炸药低速撞击试验的分析与讨论.pdf

2 0 1 0 年l O 月 炸药低速撞击试验的分析与讨论花成等 炸药低速撞击试验的分析与讨论’ 花成①张盛国⑦文 雯①洪少炜。 江 剑④ D 中国工程物理研究院化工材料研究所 四川绵阳，6 2 1 9 0 0 ◎第二炮兵驻中国工程物理研究院代表室 四川绵阳，6 2 1 9 0 0 ③北京理工大学爆炸与安全国家重点实验室 北京，1 0 0 0 8 1 多南京理工大学机械工程学院仪器科学系 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要] 研究了标准型撞击装置、1 2 型撞击装置测试的多种炸药撞击感度数据。通过与低速条件下小药片撞 击感度和苏珊大型模拟感度等试验结果的比较，研究、分析了各种典型撞击条件下的炸药撞击试验测试结果及测 试数据的合理性，并从撞击装置、测试状态等方面讨论了影响炸药在低速撞击条件下感度测试结果的因素。 [ 关键词] 撞击速度撞击感度苏珊试验 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1T J 5 1 0 ．6 引言 国内现普遍使用卡斯特落锤仪，利用标准型撞 击装置或1 2 型撞击装置测试炸药的机械感度，主要 用于评价3 5 ～5 Qm g 级粉状炸药的撞击感度爆炸百 分率和特性落高【l ’2 1 。长期的测试研究过程中，在单 质炸药合成、炸药生产工艺稳定性的监测和混合炸 药机械感度的相对比研究方面取得较好的应用效 果。落锤撞击感度试验分为粉状炸药试验和药片感 度试验，而药片感度试验又分为小药片和大药片感 度试验两种。落锤撞击感度试验的发展经历了下列 三个阶段一定落锤质量、落锤高度条件下炸药的爆 炸概率测试；特性落高磊‰值、相应于爆炸概率5 0 ％ 的落高测试；在爆炸时，炸药层内形成的临界压力 p 。 和临界厚度 。 【3 】。目前普遍使用的机械感 度测试样品主要为粉状炸药，但炸药是在高密度压 制状态下或固化状态下使用的，测试试样状态与炸 药的使用状态有较大差异，因而导致许多熔铸炸药、 热固炸药试样为粉状和固化状态时撞击感度相差较 大H J 。对于普通的粉状炸药撞击感度试验和小药 片落锤试验，由于药量比较小，对大多数感度较低的 炸药装药来说，仍难以通过试验判断是否只发生了 分解、燃烧，而不能发生爆炸，但药片的制备工艺较 接近装药实际情况，从某种程度上说更有实际意义。 通过与低速苏珊试验等大型模拟试验结果的比较， 小药片撞击感度试验数据与苏珊试验等大型模拟感 度试验结果吻合较好且趋势一致H 】，说明还需测试 与使用状态一致药片的撞击感度，加强小型感度试 验数据与大型感度试验数据关联性，深人研究炸药 在撞击作用下的安全性和影响规律。药量太小的问 题导致研究者将试验中发生分解、燃烧及爆炸这三 种现象均作为“爆炸危险”对待，而不能有效识别被 评价炸药或炸药装药被撞击激发分解或燃烧后不转 变为爆炸或爆轰的安全性。大药片落锤撞击感度试 验主要模拟炸药落地撞击和受到其它物体的低速撞 击时的安全性能[ 5 剖，为研究炸药的安全性能提供接 近实际的基础性研究数据。苏珊感度用于评价装药 在弹丸中炸药装药与靶面撞击时的安全性和发生化 学反应的剧烈程度。本文研究、分析了各种典型撞 击条件下炸药的低速撞击安全性测试结果及测试数 据的合理性。 1 标准型撞击装置感度研究 国内目前普遍采用G J B 7 7 2 A - - 1 9 9 7 中方法 6 0 1 ．1 、6 0 1 ．2 规定H J ，使用由击柱、击套组成的标准 型撞击装置，测试研究单质炸药在l O k g - 2 5 c m - 5 0 m g 撞击条件下的爆炸百分率及落槌质量5k g 、药量5 0 m g 或3 5m g 撞击条件下爆炸概率为5 0 ％时的特性 落高比值，测试用试样为粉状炸药，一些典型单质 炸药撞击感度试验结果如表1 所示。 收稿日期2 0 1 0 - 0 6 - 0 4 基金项目国家自然科学基金 1 0 9 7 2 2 0 5 ／A 0 2 0 6 0 1 ；中国工程物理研究院学科发展基金 2 0 0 8 ／3 0 3 0 2 0 2 8 。 作者简介花成 1 9 6 7 一 ，男，硕士。副研究员，主要从事含能材料安全性能测试、研究工作。 万方数据 2 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 9 卷第5 期 表1标准型撞击装置单质炸药撞击感度试验表2 几种炸药特性落高测试 从表1 可以看出，使用标准型撞击装置在1 0 k g - 2 5 c m - 5 0 m g 撞击条件下，测试的单质炸药撞击感度 爆炸百分率与在5 k g - 3 5 n a g 条件下测试的特性落高 值顺序基本一致。P E T N 、C L - 2 0 、H M X 、R D X 对撞击 作用较为敏感，T e t e y l 的撞击感度表现为中等敏感， 1 T 盯表现得较为低感，T A T B 、D A T B 表现为钝感，这 些炸药构成了撞击感度由敏感、中等感度、低感到钝 感的感度顺序与感度台阶。因而可以在以往工作的 基础上使用上述方法对新合成的单质炸药的机械撞 击感度进行测试，以研究与初步评价其机械撞击感 度，并对合成、结晶生产工艺进行监测。 