含金属粉点火药的吸湿性研究.pdf

2 0 0 7 年4 月含金属粉点火药的吸湿性研究朱艳辉等 含金属粉点火药的吸湿性研究 朱艳辉高俊国张倩张芳 军械工程学院弹药工程系 河北石家庄，0 5 0 0 0 3 [ 摘要] 为了研究含金属点火药的化学安定性，对一含镁、铝等金属点火药进行了吸湿性实验。实验说明镁、铝 虽然为使用最为广泛、性能极好的可燃剂，但对于空气中的氧气和水分反应性太强。通过进一步对金属粉粒度和钝 化情况对其吸湿性的影响进行分析，得知不同粒度的金属粉其吸湿性略有不同，但钝化与否则差别很明显，基于 此，提出了降低点火药吸湿性和提高长贮性能的措施。 [ 关键词] 点火药化学安定性吸湿性 [ 分类号] T Q 5 6 0 ．7 1 1 引言2 ．2试验装置 点火药的化学安定性是研究药剂各组分之间相电热真空干燥箱温度波动度士1 ℃； 互作用所引起的物理、化学变化过程及规律。化学安干燥器直径3 0 0m m ； 定性的优劣直接影响制品的长贮安定性。影响点火外磨口称量瓶直径5 0m m ，高3 5m m ； 药化学安定性的因素主要有两点，即药剂各组分的电光分析天平最大载荷2 0 0g ，分度值o ．1 物理、化学性质和药剂、制品的生产和贮存环境，尤m g 。 其是温湿度的影响[ 1 ’2 ] ，对于含金属点火药，环境湿 2 ．3 试验条件 度的影响更明显。吸湿性实验可以为研究含金属点每次称量时实验室温度控制在2 5 ℃士5 ℃，相 火药的化学安定性提供可靠的数据，对判定其化学对湿度6 0 ％。 安定性起到很大作用[ 3 “] 。2 ．4 试验步骤 2 吸湿性实验 1 被测试药剂均称取3g 试样，分别移入已知 2 ．1 试验原理质量的称量瓶内，每个瓶内放2 个；将称量瓶置于安 按照G J B 7 3 7 ．4 9 3 火工品药剂试验方法中吸全烘箱内，在5 5 ℃1 ℃下烘2h ；取出称量瓶，盖上 湿性测定方法，在恒温常压条件下，将干试样放在盛瓶盖，置于盛有变色硅胶的干燥器内，冷却3 0m i n 有硝酸钾饱和溶液的干燥器内，经过一定时间吸湿后称其质量，并计算试样的质量。每种药剂分别作两 达到平衡，测量试样吸收水分的质量，计算出试样的个试样，结果取平均值。 吸湿增量百分数。对以镁一铝合金为主要可燃剂的点 2 按照硝酸钾与蒸馏水质量之比为8 0 1 0 0 火药，通过采用不同粒度和钝化处理的金属粉，在相配制硝酸钾饱和溶液5 0 0g ，并移入干燥器内。在干 同条件下同时进行吸湿性数据测定实验，结合已经燥器的瓷板上和干燥器盖内表面各放一张带孔的滤 广泛使用的非金属高能点火药硼一硝酸钾点火药作纸。然后将该干燥器放入烘箱中，在3 0 ℃土l ℃下放 为对比展开以下试验。 置8h 。 AS t u d yo nt h eC o m b u s t i o no fB b a s e dH i g h e n e r g yI g n i t i o n C o m p o s i t i o nT r a n s f o r m e dt ot h eD e t o n a t i o no fP E T N R o n gG u a n g f u ，S h e nJ i a n ’g e n ，Y u a nD o n g q i n Z h e J i a n gZ h e n K a iC h e m i c a lE n g i n e e r i n gC O ．，L T D Z h e j i a n gS h e n g z h o u ，3 1 2 4 0 9 H u a n gY i n s h e n g ，C u iC h e n c h e n N a n j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 9 4 [ A B s T R A C T ]I nt h i sp a p e r ，t h ee f f e c to fl 卜b a s e dh i g h - e n e r g yi g n i t i o nc o m p o s i t i o nt r a n s f o r m a t i o no fc o m b u s t i o nt oe x p l o s i o no fP E T Nw a ss t u d i e d ．I ts h o w e dt h a tu n d e rt h ec o n d i t i o no ft h i c kc o n f i n e dc o p p e rp i p e ，t h eh i g h e n e r g yI g n i t i o nC o m p o s i t i o nB K F lc o u l dd e t o n a t et h eh i g he x p l o s i v eP E T N ，w h i c hw a su n d e rt h ep r e s s u r el e s s t h a n1 3 ．8M P a ．T h ee f f e c to ft h em o d i f i e dh i g h 吨n e r g yi g n i t i o nc o m p o s i t i o nB K F 2w a sa l s ot e s t e d ．