炸药安定性试验方法的进展.pdf

爆破器材E x p I o s i v eM a t e r i a l s第3 6 卷第4 期 炸药安定性试验方法的进展 高贫刘大斌 国家民用爆破器材质量监督检验中o 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要] 炸药安定性的研究对炸药的制造、贮存和使用都具有十分重要的意义，长期以来一直是人们关注的焦 点。该文简要概述了安定性的研究方法、评价方法以及近年来炸药安定性方面的研究进展和趋势。 [ 关键词] 炸药安定性研究方法 评价 [ 分类号]T D 2 3 5 ．2 1T Q 5 6 4 1 引言 炸药及其制品从生产至使用往往要经过一段运 输和贮存的时间，特别是军用炸药有较长的贮存期 一般为1 5 ～2 0 年 。虽然炸药一般较稳定，但在正 常保管条件下，也会发生一定程度的化学变化或物 理变化。显然，安定性不好的炸药经过长期贮存，不 仅爆炸性可能会改变，从而影响正常使用，而且还可 能发生燃烧和爆炸事故。因此，研究炸药的安定性， 对于炸药的制造、贮存和使用都具有十分重要的意 义“3 。本文简要概述了炸药安定性的研究方法和近 年来的进展。 2 研究方法与现状 目前研究炸药安定性的方法主要有以下几种 1 量气法量气法就是利用测压仪器测量炸药 分解反应产生的气体产物，以得到一定温度和一定 时问内放出的气体产物的量或压力随时间变化的情 况。量气法主要有真空安定性试验0 3 和布氏计试 验u o 两种。 2 失重法炸药热分解时形成气体产物，本身 质量会相应减少，失重法通过测量炸药试样失重的 多少从而了解炸药热分解的情况。失重法主要包括 1 0 0 ℃加热法“、7 5 ℃加热法‘”和热重分析 T G ‘“。 3 测热法测热法的基本原理是测定炸药在分 解过程中的热效应，即在程序控温条件下测量试样 的物理化学性质与温度的函数关系。测热法主要有 差热分析 D T A [ s 、差示扫描量热仪法 D s c 口j ．微 热量热仪法[ 6 0 和加速量热仪法 A R c 口] 。 研究炸药热安定性的各种试验方法均有一定的 适用范围，例如，某些炸药分解过程中分子键断裂形 成分子碎片，不产生气体或产生极少的气体，试样失 重也很少，用量气法或失重法就不能准确测量炸药 的安定性，测热法则可以有效地弥补这方面的不足。 过去人们研究炸药的安定性常采用D T A 或D s c ， 例如，殷雅侠等人[ 8 3 采用差热分析、5s 延滞期爆发 点和热减量实验，综合比较了无壳弹发射药和几种 参比火药 9 ／7 ，双铅一2 ，双芳一3 ，混合酯 的安定 性，得到了评价无壳弹发射药安定性的定性定量结 果。马志钢等人o ] 用差示扫描量热仪 D s c 测试了 不同升温速率下二级和三级煤矿许用乳化炸药放热 分解反应的起始温度和峰顶温度。用K i s s i n g e r 法 计算了该反应的动力学参数，得到了1 2 0 日c 、1 5 0 ℃ 和2 5 0 ℃时的反应速率常数。结果发现，随着配方中 消焰剂 K C l 和N a C l 含量的增加，乳化炸药的安定 性增加。刘建辉等人“”采用差热分析法 D T A 研究 了黑索今 R D X 中加入高氯酸铵 A P 后形成的 R D x A P 混合体系的热分解特性，计算了该体系的 热分解动力学参数，结果表明，R D x 中加入A P 后 体系的分解活化能增大，安定性提高。但由于D T A 或D s c 都是采用程序升温的方式加热样品，随着加 热速率的增大，整个峰 包括起始温度和峰值 都向 较高的温度偏移，因而这两种方法对物质热分解起 始温度的判定带有一定的随意性。目前使用越来越 广泛的加速量热仪法 A R c 则克服了上述不足。 A R c 能够将试样维持在绝热条件下，测得反应过程 的温度变化及升温速率，为研究化学动力学参数及 速率方程提供基础数据。由于试样处于绝热状态，它 不受加热速率的影响，只与化学反应本身的特征有 关。因此，用A R C 进行动力学研究，从原理上比 D T A 和D s C 更能反映试样的真实情况。 A R c 的测试运行主要有加热一等待一搜寻 H w s 和等温 I s 0 两种模式。