试按照G J B 7 7 2 A - - 9 7 方法7 0 2 ．1 ，采用 3 2 通道髑N 6 3 2 M 爆速测定仪测定。 1 ．3 ．2 真空安定性测试f V s T 真空安定性测试按照G J B7 7 2 A 9 7 方法5 0 2 ．3 执行，称取 5 ．0 0 ．2 g 试样，在温度 5 5 2 ℃、真 空度9 1 2 k P a 的真空烘箱内干燥2 h ，称取4 份 收稿日期2 0 1 2 ．．0 4 ．1 3 作者筒介董岩 1 9 8 3 一 ，男．博士，主要研究方向含能材料的合成和性能研究。E - m a i l 6 2 7 3 1 0 1 6 3 ．∞m 通讯作者刘祖亮 1 9 5 1 。研究员，博导。主要研究方向化学工艺和含能材料的合成及配方。E ．m a i l l i m l Ⅻ_ 丑．n i u B t ．e d u ．C l l 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 1 卷第4 期 0 ．6 0 0 0 04 - 0 ．0 0 0 0 5 g 试样进行安定性测试。熔点 测试参照G J B 7 7 2 A 9 7 方法4 1 1 ．2 进行，采用x 一 4 型数字显示显微熔点测定仪测定。 1 ．3 ．3 破甲性能测试 破甲性能采用射孔弹静破甲试验测定。试验弹 型为D P 3 6 R D X 2 3 一l 弹壳。药型罩直台1 ．1 m m ，每 发装药量2 5 9 ，装药结构见图1 。破甲试验装置主要 由起爆系统、射孑L 弹、支撑管和4 5 圆钢靶构成，装 置结构如图2 所示。 l 一弹壳；2 一炸药；3 一药型罩 图1 射孔弹结构示意图 1 一钢靶；2 一支撑管；3 一射孔弹；4 一导爆索；5 一电雷管 图2 破甲试验装置示意图 2 结果和讨论 2 ．1 爆轰性能 分别以C L - 1 4 和H N S 为基混合炸药以及 S H 9 3l 的爆速测试结果见表1 。 表1 爆速测试结果 由表1 结果可以看出，C L 一1 4 为基混合炸药的 装药密度和爆速均大于H N S 为基混合炸药。穿孔 深度和孔径是衡量射孔弹性能的一项重要指标，而 主装炸药的自身性质是影响射孔弹穿深的关键因 素。主装炸药爆速和爆压的增加，可以增加射流速 度，提高射流梯度和射流长度，从而提高射流的侵 彻效果J 。在含能材料领域，已经通过实验证明用 一个氧化呋咱基团代替一个硝基，可以使化合物的 密度提高0 ．0 6 0 ．0 8 9 ／c m 3 ，爆速提高3 0 0 m ／s 左 右[ 9 】，而且能使化合物氢含量减少，氧平衡改善，爆 压增大。C I 1 4 分子中氨基与邻位硝基可形成分 子内氢键，与相邻分子硝基可形成分子间氢键，使得 分子结构更加紧密，密度增加。与H N S 相比，C I 一 1 4 具有更高的装药密度和爆速，有利于提高射孔弹 的穿孔性能。 2 。2 耐热性能 本实验采用真空安定性测试 V S T 考察单质炸 药和混合炸药的耐热性能。测试温度分别为 1 0 0 ℃、1 5 0 ℃和2 0 0 ℃。C L 一1 4 的v S T 测试结果为 0 ．1 6 m L ／5 9 ／1 0 0 ℃／4 8 h ，0 。4 5 m L ／5 9 ／1 5 0 。C ／4 8 h ，4 ．0 m L ／5 9 ／2 0 0 。C ／4 8 h 。C L 一1 4 为基混合炸药的V s T 测试结果为5 ．1 m L ／5 9 ／2 0 0 。C ／4 8 h 。根据安定性评 价标准，每克样品4 8h 的放气量应小于2m L ，C L 1 4 及其混合炸药的安定性符合标准。C L _ 1 4 和 H N S 的V S T 及熔点测试结果对比见表2 。 表2C L 1 4 与H N S 耐热性能对比 由表2 的结果可以看出，C L _ 1 4 在1 0 0 ℃至 2 0 0 0 C 范围内具有良好的热安定性，在2 0 0 0 C 时c 卜 1 4 放气量大于H N S ，显著优于R D X R D X 4 8 h 耐热 温度为1 2 5 0 C ，耐热性较差u 驯 。c L _ 1 4 分子中氨 基与硝基形成分子内、分子间氢键，可以缩短分子间 距，使堆积系数 K 值 升高，从而增加分子的晶格 能，使得C L - 1 4 具有良好的耐热性能。测试结果 表明，相同条件下单质C L - 1 4 的耐热性能与H N S 接近，c L - 1 4 为基混合炸药的放气量虽较大，但仍 符合耐热炸药性能评价标准，说明C L - 1 4 为基耐 热混合炸药可以在2 0 0 ℃左右稳定使用，这是C L _ 1 4 应用于高温射孔弹的前提。 2 ．