發射藥化學安定性檢測方法研究

姜志保，鄭 波，王韶光

(中國人民解放軍32181部隊，石家莊 河北 050000)

0 引 言

發射藥作為武器發射彈丸或推動火箭運動的特種能源，廣泛應用于國防、軍事和航天等領域.由于發射藥屬于長期儲存、一次性使用的產品，其化學安定性便是衡量發射藥作用性能和安全性能的重要指標.隨著發射藥儲存時間的增加，其化學安定性越來越低，發射藥使用性能也就越來越差，最后會嚴重影響發射藥的燃燒性能和彈道性能[1,2]，以至于無法使用而報廢，有些發射藥甚至會造成自燃事故.因此，發射藥化學安定性的優劣，不僅影響發射藥的使用可靠性，也影響發射藥的儲存安全性.

目前，進行發射藥化學安定性檢測的方法主要采用維也里試驗法和氣相色譜試驗法.自維也里1884年發明發射藥安定性試驗法以來，100多年來人們試圖以新的試驗法加以取代.經過彈藥檢測技術人員長期努力和不斷探索，于20世紀 70年代初在全國推廣應用了氣相色譜試驗法.氣相色譜試驗法采用了計算機技術，盡管自動化程度高，試驗周期短，但還不能完全取代維也里試驗法[3].本文通過對這兩種方法長期實踐、研究和各自試驗數據對比分析，探討了氣相色譜試驗法和維也里試驗法的優點與不足，并提出了減少試驗誤差、提高檢測水平的方法和途徑.

1 維也里試驗方法的優點和缺點

維也里試驗方法是將定量試樣裝在密閉的盛有藍色石蕊試紙的維也里燒杯內，在106.5±0.5 ℃ 的恒溫器中加熱,使之分解放出氮的氧化物與試樣中微量水分(1%～1.5%)作用，生成硝酸和亞硝酸[4]，以藍色石蕊試紙變為紅色或出現棕色煙所累計的加熱時間，表示發射藥的化學安定性.它的優點在于：

1)能夠比較正確地反映無煙藥的化學安定性，符合無煙藥在長期儲存中的實際情況，試驗重復性優于其它安定性試驗法.

2)對制式無煙藥產品有一個完整的復試期規格.

3)設備成本低，試驗程序簡便，操作簡單.

其缺點是：

1)觀察試紙變化及提取紅色終點時，主觀性較強.

2)進行重復至1 h試驗的時間太長，對質量較好的無煙藥往往需要一個多月的時間才能結束.

3)維也里試驗仍然屬于定性方法的范疇，對無煙藥中加入特別附加成份者，不易試驗到紅色終點，影響安定度的正確判定.

2 氣相色譜試驗方法的優點和缺點

發射藥氣相色譜試驗法是將定量發射藥密封于定體積不銹鋼杯中，在90±0.3 ℃的恒溫器中加熱使其分解，通過分解氣體中特征氣體CO2，NO2的含量來判斷發射藥安定性性能.它的優點是：

1)試驗主觀誤差小，試驗結果同一性好，操作便利，對環境條件的要求寬松，勞動強度小，環境污染和人體傷害也有不同程度的降低.

2)自動化程度高.在氣相色譜法試運行的幾年里，整個試驗過程由最初的手工繪圖測量、計算發展成為自動積分，電腦自動積分、計算、打印、數據自動化處理，提高了工作效率，有效節省了工作時間.

3)試驗結果直觀，相對誤差小.能定量反映發藥的內在質量，試驗結果能順利轉換成分析數據，能夠快捷準確地反映發射藥質量狀況.

其缺點是：

1)儀器價格昂貴，損壞后不易修理.調試儀器技術要求高.需要較長的時間和較高的技術水平.

2)發射藥在氣相色譜條件下的分解與在儲存條件下的分解不完全一致.

3 兩種試驗方法試驗結果對比與分析

3.1 試驗結果

在發射藥年度監測和某些特殊檢測中，有針對性地進行兩種試驗方法結果對比，發現了兩種方法對異常發射藥試驗結果的異同，見表1～表4.