A sar e s u l t ，t h e p r o b a b i l i t yo ft r a n s f o r m a t i o nf r o mc o m b u s t i o nt od e t o n a t i o nc a u s e db yB K F 2w a sh i g h e rt h a nB K F l ． [ K E Yw O R D S ]d e n a g r a t i o nt od e t o n a t i o nt r a n s i t i o n D D T ，i g n i t i o nc o m p o s i t i o n ，P E T N 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3 6 卷第2 期 3 将装有药剂的称量瓶和两个已知质量的空 称量瓶，置于盛有硝酸钾的饱和溶液的干燥器中，取 下称量瓶盖子，将称量瓶和称量瓶盖子同时放入干 燥器内，盖好干燥器盖，在3 0 ℃士1 ℃下吸湿，记录 时间和温度。 4 每隔一定时间，打开烘箱，取出称量瓶，盖 好称量瓶盖，并移人装有变色硅胶的干燥器内，放置 3 0m i n 后称重。 5 药剂吸湿1 0d 后终止实验。 3实验结果与讨论 3 ．1 数据处理 所得数据经初步整理后列于表1 中。 表1点火药吸湿性测定 g 干燥时间／h1234 按照下式计算试样的吸湿量百分数 Ⅳ产燮1 0 0 ％ m 式中Ⅳt 试样吸湿增量百分数，％； 优r 第i 次称量时试样和称量瓶的质量， g ； m 。恒温放置前试样和称量瓶的质量，g ； 优试样的质量，g 。 每份试样平行测定两个结果，取其平均值，所得 吸湿结果如表2 所示。 为了研究药剂的化学安定性，取出3 、4 号试样， 放在4 5 ℃1 ℃烘箱内烘至恒量。药剂的剩余增量 按下式计算 剩余增量 ％ 罕1 0 0 式中m 经吸湿后烘干至恒量总质量，g ； 优z 吸湿前试样及称量瓶的质量，g 。 所得数据记录如表3 所示。 表3 干燥后数据处理 以吸湿增量为纵坐标，以实验时间为横坐标，对 两种点火药作吸湿曲线图，如图1 和图2 所示。 o 2 1 蚓 舞 倒 餐 靛 器 濯 罹 糯 厂、 o o 1 2 娶。 饕e 蒌s g 联 糯 吸湿时间／d干燥时间／h 图1 含金属点火药吸湿曲线图 吸湿时间／d 干燥时问／h 图2 K N O s 点火药吸湿曲线图 3 ．2 吸湿引起的点火药化学性质变化 点火药受潮吸湿后会发生一系列的化学性质变 化，而点火药剂的安定性在很大程度上取决于药剂 的吸湿性。从表2 中可以看出，含有金属镁、铝的点 火药2 4 0h 吸湿值虽然随着金属颗粒的粒度大小和 钝化情况有所变化，但是其吸湿率还是比较大，且3 号样品在吸湿干燥后严重结块、不能点燃。相比较而 言，非金属点火药4 号样品在吸湿干燥后没有发生 结块，能够顺利点燃。结合图1 和图2 比较，3 号样 品吸湿干燥后剩余增量较大的现象说明，含有金属 镁、铝的点火药在吸湿受潮后发生了一系列的化学 反应‘引 2 A l 6 H 2 0 2 A 1 O H 3 3 H 2 十 表2试样组分及测试 4 6 5 2 3 3 5 O 2 1 6 0 9 9 1 3 6 8 O O O O O O O 1 1 1 0 O O O O 0 0 3 2 6 4 O 1 3 O 5 O 1 O O O 7 3 9 6 1 3 3 0 1 1 2 3 3 3 O O O O O O O 9 8 6 3 1 5 6 8 8 8 5 6 2 2 6 2 7 1 3 5 5 O 1 1 2 2 2 2 O O O O O O O 1 7 4 1 6 7 9 6 8 3 2 O O O 3 5 8 O 3 3 3 O O O 1 1 1 1 O O 0 O O O O 孔蛆他％m m m 万方数据 2 0 0 7 年4 月含金属粉点火药的吸湿性研究朱艳辉等 3 K N 0 3 8 A l 1 2 H 2 0 3 K A l 0 2 十5 A l O H 3 3 N H 3 十 反应释放出热量和氨气。由于氢氧化铝能溶于 碱液，反应中生成的碱性介质加速了反应的进行，如 果在密闭条件下就可能发生自发点火。 镁也是一种非常活泼的金属，在潮湿的空气中， 极易被氧化成氢氧化镁。镁与水的反应式如下 M g 2 H 2 0 M g O H 2 H 2 十 同时由于实验时间较长，镁粉和铝粉十分容易 被空气中的氧所氧化 2 M g 0 2 2 M g O4 A l 3 0 2 2 A 1 2 0 3 这些化学反应的发生，不但增大了药剂在吸湿 实验中的吸湿率，而且使得药剂在于燥时剩余增加 量有很大提高。 3 ．3 防潮措施 为防止点火药吸湿而引起化学变化，除采用包 装上的防潮密封措施外，尚可对药剂或其原材料进 行防潮处理。 从表2 中可以看出，当采用粒度较大或钝化的 金属颗粒，吸湿率会有明显下降，在吸湿干燥后结块 现象减少，点火情况也得到了改善。这说明只要对药 剂采取必要的防潮措施，是可以改善药剂的化学安 定性的。为此，可采取下列措施[ 6 ’7 ] 。 1 将憎水性物质如有机碳氢化合物 石蜡、硬 脂酸等 、天然树脂以及一些高分子化合物，通过适 当工艺加到干燥过的药剂中或其组分中，使吸湿的 物质表面包覆一层防潮膜。 2 将一种吸湿性物质的单个或多个分子包藏 子另一种不吸湿物质分子的孔穴或晶格中，使得吸 湿物质不再吸湿。 3 在药剂内掺入研磨很细的且有很强覆盖能 力的憎水物质，使药剂微粒上敷上一层粉末物质，形 成不被水所润湿的毛细管。 4 结论 通过吸湿性实验可以看出，含金属点火药的化 学安定性较差，其根本原因是药剂的易吸湿性。为了 提高含金属点火药的化学安定性，必须对药剂进行 防潮处理。