标准型撞击装置对敏感、中等感度、低感单质炸 药机械撞击感度测试取得了较好的效果。但是由于 撞击刺激能量低，对苦味酸铵、T A T B 、D A T B 等钝感 炸药由于无法达到引爆炸药所需的能量，撞击感度 爆炸百分率测试结果均为0 ，特性落高皿。值进一步 无法区分，须使用1 2 型撞击装置进行测试研究。 使用标准型撞击装置测试的混合炸药在1 0 k g - 2 5 c m - 5 0 m g 撞击条件下的爆炸百分率和在5 k g - 3 5 m g 撞击条件下的特性落高见表2 ，所用试样为粉状炸 药。 表2 为使用标准型撞击装置测试水悬浮法制备 炸药的撞击感度结果。从表2 可以看出，使用标准 型撞击装置测试的P B X 的特性落高值能较好地反 应中等感度和低感度炸药的撞击感度，较好地反应 组分微调炸药的机械感度，在中等感度和低感压装 P B X 研究中，该方法可以较好地反映出感度变化趋 表3 标准型撞击装置混合炸药撞击感度测试 炸药名称撞击感度／％H 5 0 ／e m P B X ．11 5 P B X ．22 l G I - 1 切削试样 9 8 G I ．1 固化试样 O P B X - 31 5 T A T B ／H M X ／粘结剂4 0 1 5 4 ／6 0 T A T B ／B D X ／粘结剂5 0 ／4 5 ／5 8 T n 阳／R D y M N ’1 3 5 ／6 5 ／14 8 T N T ／R D X ，M N T 4 0 ／6 0 ／14 4 P B X ．40 2 T A T B ／H M X ／粘结剂4 7 ／4 8 ／5 0 P B X ．5O 试验条件1 0 k g - 2 5 c m - 5 0 m g 势。 表3 为使用标准型撞击装置测试的混合炸药撞 击感度结果。从表3 可以看出，使用标准型撞击装 置测试的压装P B X 撞击感度爆炸百分率与特性落 高月岛值的感度顺序基本一致，略有交叉。 对于G I ．1 、T N T ／R D X 基熔铸炸药或固化炸药， 使用粉状切割试样时爆炸百分率较高，分别为 4 4 ％、4 8 ％，明显高于P B X l 和P B X - 2 等使用水悬 浮法制备的炸药。改善试验设计，使用统计效率更 高的B m c e t o n “升降法”进行特性落高测试，R H T 一 铂弱2 一佗 一 一孵班朋朋朋枷 万方数据 2 0 1 0 年1 0 月炸药低速撞击试验的分析与讨论花成等 9 0 1 、R H T - 9 0 2 的氏值为4 9 e m 、5 1e r a ，虽然与P B X l 和P B X - 2 的特性落高值4 6 c m 、5 6 c m 较为接近，但对 于熔铸炸药，由于测试时使用粉状切割试样，同样导 致使用标准型撞击装置时R H T - 9 0 1 、R H T - 9 0 2 与 P B X - 4 的特性落高测试结果同苏珊试验结果有明显 差异。 表4 为’D i ，I | ／，R D X ／M 艄／6 0 ／l 、P B X - l 、P B X - 4 炸药的苏珊试验结果，试样尺寸为0 5 0 r a mX 1 0 0 m m 。从表4 结果可以看出，在撞击速度约为 7 0 m ／s 的条件下，R H T - 9 0 1 的相对释放能为9 ．5 ％， P B X I 的相对释放能为6 3 ．5 ％，P B X - 4 的相对释放 能为7 ．8 ％，R H T - 9 0 1 的安全性能与P B X - 4 相当，都 明显较P B X - 1 钝感。 表4R H T - 9 0 1 、P B X 一1 、P B X - 4 苏珊试验 对比表3 、表4 结果可以看出，T N T ／R D X ／M N T 4 0 ／6 0 ／1 、P B X 1 、P B X - 4 炸药苏珊试验结果与使用标 准型撞击装置的撞击感度测试结果有较大差异， R H T 0 0 1 的撞击感度为4 4 ％，明显高于P B X 一1 和 P B X - 4 ，但是T N T ／R D X ／M N T4 0 ／6 0 ／1 苏珊试验结 果与P B X - 4 相当，较P B X ．1 明显钝感。对T N T ／ R D X ／M N T4 0 ／6 0 ／1 与P B X - 4 苏珊试验结果同特性 落高测试结果也存在明显差异。这说明炸药试样的 尺寸、形态对低速条件下的撞击感度测试结果有较 大影响。 21 2 型撞击装置感度研究 对P B X - 4 、T A T B 等钝感炸药，由于使用由击柱、 击套组成的标准型撞击装置无法达到引爆炸药所需 的刺激能量，撞击感度特性落高测试结果进一步无 法区分，须使用由击柱、砂纸、击砧等组成1 2 型撞击 装置进行测试。 按照G J B 7 7 2 A - - 1 9 9 7 中方法6 0 1 ．3 ，使用1 2 型 撞击装置测试的爆炸概率为5 0 ％时的特性落高值 见表5 ，炸药试样为粉状，为与国外实验室的结果进 表51 2 型撞击装置特性落高测试 炸药名称瓦丽再研i 五五H 瓦”石／c 氮m i 汇话i 面 行对比，试验条件选为5 k g - 3 5 m g 或2 ．5 k g - 3 5 m g 。 从表5 的测试结果可以看出，使用1 2 型撞击装 置测试的炸药特性落高值顺序与使用标准型撞击装 置测试结果基本一致。