包覆硝胺類炸藥的發展現狀及展望

苑媛，劉天生

（中北大學化工與環境學院，山西太原030051）

包覆硝胺類炸藥的發展現狀及展望

苑媛，劉天生

（中北大學化工與環境學院，山西太原030051）

硝胺類炸藥固體填料被包覆后，將改變其與周圍組分接觸的表面積，使得其分解和燃燒過程中的傳熱和傳質受到一定程度的影響，不僅可改善固體推進劑的力學性能，而且對燃燒性能和感度也將產生很大的影響。水性聚氨酯具有氣味小、環境友好、節能、操作加工方便等優點，用其包覆硝銨炸藥可以改善硝銨炸藥的感度及流散性能。

硝胺類炸藥;膠粘劑;水性聚氨酯

目前研究的改性雙基推進劑中硝胺類炸藥的含量已提高到55%，有些配方甚至高達60%以上；而復合推進劑（NEPE）中的硝胺類炸藥的含量高達70%～80%[1]。硝胺炸藥含量過大，在滿足能量要求的同時，也會帶來很多問題，如推進劑的力學性能降低、機械感度升高等。混合炸藥的流散性、成型性及安全性降低[2]。

硝胺類炸藥，如黑索今（RDX）等固體填料被包覆后，將改變其與周圍組分接觸的表面積，使得其分解和燃燒過程中的傳熱和傳質受到一定程度的影響，不僅可改善固體推進劑的力學性能，而且對燃燒性能和感度也將產生很大的影響。

硝銨類炸藥表面包覆材料較多，其常用材料主要包括兩類：鈍感劑和高分子聚合物。

1 鈍感劑

硝銨類炸藥常用的鈍感劑有硬脂酸、石蠟和石墨等。用鈍感劑包覆能較好地降低炸藥的機械感度，但是目前所用的鈍感劑大都是惰性的，過量使用會損耗炸藥的輸出能量。

Manning等[3]對用在推進劑中的硝胺炸藥進行了石墨包覆研究，其方法是把硝胺炸藥顆粒放入混有石墨的一種易揮發溶劑中，然后蒸發掉溶劑，完成包覆，并對撞擊感度等進行檢測。結果表明，包覆后的硝胺炸藥比未包覆的撞擊感度降低40%。

王曉麗等[4]用物理氣相沉積（PVD）技術在RDX表面上包覆了一層硬脂酸薄膜，并對包覆后的RDX進行了撞擊感度和摩擦感度測試，結果表明隨著硬脂酸含量的增加，其機械感度也相應降低。張樹海[5]等則運用超臨界溶液快速膨脹（RESS）技術對硝胺炸藥顆粒進行了包覆，包覆劑選用的是硬脂酸，結果同樣表明包覆后的撞擊感度明顯降低。

2 高分子聚合物

聚氨酯具有良好的物理機械性能，優異的耐寒性、彈性、高光澤、軟硬度隨溫度變化不太大、耐有機溶劑等優點，在混合炸藥和推進劑等領域得到了廣泛應用。

Smith等[6]運用溶液懸浮法用聚丙烯酸酯對RDX和HMX進行了包覆，制造出了可壓縮的鈍感塑性炸藥。Chan[7]等以聚疊氮縮水甘油醚GAP為粘結劑、以含能的物質三羥甲基乙烷三硝酸酯（TMETN）和二縮三乙醇二硝基酯（TEGDN）的混合物或以2,2-二硝基丙基縮甲醛/乙醛（BDNPF/A）為增塑劑對RDX和HMX進行了包覆，制成了一種高能鈍感、機械性能良好和防老化性能優異的混合炸藥。Simp-son RL等[8]用GAP包覆了CL-20，包覆后的炸藥撞擊感度、摩擦感度和靜火花感度等都大有改善，與LX-14炸藥相當。

Allen用水溶性蛋白質作為HMX、RDX的包覆原料，制成微煙雙基推進劑，可增加填料與推進劑粘結基體間的粘結，使推進劑的低溫抗張強度顯著提高，但高溫抗張強度增加幅度較小。常溫下的抗張強度也有提高，但延伸率變化不大。Dehm采用多元醇與多異氰酸酯作用，對HMX、RDX進行包覆，使改性雙基推進劑的抗張強度有較大幅度的提高，而延伸率變化不大。雖然包覆后的顆粒表面上帶有異氰酸酯基團，使其應用受到一定的限制，但他所提出的包覆原料的選擇為以后的工作打下了基礎[9]。

樹形分子鍵合劑（DBA）是國內研究人員最近研發的一種新型鍵合劑，它是以聚氨基酰胺（PAMAM）樹形分子為骨架的樹形鍵合劑。DBA具有較大的相對分子質量（103～105）并含有多個末端基官能團，包括極性較大的腈基和能夠與粘合劑網絡形成主化學鍵的羥基。