表1 氣相色譜法試驗質量偏差的發射藥Tab.1 The test quality deviations of the gas-chromatographic determination of the propellant

表3 兩種試驗方法對發射藥試驗結果的平行度Tab.3 The balance degrees to the propellant test results of the two test methods

表4 兩種試驗方法試驗時間對照表Tab.4 The time contrast table of the two test methods

3.2 試驗結果對比分析

1)維也里儀器調整時間短，易操作，試驗周期長；氣相色譜儀器的調整時間長，難度大，試驗周期短.實際試驗中，維也里試驗6人24 h不間斷工作，10 d左右完成20個樣品試驗；氣相色譜法試驗，3人每天工作10 h可完成20個樣品試驗.

2)某些含有衍生物成份的發射藥，在維也里試驗中，結果不準確.如雙芳-3牌號的無煙藥和消焰無煙藥，試驗時應根據經驗適當延長提取時間.而氣相色譜試驗的重復性相對較好，不僅同一牌號不同批次的發射藥在試驗結果上平行度高，并且同一批次的發射藥重復試驗的結果偏差小.

3)雙迫發射藥氣相色譜法試驗的結果存在偏差.2007年以來，我們在氣相色譜檢測中測出已達到危險品示值的雙迫發射藥8批，但經過維也里試驗及其它方法的比較試驗，否定了氣相色譜法試驗所確定的結果.

4)氣相色譜法中試驗儀器穩定性不好.根據我們多年工作實踐，采取以下幾種措施，可以提高儀器的穩定性：① 配備較好的穩壓電源設備；② 定期清潔熱導池池體；③ 安裝氫氣過濾裝置；④ 嚴格操作規范；⑤ 延長儀器調試期的連續運行時間.

5)維也里試驗的主觀誤差較大.盡管維也里試驗方法存在主觀誤差，但仍然是我國確定發射藥質量狀況和解決相關問題的主要方法，也是最終確定發射藥危險品的必做項目，因此，要注重人員素質的養成和提高.

4 提高維也里與氣相色譜試驗方法檢測水平的途徑

4.1 提高維也里試驗方法檢測水平的途徑

1)維也里爐體采用甘油夾層保溫辦法，電子繼電器控制電爐加熱.它的缺點在于熱量散失大，工作環境差，一旦溫度控制失靈，甘油四溢，難以消除，而且使用電風扇冷卻，難以在較短的時間里恢復溫度.鑒于此，需重新設計維也里控溫爐，實現加熱、控溫、控時的自動化.

2)改進維也里試驗冷卻方法，使發射藥不論置于何層，它的水解反應都處在同一條件下，而不是如現在這樣，置于不同層次的發射藥，其所接受到的水解反應程度并不完全一樣，從而導致試驗結果出現差異.

3)維也里加熱杯的密封采用彈簧鋼片彈壓，這個方法存在著受力不一致的缺陷；受力過大導致玻璃損壞，受力過小容易漏氣，導致石蕊試紙的顏色變化不能真實地反映發射藥的質量變化情況，因此將它的彈簧鋼片彈壓密封改為螺旋受力密封，以克服受力不均勻，不易操作等因素.

4.2 提高氣相色譜試驗方法檢測水平的途徑

氣相色譜試驗方法和技術的發展，為其在發射藥檢測領域的應用奠定了良好的基礎，但氣相色譜儀的技術指標和穩定性卻對檢測結果影響較大，如何更好地發揮儀器的作用，根據幾年工作中的體會和經驗，我們認為：

1)建立儀器校驗制度.目前氣相色譜儀的鑒定和校驗工作缺乏規范，缺乏必要的條件，建議建立儀器校驗制度.

2)氣相色譜儀配套設備及有關標準藥有待完善.目前，氣相色譜標準藥與檢測發射藥存放不同步，環境條件對標準藥的校正值影響較大，應將標準藥與發射藥同庫存放、同時參與質量變化.

3)進一步提高試驗人員水平.氣相色譜儀試驗是一項技術含量高的工作，需要長期實踐鍛煉和積累經驗，培養處理和解決問題的能力，建立培訓、學習制度，定期交流技術上的經驗教訓.

維也里試驗和氣相色譜法試驗是發射藥安定性檢測的重要手段，應取長補短，實現兩種試驗方法的聯動發展.由于氣相色譜法與維也里試驗方法具有很強的互補性，應對這兩種試驗方法進行適當的結合，發揮各自的優長，進一步提高發射藥的檢測整體水平.