但使用1 2 型撞击装置P B X - l 与P B X - 4 的特性落高分别为1 9 e r a 、2 6 e r a ，而使用 标准型撞击装置P B X - 1 为4 6 e r a 、P B X - 4 大于 1 3 0 c m 。两种测试方法的结果差异较大。为此对比 分析表3 的苏珊试验结果，在约7 0 m ／s 的低速撞击 条件下，P B X - 1 试样的相对释放能为5 8 ％，而P B X - 4 仅为3 ．9 ％一7 ．8 ％。低速苏珊试验结果与使用标 准型撞击装置的特性落高试验结果均表明P B X - 4 较P B X ．1 感度有明显降低，而使用1 2 型撞击装置 将该区别明显缩小了，从另外一个角度说明非限制 型1 2 型撞击感度测试方法也有使用的局限性，其主 要目的是用于测试低感度炸药，特别是钝感炸药机 械撞击感度。1 2 型撞击感度测试方法对高能钝感 炸药机械撞击感度测试研究具有重要作用。 3 小结 1 不同撞击实验条件下炸药的撞击感度测试 数据有较大差异，炸药的撞击安全性不能单看一种 方法测试的感度结果，需要对多种测试方法测试的 感度结果进行综合判断。 2 炸药的撞击安全性是与样品的密度、状态 下转第6 页 万方数据 6 爆破器材E x p l o s i v e l V I a t e f i a l 8 第3 9 卷第5 期 变化。 4 单层管壁结构的聚乙烯导爆管在装药量 1 3 ．“一1 7 ．5 9m g ／m 的范围内，传爆稳定可靠。 参考文献 【1 ] 陈嘉琨，范钦文，高耀林．塑料导爆管【M ] ．北京国防 工业出版社，1 9 8 7 ． [ 2 ] 刘自铴，蒋荣光．工业火工品[ M ] ．北京兵器工业出 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 版社。2 0 0 3 ． 何中其，彭金华，刘大斌，等．导爆管传爆性能设计与 参数分析[ J ] ．爆破器材，2 0 1 0 ，3 9 3 1 - 3 ． 侯建华．特殊使用条件下提高导爆管传爆可靠性研究 [ D ] ．南京南京理工大学，2 0 0 4 ． 国防科学技术工业委员会．W J ／T 2 0 1 9 2 0 0 4 塑料导 爆管[ S ] ．北京兵器工业标准化研究所，2 0 0 4 ． I i l n U e l l C eo tt h eE x p l o s i v eC h a r g eO i lE x p l o s i o nP r o p a g a t i o no ft h eN o n e lT u b e J I N GS h u x i a n g ，Q I A NH u a ，L I UD a b i n ，Z H I ／C h a n g i i a n g ，B A O ；u o g a n g ，I - I O UJ i a n h u a S c h o o lo fC h e m i c a lE n g i n e e r i n g ，r I i 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 ] E x p l o s i o np r o p a g a t i o no ft h eP o l y e t h y l e n ep i p eN o n e lw i t hd i f f e r e n te x p l o s i v ec h a r g eW a f tt e s t e d ．E x p e f i l l l e N t f ls h o wt h a tt h ed e t o n a t i o nv e l o c i t yi sr a n g e df r o m1 8 8 7 m ／st O1 9 3 1m ／sa 8t h ee x p l o s i v ec h a r g ev a r i e df r o m1 3 ．6 4 m g ／mt o2 1 ．9 0m g ／, na t2 5 ℃，w h i c hs h o w st h ed e t o n a t i o nv e l o c i t yi n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ee x p l o s i v ec h a r g e ．T h e l 、l o n di sp e n e t r a t e dw h e nt h ee x p l 0 6 i v ec h a r g ei su pt o2 1 ．9 0m g ／m ，a n dt h es e n s i t i v i t ya n dr e 【i a b i l i t yo fd e t o n a t i o ni sa c - e e p t e de v e nt h ee x p l o s i v ec h a r g ed e e r e a s 档t o1 3 ．