潘碧峰[10]等用此類鍵合劑對RDX進行了包覆，指出樹形鍵合劑（DBA）在RDX晶體表面形成了一層粘流狀的吸附層，發現鍵合劑和RDX的NO2基團形成了氫鍵，證明了DBA作為RDX鍵合劑的有效性。

劉云飛等[11]采用乳液聚合法制備了聚丙烯酸乙酯乳液，然后用加入明礬破乳法對HMX進行了包覆，包覆后的HMX熱分解溫度基本不變，感度有所下降。

陸銘等[12]分別以水性聚氨酯乳液和聚氨酯/丙烯酸酯核/殼乳液包覆了RDX。通過外殼溶出實驗，包覆層的質量分數為1.48%，而撞擊感度的特性落高值較包覆前提高了約50%；此外，他們還研究了在相同的水性聚氨酯乳液（WPU）包覆量下，破乳法和乳液聚合法包覆RDX對其撞擊感度的影響，研究結果表明破乳法包覆的RDX的撞擊感度明顯高于乳液聚合法包覆得到的RDX。

3 展望

硝銨炸藥包覆的膠粘劑應具備以下性能：

①本身具有良好的熱安定性、化學安全性和耐老化性；②與爆炸組分、其它添加劑要有良好的物理和化學相容性；③應具有良好的粘結作用、包覆作用和潤濕作用；④為了提高安全性，應當具有良好的鈍感作用；⑤對炸藥顆粒具有良好的潤濕性、良好的包覆作用和粘結作用，以提高爆炸組分的含量和產品的質量；⑥應具有良好的工藝性、塑性和溶解性；⑦易合成，價格低廉，宜于大量生產，無毒性。

水性聚氨酯是能溶于水或能均勻分散于水中的一類聚氨酯，具有氣味小、環境友好、節能、操作加工方便等優點[13]。雖然水性聚氨酯包覆硝銨炸藥可以改善硝銨炸藥的感度及流散性能，但由于水性聚氨酯主要通過物理作用力而非化學鍵力進行粘結，因此其粘結力較溶劑型差，導致其對硝銨炸藥包覆的粘結力不高，包覆效果不是很理想[14]。

通過實驗合成改性水性聚氨酯，增加水性聚氨酯對硝銨炸藥粘結強度，并進行探討改進包覆工藝條件，最終獲得具有較低感度和整體流散性良好的硝銨炸藥。因此，水性聚氨酯在硝銨炸藥的應用將成為發展的重點[15]。

［1］張曉宏,趙鳳起,譚惠民,等.用鍵合劑改善硝胺CMDB推進劑的力學性能[J].火炸藥學報,2005,28(2):1-5.

［2］安崇偉.硝胺炸藥的表面包覆及其對推進劑性能的影響研究[D].南京理工大學,2008.

［3］Manning.Reduction of energetic filler sensitivity in propellants through coating[P].USP6 524706,2003.

［4］王曉麗,焦清介,李國新,等.鈍化黑索今薄膜及其感度的研究[J].火工品,2003,(3):23-26.

［5］張樹海,茍瑞君,張景林,等.硝胺炸藥的超臨界溶液快速膨脹包覆技術研究[J].火工品,2004,（2）:20-26.

［6］Smith,Kjell-Tore.Pressable plastic.bound explosive composition[P].USP20050072503,2005.

［7］Chan.Energetic binder explosive[P].USP5316600,1994.

［8］Simpson R L,Urtiew PA,Ornellas D L,eta1.CL-20 performance exceeds that of HMX and its sensitivity is moderate[J].Prop Expos Pyrotech,1997,22:249.

［9］周彩元,吳曉青,鄧茂盛,等.改性水性聚氨酯乳液包覆的合成研究[J].中國膠粘劑,2010,19(1):40-43.

［10］潘碧峰,張磊,羅運軍,等.樹形鍵合劑包覆RDX及其相互作用研究[J].推進技術,2003,24(5):470-473.

［11］劉云飛,楊榮杰,譚惠民,等.聚丙烯酸乙酯包覆奧克托金(HMX)的研究[J].北京理工大學報,1998,18(3):370-374.

［12］陸銘,陳煜,孫杰,等.水性聚氨酯乳液的制備及其在含硝胺推進劑中的應用[J].精細化工,2004,21(11):876-880.

［13］胡孝勇,陳薇,樂志文,等.水性聚氨酯膠黏劑的改性研究進展[J].化學與黏合2009,31(1):57-61.

［14］郭文杰,傅和青,黃洪,等.水性聚氨酯膠粘劑研究進展[J].粘接,2007,28(4):36-39.

［15］RAHMANMM,KIM HAN-DO.Characterization of waterbrone polyurethane adhesives containing different soft segments[J].Adhesion Sci.Technol.,2007,21(1):81-96.

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.02.005

TA564.4+2

1008-1267（2011）02-0012-02

A

2010-11-02