PETN 粒度對其機械感度的影響

耿孝恒

（濱州學院城市與環境系，山東 濱州256600）

引 言

炸藥感度與其化學和物理特性緊密相關，目前，被實驗證明的關于炸藥的機械起爆機理是熱點點火和熱點引起化學反應成長為爆轟的二階段理論［1-3］。熱點點火階段的主要影響因素是炸藥顆粒之間的孔穴尺寸和孔隙率，爆轟成長階段主要影響因素是炸藥的比表面積，這些因素均與粒度密切相關。因此，研究粒度對炸藥感度的影響具有重要意義。

PETN 是當今公認的性能最好的炸藥之一。關于PETN 機械感度隨其粒度的變化規律，國內已經進行了研究［4-7］，但以幾十微米粒度研究較多，粒徑在1～10μm 的研究較少。隨著超細化炸藥的應用，更小顆粒PETN 機械感度隨其粒度的變化規律有待研究。本實驗采用微團化動態結晶細化［8］和溶劑／非溶劑滴加重結晶方法得到了中位徑d50分別為0.489、6.322、38.25μm 的PETN，并對其機械感度進行了測試。

1 實 驗

1.1 亞微米PETN 的制備

采用微團化動態結晶細化的方法制備亞微米PETN，采用溶劑／非溶劑（丙酮／純凈水）滴加重結晶法在200r／min 的攪拌速率下制得粒度為1～10μm 和10～50μm 的PETN。微團化動態結晶細化實驗裝置示意圖如圖1所示。

圖1 微團化動態結晶實驗裝置Fig.1 Experimental device of micro-mission dynamic crystallization

1.2 表 征

用美國Brookhaven 90PLUS激光粒度分析儀和歐美克LS900激光粒度分析儀測試PETN 的粒度；用日本HITACHI S-4700冷場發射掃描電子顯微鏡對其形貌進行表征。

用 H3.5-10W 落錘式撞擊感度儀，按照GJB772A-97方法601.2 測定PETN 的特性落高（H50），測試條件為：落錘質量2.5kg，藥量（35±1）mg，每組試樣25 發，溫度10～35℃；相對濕度≤70%。每個樣品測試5組，特性落高用5組數據的平均值表示。

按照GJB772A-97方法601.1測試樣品的爆炸百分數，測試條件為：擺角（80±1）°，正壓力為（2.45±0.01）MPa，每發實驗藥量為（25±1）mg，每組試樣為25發。每個樣品測度5組。爆炸概率用5組數據的平均值表示。

2 結果與討論

2.1 粒度及形貌分析

3種試樣的粒度分布如圖2所示。圖中，G（d）為顆粒直徑的相對百分數；C（c）為顆粒直徑的累積百分數。

由圖2可看出，用微團化動態結晶方法獲得的PETN 的中位徑d50為0.489μm，粒度分布在0.390～0.558μm，呈單峰分布，采用滴加法獲得的樣品的中位徑d50分別為6.322、38.25μm。

用S-4 700 冷場發射掃描電鏡分別對原料PETN 和重結晶PETN 的形貌和局部粒度分布進行分析，結果見圖3。由圖3可知，亞微米PETN 由于粒度較小，比表面積迅速增大，顆粒更加容易團聚，粒子呈交聯狀態。1～10μm PETN 的形貌為近似球狀，10～50μmPETN 為多面體形貌。

2.2 機械感度

3種PETN 機械感度試驗結果如表1所示。

圖2 3種試樣的粒度分布曲線ig.2 Particle size distribution curves of the three samples

由表1可以看出，當粒度為1～10μm 和10～50μm 時，PETN 撞擊感度無明顯變化；當從微米級過渡到亞微米級（約0.500μm）時，撞擊感度呈現非常強烈的下降趨勢。對于亞微米晶體而言，一方面其表面良好的結構完整性、粒度均勻性使其內部不易形成熱點；另一方面其比表面積的迅速增長使晶粒的表面能很高，既有利于熱應力分散，同時撞擊作用力沿晶粒表面迅速傳遞，單位表面承受的作用力減少。所以在超細亞微米晶體內部不易形成熱點，使炸藥的撞擊感度顯著降低。