在H w s 运行 模式下 图1 口] ，样品首先被加热到一个预定的起 始温度后，等待一段时间，使试样和绝热炉体问达到 一个热平衡。然后进入搜寻模式，如果没有探测到放 热，仪器以设定的幅度升温，开始另一轮的“加热一等 待一搜寻”，直到温升速率高于初始设置的测试灵敏 度 通常为O ．0 2 ℃／m i n ，然后仪器自动进入“放 热”方式，保持绝热状态直至反应结束，同时记录反 万方数据 2 0 0 7 年8 月炸药安定性试验方法的进展高贫等 应过程的温度和压力变化。而一次典型的A R C 运 行就能够得到如下数据时间一温度一压力、温升速 率一时间、温升速率一温度、压力～温度、升压速率一温度 和温升速率一升压速率曲线等。 图1A R C 的H w S 运行模式 A R c 能比较真实地模拟火炸药贮存的真实条 件，其灵敏度高，能检测微弱的放热反应，精确地测 得反应的初始温度。目前已有许多有关用A R C 研 究炸药安定性的报道o ””] 。例如，王志新等人[ 1 6 3 用 A R c 研究了由H M x 、苦味酸钾、增塑剂、粘结剂组 成的新型P B x H K F 炸药的热安定性，得到了塑性 炸药样品在绝热条件下的热分解温度和压力随时问 的变化曲线，以及自热速率、分解气体产物压力随温 度的变化曲线，给出了表观活化能＆和指前因子 A ，结果表明所测试的P B x H K F 具有良好的热安 定性。朱华桥等人[ 1 ”用A R c 对膨化铵油炸药和膨 化铵梯油炸药进行了绝热安定性测试，根据速率常 数计算了两种硝铵炸药的如和一，发现膨化铵油 炸药中加人T N T 后放热量大大增加，爆炸能量和 威力也显著增强，但诱导时间大大缩短，安定性下 降。 除了有一定的适用范围外，用不同测试方法给 出的炸药热安定性的排序结果也不尽一致，因此用 不同方法的测试结果综合评价一种炸药的热安定性 比较困难，人们一直在寻求比较合理可靠的方法来 评价炸药的安定性。表l 列出了几种炸药的热分解 数据口“”] 。各种炸药安定性好坏按布氏法试验结果 排序为T N T H M x J O 一9 1 4 4 7 5 0 7 R D x J B 一9 0 1 4 J O 一9 1 5 9 T e t r y l P E T N ；同样为量气法 的真空安定性试验结果排序为T N T R D x J O 一 9 1 4 4 7 5 0 7 T e t r y l J B 一9 0 1 4 H M X J O9 1 5 9 P E T N ，两者测量原理相同，但试验结果却不尽相 同。又如同样为热分析法测定炸药的安定性，其结果 也不一致。贾祥瑞等人o “2 “利用单一非等温D s c 曲 线的热分解动力学参数计算热爆炸延滞期，并提出 由热爆炸延滞期判别炸药热安定性和相容性的新方 法。通过D s C 曲线计算得到一系列单质炸药的热爆 炸延滞期，由此得到了它们的安定性次序和结果与 5s 爆发点得到的一致。这表明只要动力学参数值合 理，用D s c 法求得的热爆炸延滞期来评价炸药的热 安定性是可行的。胡庆贤o ”利用不同热分解测试方 法的试验结果将炸药进行模糊聚类分析，在一定的 置信度水平上，将不同炸药归类。归为一类的置信度 水平越高，炸药的热安定性越相似。通过各项参数的 比较，可以判断哪些炸药热安定性更优，这样可更好 地综合评价炸药的热安定性。樊瑞君等人[ 2 ”分析比 较了含能材料热安定性和热安全性的3 类评价方法 在操作过程及试验结果上的局限性，提出了一种将 基本安定性试验评价法与自加速分解温度 s A D T 评价法相结合来评价含能材料热安定性的新方法。 王云等人0 4 3 采用应力波传播理论和能量原理，通过 研究半穿甲战斗部碰靶时产生的应力波的传播、反 射和透射，以及装药对冲击载荷的化学响应，建立了 装药安定性计算模型。 3 结束语 尽管目前研究和评价炸药安定性的方法很多， 但由于试验原理、试验方法和试验条件不同，适用范 袁1 几种炸药的熟分解数据 万方数据 1 2 爆破器材E 1 p l o s i v eM a t e r i a l s第3 6 卷第4 期 围也各有一定的局限性，单独使用一种方法来对所 有的炸药进行安定性评价很困难，需要将多种方法 有机结合起来才能有效地判定。