6 4m g ／m ． [ K E YW O R D S ] 1 ％n e lt u b e ，e x p l o s i v ec h a r g e ，e x p l o s i o np r o p a g a t i o n ，础a b i 脚 上接第3 页 紧密相关的，对于熔铸炸药、固化炸药药片，其密度 较粉状试样高，试样炸药内部结构更加密实、内部孔 隙更低，在撞击压缩作用下可导致热点产生与成长 的概率降低，同时试样中的R D X 或H M X 和T N T 的分布较粉状试样均匀，’I M 熔点较低，在外界撞击 作用下易溶化同时会吸收大量能量，液态耵盯会降 低其所在局部空间炸药的应力和摩擦力，因而表现 出较好的安全性。 参考文献 [ 1 ] 松全才，金韶华．炸药理论[ M ] ．北京北京理工大学 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] 出版社，1 9 9 4 ． 胡庆贤，花成．非限制型撞击感度测试方法研究[ J ] ． 含能材料，1 9 9 4 ．3 ． 金韶华，王伟，松全才．含能材料机械撞击感度判据的 认识和发展[ J ] ，爆破器材，2 0 0 6 ，3 5 6 1 1 1 5 ． 董海山，周芬芬．炸药及相关物性能[ M ] ．北京科学 出版社，1 9 8 9 ． 胡庆贤，花成．撞击感度实验中爆炸噪声的测定及应 用[ J ] ．含能材料，1 9 9 6 ，2 4 8 5 - 9 0 ． 代晓淦，向永，申春迎．大药片落锤撞击感度研究[ J ] ． 爆炸与冲击，2 0 0 6 4 3 8 1 - 3 8 5 ． A n a l y s i sa n dD i s c u s s i o no nL o wV e l o c i t yI m p a c tT e s to fE x p l o s i v e I - I U AC h e n g ①，Z H A N GS h e n g g u o 口，W E NW e n ∞，H O I N I GS h a o w e i o ，J I A N GJ i a n a D i I n s t i t u t eo fC h e m i c a lm a t e r i a l s ，C h i n aA c a d e m yo fE n g i n e e r i n gP h y s i c s S i e h u a nb l i a n y a n g ，6 2 1 9 0 0 趸 A g e n t sR o o mo fS e c o n dA r t i l l e r yF o r c ei nC h i n aA c a d e m yo fE n g i n e e r i n gP h y s i c 8 S i e h u a nb l i a n y a n g ，6 2 1 9 0 0 I 趸 E x p l o s i o na n dS a f e t yS t a t eK e yL a b o r a t o r y ，B e r i n gI m f i t u t eo t “ T e c h n o l o g y B e i j 沁，1 0 0 0 8 1 蚕 S e h o o lo fM e c h a n i c a lE n g i ．e e r i , l g ，N 蛐j i n gU n i v e r s i t ya 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 m p a c ts e n s i t i v i t yd a t a0 fm u l t i p l ee x p l 0 6 i v et e s t e db y8 t a n d a _ n ti m p a c td e v i c ea n d1 2t y p ei m p a c td e v i c ei s s t u d i e di nt h i sp a p e r ．B yc o m p a r i s o nw i t ht h er e s u l t so ft h et a b l e ti m p a c ts e n s i t i v i t yt e s ta n df l U S l L r ls e n s i t i v i t ys i m u l a t i o nd a - t au n d e rl o w8 p e e dc o n d i t i o n ，t h er a t i o n a l i t y0 fe x p l o s i v ei m p a c ts e n s i t i v i t yd a t ai ns e v e r a lt y p i c a li m p a c tc o n d i t i o ni s 静 s e a r c h e d ，a n dt h ef a e t o r aa f f e e t i n t gt h ee x p l 0 6 i v es e m i f i v i t yi sa l s oi n v e s t i g a t e di nt h et e r m so fi m p a c td e v i c ea n de q 圮r i m e r i t ss t a t u s ． [ K E YW O R D S li m p a c tv e l o c i t y ，i m p a c ts e n s i t i v i t y ，S U S a l t lt e s t 万方数据