由表1還可以看出，從亞微米過渡到微米階段，PETN 的摩擦感度顯著降低，當從微米到幾十微米時又顯著升高，并且在亞微米時摩擦感度最高。

摩擦和撞擊起爆的側重點不同，炸藥受撞擊過程中形成熱點的主要因素是炸藥中空穴的絕熱壓縮，而受到摩擦作用時，炸藥產生熱點的主要因素是通過微凸體的摩擦和黏性或塑性流動造成。

圖3 3種PETN 樣品的掃描電鏡照片Fig.3 SEM photos of the three PETN samples

表1 不同粒度PETN 機械感度測試結果Table 1 Test results of mechanical sensitivity for different particle size of PETN

摩擦形成熱點主要是因為炸藥顆粒彼此間發生滑動，產生摩擦。摩擦引起的局部溫升可用式（1）［9］計算：

式中：μ為摩擦系數；W為作用于摩擦表面的載荷；v為相對運動速度；a為比表面積；K為兩接觸表面的傳熱系數；j為熱功當量。

由式（1）可以看出，熱點溫度與摩擦系數成正比，與比表面積成反比。由圖3可以看出，在3種粒度PETN 中，10～50μm 的PETN 顆粒最大，比表面積最小，應是其摩擦感度較高的主要原因。而亞微米級PETN，隨著粒度的減小，其表面摩擦系數大大增大，再加上靜電作用對其黏附力的影響，故摩擦系數最大，摩擦感度最高。

3 結 論

（1）PETN 的撞擊感度隨粒度的減小而逐漸降低，當粒度降至亞微米級時形成強烈突變，摩擦感度并不隨粒度的減小逐漸降低，而是先降低后升高，拐點出現在1～10μm 處。

（2）炸藥晶體表面形貌對其撞擊感度和摩擦感度均有一定影響，對摩擦感度影響更大。

［1］蔡瑞嬌.火工品設計原理［M］.北京：北京理工大學出版社，2002.

［2］Price D.Effect of particle size on the shock sensitivity of pure porous HE，AD-A178206［R］.Springfield：NTIS，1986.

［3］Spear R J.Mechanism of and particle size effects on shock sensitivity of heterogeneous pressed explosives，AD-A187 597［R］.Springfield：NTIS，1993.

［4］Schdlbauer F.The Influence of particle size and mechanical properties on the sensitivity of high explosives charges［C］／／Seventh Symposium（International）on Detonation.Annapolis：［s.n.］，1981.

［5］汪 波，劉玉存，李 敏.HMX 粒度對其撞擊感度的影響研究［J］.華北工學院學報，2005，26（1）：35-37.

WANG Bo，LIU Yu-cun，LI Min.Study on the influence of particle size on the impact sensitivity of HMX［J］.Journal of North University of China，2005，26（1）：35-37.

［6］呂春玲，張景林.粒度對HMX 撞擊感度的影響［J］.爆炸與沖擊，2003，23（5）：472-474

LüChun-ling，ZHANG Jing-lin.Influence of particle size on the impact sensitivity of HMX［J］.Explosion and Shock Waves，2003，23（5）：472-474

［7］劉玉存，王建華.RDX 粒度對機械感度的影響［J］.火炸藥學報，2004，27（2）：7-9.

LIU Yu-cun，WANG Jian-hua.Effect of particle size of RDX on mechanical sensitivity［J］.Chinese Journal of Explosives and Propellants，2004，27（2）：7-9.

［8］張寶坪，張慶明，黃風雷.爆轟物理學［M］.北京：兵器工業出版社，1997.