由于加速量热仪可 使用较大的样品量，测量结果可靠且能同时提供温 度和压力数据，因此，A R c 法正成为安定性研究中 应用最广泛的测试方法之一。 参考文献 [ 1 ] 惠君明，陈天云．炸药爆炸理论[ M ] ．南京江苏科学 技术出版社，1 9 9 4 ．4 2 ． [ 2 ] 于荫林，吴承云，殷风学．G J B 7 7 2 A 一9 7 炸药试验方法． 方法5 0 1 [ s ] ．北京国防科工委军标出版社，1 9 9 7 ．1 5 0 ～1 5 8 ． [ 3 ] 于荫林，吴承云，宋秀兰．G J B 7 7 2 A _ 9 7 炸药试验方法． 方法5 0 2 ．3 [ s ] ．北京国防科工委军标出版社，1 9 9 7 ． 1 6 8 ～1 7 0 ． [ 4 ] 于荫林，吴承云，宋秀兰．G J B 7 7 2 A - 9 7 炸药试验方法． 方法5 0 3 ．1 [ s ] ．北京；国防科工委军标出版杜，1 9 9 7 ． 1 7 6 ～1 7 7 ． [ 5 ] 胡荣祖，孙丽霞，吴善祥．G J B 7 7 2 A 一9 7 炸药试验方法． 方法5 ∞．1 [ S ] ．北京；国防科工委军标出版社，1 9 9 7 ． 1 5 9 ～1 6 2 ． [ 6 ] 胡荣祖，康球，粱燕军，姚朴．G J B 7 7 2 A 0 7 炸药试验方 法．方法5 0 2 ．2 [ s ] ．北京国防科工委军标出版社， 1 9 9 7 ．1 6 3 ～1 6 7 ． [ 7 ]T o w n s e n dDI ，T o uJc ．T h e t m a 王H a z a r dE v a l u a t i o n b yA c c e l e r a t i “g R a t eC a l o r i m e t e r ． T h e r m o c h i m i c a A c t a ．1 9 8 0 ， 3 7 1 ～3 0 ． [ 8 ] 殷雅侠，徐赛龙，肖忠良，张续柱．无壳弹发射药安 定性的研究口] ．火炸药学报，2 0 0 0 ， 3 。6 4 ～6 6 ． [ 9 ] 马志钢，王瑾．乳化炸药的热分解特性[ J ] ．古能材 料，2 0 0 4 ，1 2 5 ；2 9 4 ～2 9 6 ． [ 1 0 ] 刘建辉，冯朝阳，刘佶儒，等．R D x A P 体系热分解研 究厦相容性初探口] ．火工品，2 0 0 4 ， z 8 ～1 1 ． [ 1 1 ] 万兴中t 欧育湘，冯长根，等．舍能材料在绝热条件下 的热安定性陬] ，弹药材料相容性、长贮性、安定性学 术研讨会．海口1 9 9 5 ． [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 胡 [ 1 5 ] [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 9 ] [ 2 0 ] [ 2 1 ] [ 2 2 ] [ 2 3 ] [ 2 4 ] X uS h o u b i n tW a nX i “9 2 h o “g ，F e “gC h a n g g e n ，e ta l _ D e t e r m i n i “gt h eT h e r m a lS t a b i l l t yo fS t a r c hb yA R C a n dD s c [ A ] ．P r o c e e d i “go ft h eI n t e r n a t i o n a lA u t u m nS e m i n a ro nP r o p e U a n t B ，E x p l o s h e sa r mP y r o t e c h n i c s ．B e i j i “gI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y ，1 9 9 6 ． W a nX i J l z h 。“g ，O uY u 耐a “g ，C h e n B o r e n ，F e “g C h a “g 旷n ．D e t e r m i n a t i o no fC L 一2 0a n dH M XU 5 i “g A c c e l e r a t i “gR a t ec a l o r i m e t e r A R c [ A ] ．