3 破甲性能 以C L 一1 4 为基混合炸药的射孔弹静破甲试验 万方数据 2 0 1 2 年8 月D A D N B F 为基的混合炸药的性能和应用董岩等 表3c L _ 1 4 为基的混合炸药与H N S 为基的混合炸药、s H q 3 1 破甲性能对比 编号配方 压力／M P a 装药密度／ g c m 。3 钢靶孔径／姗钢靶穿深J m m l c L _ 1 4 艮I I 3 ．1 61 ．7 8 01 0 ．01 5 5 2 c L 一1 4 ％1 1 3 ．1 61 ．7 8 0 1 0 ．2 1 5 3 3 C L - 1 4 如I I 4 ．4 2 1 ．7 9 51 0 ．61 5 7 4 C L _ 1 4 民I I 4 ．4 21 ．7 9 31 1 ．01 5 6 5 C L 一1 4 k 1 1 5 ．01 ．8 0 9 1 2 ．0 1 6 6 6 C L 1 4 如l I 5 ．0 1 ．8 1 31 2 ．01 7 0 7 H N S F 2 川 4 ．4 2 1 ．6 0 79 ．21 2 0 8S H 母3 l4 ．4 2】．7 0 01 2 ．5】7 2 测试结果见表3 。由表3 结果可以看出，以C L _ 1 4 为基的混合炸药装药密度达到1 ．8 1 3g ／c m 3 ，比相同 配方的H N S 提高约0 ．2g ／c m 3 ；穿孔深度可达 1 7 0 m m ，比H N S 提高5 0 m m ，接近石油射孔弹常用的 S H 9 3 l 炸药。 研究表明，射孔弹装药密度和密度均匀性对射 孔效果有重要的影响。以c L 一1 4 为基的混合炸药 具有优良的射孔效果，这主要是由于造型粉的制备 采用了粗颗粒和细颗粒质量比为3 1 的颗粒级配， 使得c L 1 4 为基的混合炸药具有较高的装药密度 和良好的密度均匀性 造型粉效果见图3 。 图3C L - - 1 4 造型粉 由图3 可以看出，细粉状炸药较少，颗粒状炸药 较多，造粒效果明显，造型粉流动性较好，压制成型 效果良好，压制后的药面和锥底光滑、无裂痕 图 4 ，有利于提高药柱的密度及均匀性，可避免金属 射流的弯曲和倾斜，从而提高射孔弹的整体性能。 表3 数据显示，相同实验条件下，c L _ 1 4 为基 混合炸药的穿深和孔径接近，射孔入I I 规则，没有出 现钢靶爆炸面破碎现象，可以说明C L _ 1 4 样品具 有较好的装药密度均匀性和良好的破甲稳定性。破 甲实验效果见图5 ，上排从左至右为l 一4 号实验钢 靶，下排从左至右为5 8 号实验钢靶。 3 结论 1 以C L 1 4 为基的耐热混合炸药具有较高的 爆速和装药密度，在压药密度为1 ．8 1 3g ／c m 3 条件 下爆速为7 8 4 2m ／s ，爆轰性能优于H N S 。 m 啊 ’_ _ ’”一 匮曩圜舞 曩I _ - 。毋卜 图5 玻‘f 】效．聚 2 以c L _ 1 4 为基的耐热混合炸药在2 0 0c C 、 4 8 h 条件下放气量为1 ．0 2n d ．／g ，耐热性能与以H N S 为基的耐热混合炸药接近，显著优于R D X ，可在 2 0 0 。 2 条件下使用。 3 以C L _ 1 4 为基的耐热混合炸药的破甲穿深 比相同配方的H N S 高5 0 r a m ，接近射孔弹常用的 S H 9 3 l 炸药，射孔入口规则，稳定性较好。有望在 射孔弹领域获得一定的应用。 参考文献 [ 1 ]陈鲁英，张川，杨培进，等．以六硝基二苯砜为基的耐 热混合炸药的性能[ J ] ．火炸药学报，2 0 0 4 ，2 7 2 2 6 3 4 ． [ 2 ]霍欢，王伯周，周诚，等．7 ．氨基_ 6 ．硝基苯并二氧化嗯 二唑 呋咱 的合成、结构表征与性能研究[ J ] ．有机 化学，2 0 1 1 ，3 1 5 7 0 1 - 7 0 7 ． [ 3 ] 周红萍，董海山，郝莹．苯并氧化呋咱类化合物的研究 进展[ J ] ．含能材料，2 0 0 3 ，1 1 4 2 3 6 - 2 4 0 ． [ 4 ]胡志勇，王建龙．7 氨基．4 ，6 ．二硝基苯并氧化呋咱的 万方数据 8 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第4 1 卷第4 期 [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 合成新工艺[ J ] ．天津化工，2 0 0 8 ，2 2 2 2 8 - 2 9 ． 王伯周，霍欢，李吉祯，等．4 ，6 一二硝基．5 ，7 ．二氨基苯并 氧化呋咱 c 卜1 4 的合成与表征[ J ] ．有机化学， 2 0 1 l ，3 1 1 1 3 2 - 1 3 5 ． N o r r i sW ．