实验证明，只要采取的防潮措施得当，含 金属点火药的化学安定性可以得到明显的改善。 参考文献 1 龚继海，索卫东．某电点火头长贮失效研究口] ．火工品， 2 0 0 3 ， 1 ，2 2 ～2 5 2 王志新，李国新，劳允亮，等．硅系延期药贮存与硅粉表 面稳定性研究[ J ] ．含能材料，2 0 0 5 ，1 3 3 1 5 8 ～1 6 1 3 唐金友，张从金，樊琨，等．某新型燃烧剂的性能研究 [ J ] ．火工品，2 0 0 4 ， 4 1 9 ～2 2 4 舒浪平，叶迎华，沈瑞琪，等．激光点火药剂在长贮时的 性能变化研究[ J ] ．火工品，2 0 0 5 ， 4 3 0 ～3 2 5M o d d e m a nWE ．R o l eo fs u r f a c ec h e m i s t r yi nt h eI g n i t i o no fP y r o t e c h n i cM a t e r i a l s [ A ] ．7 t hI n t e r n a t i o n a lP y r o t e c h n i c ss e m i n a r [ C ] ．1 9 8 1 6 潘功配，杨硕．烟火学[ M ] ．北京北京理工大学出版社， 1 9 9 7 ．1 6 I ～1 6 4 7 卢斌，胡继国．D P 一1 点火药柱的包覆技术口] ．火工品， 1 9 9 7 ， 4 2 4 ～2 6 T h eS t u d yo nH y g r o s c o p i c i t yo fI g n i t i o nC o m p o s i t i o nI n c l u d i n gM e t a l s Z h uY a n h u i ，G a oJ u n g u o ，Z h a n gQ i a n ，Z h a n gF a n g D e p a r t m e n to fA m m u n i t i o nE n g i n e e r i n g ，0 r d n a n c eE n g i n e e r i n gC 0 1 l e g e H e b e iS h i j i a z h u a n g ，0 5 0 0 0 3 [ A B s T R A c T ]I no r d e rt or e s e a r c ht h ec h e m i c a ls t a b i l i t yo fi g n i t i o nc o m p o s i t i o ni n c l u d i n gm e t a lp o w d e r y ，t h e h y g r o s c o p i c i t ye x p e r i m e n t sh a v eb e e nc a r r i e do u tf o rt h ei g n i t i o nc o m p o s i t i o ni n c l u d i n gs o m em e t a l s ，s u c ha sm a g n e s i u m ，a l u m i n i u m ，e t c ．T h ee x p e r i m e n t ss u g g e s tt h a tt h o u g hm a g n e s i u ma n da l u m i n i u mw i t he x t r e m e l yg o o d c o m b u s t i b l ea r eu s e de x t e n s i v e l y ，t h e ycanr e a c tw i t ho x y g e na n dm o i s t u r e ．T h r o u g hf u r t h e ra n a l y s i so nt h es i z eo f m e t a lp o w d e ra n dp a s s i v a t i o no ft h em e t a l sw h i c hp o s s i b l yi n n u e n c et h eh y g r o s c o p i c i t yo ft h ei g n i t i o nc o m p o s i t i o n ， i ti sl e a r n tt h a tt h eh y g r o s c o p i c i t yo fm e t a lp o w d e ro fd i f f e r e n ts i z e si ss l i g h t l yd i f f e r e n t ，b u tt h ed i f f e r e n c ei sv e r y o b v i o u si nt h ep a s s i v a t i o n ．B a s e do nt h i s ，t h em e a s u r e sf o rr e d u c i n gh y g r o s c o p i c i t ya n di m p r o v i n gt h el o n gs t o r a g e h a v eb e e np u tf o r w a r d ． [ K E Yw 0 R D s ]i g n i t i o nc o m p o s i t i o n ，c h e m i c a ls t a b i l i t y ，h y g r o s c o p i c i t y 万方数据