P r o c e e d i “g so ft h eT h i r dB e i j i n gI n t e r n a t i o n a lS y m p o s j u mo n P y r o t e c h n i c sa n dE 。p l o s i v e s ，B e i j i “gI n s t i t u t eo f T e c h n o l o g y ，1 9 9 5 ． 王耘．含能材料热安全性的绝热评价方法研究[ D ] ． 北京北京理工大学，1 9 9 8 ． 傅智敏．绝热加速量热法在反应性物质热稳定性评价 中的应用[ D ] ．北京北京理工大学，2 ∞2 ． 王志新，李国新，劳允亮，李浩．用加速量热仪研究 P B X H K F 的热稳定性[ J ] ．含能材科，2 0 0 5 ，1 3 2 1 1 3 ～1 1 4 ． 朱华桥，钱新明，傅智敏．两种硝铵炸药的绝热分解 研究[ J ] ．含能材料，2 0 0 3 ，1 1 1 4 6 ～4 9 ． 董海山，周芬芬．高能炸药及相关物手册[ M ] ．北京 科学出版社，1 9 8 9 ．2 3 ～5 8 ． 楚士晋．炸药热分析[ M ] ．北京t 科学出版社，1 9 9 4 ． 1 4 3 ～2 4 2 ． 贾祥瑞，杜霞，李冬香．炸药热安定性的快速评定方 拄口] ．军械工程学院学报．1 9 9 4 ，6 2 1 2 4 ～1 2 8 ． 贾祥瑞，王廷增，徐更光，等．评价炸药热安定性和相 容性的一种新方法口] ．兵工学报，1 9 9 5 ， 3 8 5 ～ 8 8 ． 胡庆贤．炸药热安定性的讨论口] ．四川兵工学报， z 0 0 0 ，2 1 4 2 2 ～2 5 ． 樊瑞君王煊军．刘代志．含能材科热安定性及热安 全性评价方法进展[ J ] ．化学推进剂与高分子材料， 2 0 0 4 ，2 2 2 2 ～2 4 ． 王云，唐平，卢永刚．半穿甲战斗部碰靶的炸药安定 性计算模型[ J ] ．弹道学报，2 0 0 2 ，1 4 3 8 5 ～8 9 ． R e c e n tP r o g r e s so nt h eS t u d yo ft h eS t a b m t yo fE x p l o s i v e G a oP i n ，L i un a b i n C h i l l aN a t i o n a lQ u a l i t yS u p e r v i s i o nT e s t i n gC e n t e rf 。rI n d u s t r i a l E x p l o s i v eM a t e r i a l J i a “g s uN a n j i “g ，2 1 0 0 9 4 [ A B S T R A c T ]s t u d yo ft h es t a b i l i ‘yo fe l p l o s j v ei 8i m p o r t a n ta n dm e a n i f u lf o rm a Ⅱu f a c t u r e ，s t o r 8 9 ea n du s eo f e x p l o s i v e s ．hh a sb e e nt h ef o c u sf o rc e Ⅱt u r yf o rs a f e t yr e a s o n ．I nt h i 5p 8 P e r ，t h er e s e a r c hm e t h o d ，i n v e s t m e n t m e t h o d ，d e v e l o p m e n tt r e n d sa n dr e c e n tp r o g r e s so nt h es t u d yo fs t ab i l i t yh a v eb e e nr e v i e w e db r i e f I n [ K E Yw O R D s ]e x p I o s i v e ，s t a b i l I t y ，r e s e a r c hm e t h o d ．e v 8 1 u a t e 万方数据