P ．I n s e n s i t i v eH i g hD e n s i t yE x p l o s i v e U S ， 5 0 3 9 8 1 2 [ P ] ．1 9 9 1 - 0 8 - 1 3 ． 陆明，六硝基芪Ⅱ型的直接合成E J ] ．兵工学报，1 9 9 4 2 4 6 - 5 0 ． [ 8 ] 郭圣延，徐永胜．影响石油射孔弹穿孔深度的几个主 要因素[ J ] ．测井技术，2 0 0 5 ，2 9 增刊 5 2 - 5 4 ． [ 9 ] 苗艳玲，张同来，乔小晶，等．4 ，6 一二硝基苯并氧化呋 咱的制备、晶体结构及热分解机理[ J ] ．有机化学。 2 0 0 4 ，2 4 2 2 0 5 - 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d i a m i n o - 4 ，6 一d i n i t r o b e n z e n f u r o x a n ，e x p l o s i o np r o p e r t i e s ，h e a tr e s i s t a n c e ，p e n e t r a t i o np r o p e r t i e s 上接第4 页 p h a t ei nA q u e o u sS o l u t i o n s [ J ] ．T e t r a h e d r o nL e t t ．， 2 0 1 1 ，5 2 2 1 2 7 3 0 - 2 7 3 2 ． [ 5 ] M i nB ．S ．，P a r kY ．C ．AS t u d yo nt h eA l i p h a t i eE n e r g e t - i eP l a s t i e i z e r s C o n t a i n i n gN i t r a t eE s t e ra n dN i t r a m i n e [ J ] ．J ．h a d ．E n g ．C h e m ．，2 0 0 9 ，1 5 4 5 9 5 - 6 0 1 ． [ 6 ] G h o s hK ．，P a n tC ．S ．，S a n g h a v iR ．，e ta 1 ．S t u d i e so n t r i p l eb a s eg u np r o p e l l a n tb a s e do nt w oe n e r g e t i ca z i d o e a t e r s [ J ] ．J ．E n g ．M a t e r ．，2 0 0 8 ，2 7 1 4 0 - 5 0 ． [ 7 ]毕福强，姚君亮，王伯周，等．2 ，3 - 二羟甲基- 2 ，3 ．二硝 基．1 ，4 一丁二醇四硝酸酯的合成、晶体结构及性能研 [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0 ] [ 1 1 ] 究[ J ] ．有机化学，2 0 1 1 ，3 1 1 1 1 8 9 3 - 1 9 0 0 ． 高鸿宾．有机化学[ M ] ．第4 版．北京高等教育出版 社，2 0 0 5 ． 文瑞明，游沛清，俞善信．合成环己酮乙二醇缩酮的 催化剂研究进展[ J ] ．化工进展，2 0 0 7 ，2 6 1 1 1 5 8 7 1 5 9 5 ． C h a v e zD ．E ．，H i s k e yM ．A ．，N a u dD ．L ．，e ta 1 ． S y n t h e s i so f 鲫E n e r g e t i cN i t r a t eE s t e r [ J ] ．A n g e w ． C h e m ．，2 0 0 8 。1 2 0 4 3 8 4 3 1 - 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d i a z i d o - 2 ，3 b i a a z i d o m e t h y l - 2 ．3 - d l n i t r o - b u t a n ei s2 2 3 ．4 6 ℃． [ K E YW O R D S ] 1 ，4 - d i a z i d o - 2 ，3 - b i s - a z i d o m e t h y l - 2 ，3 - d i n i t r o b u t a n e ，s y n t h e s i s ，c h a r a c t e r i z a t i o n ，e n e r g yp l a s t i c i z e r 万方数据