耿孝恒

（濱州學(xué)院城市與環(huán)境系，山東 濱州256600）

引 言

炸藥感度與其化學(xué)和物理特性緊密相關(guān)，目前，被實(shí)驗(yàn)證明的關(guān)于炸藥的機(jī)械起爆機(jī)理是熱點(diǎn)點(diǎn)火和熱點(diǎn)引起化學(xué)反應(yīng)成長(zhǎng)為爆轟的二階段理論［1-3］。熱點(diǎn)點(diǎn)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(zhǎng)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(guān)。因此，研究粒度對(duì)炸藥感度的影響具有重要意義。

PETN 是當(dāng)今公認(rèn)的性能最好的炸藥之一。關(guān)于PETN 機(jī)械感度隨其粒度的變化規(guī)律，國(guó)內(nèi)已經(jīng)進(jìn)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(xì)化炸藥的應(yīng)用，更小顆粒PETN 機(jī)械感度隨其粒度的變化規(guī)律有待研究。本實(shí)驗(yàn)采用微團(tuán)化動(dòng)態(tài)結(jié)晶細(xì)化［8］和溶劑／非溶劑滴加重結(jié)晶方法得到了中位徑d50分別為0.489、6.322、38.25μm 的PETN，并對(duì)其機(jī)械感度進(jìn)行了測(cè)試。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 亞微米PETN 的制備

采用微團(tuán)化動(dòng)態(tài)結(jié)晶細(xì)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(jié)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(tuán)化動(dòng)態(tài)結(jié)晶細(xì)化實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖1所示。

圖1 微團(tuán)化動(dòng)態(tài)結(jié)晶實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Experimental device of micro-mission dynamic crystallization

1.2 表 征

用美國(guó)Brookhaven 90PLUS激光粒度分析儀和歐美克LS900激光粒度分析儀測(cè)試PETN 的粒度；用日本HITACHI S-4700冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)其形貌進(jìn)行表征。

用 H3.5-10W 落錘式撞擊感度儀，按照GJB772A-97方法601.2 測(cè)定PETN 的特性落高（H50），測(cè)試條件為：落錘質(zhì)量2.5kg，藥量（35±1）mg，每組試樣25 發(fā)，溫度10～35℃；相對(duì)濕度≤70%。每個(gè)樣品測(cè)試5組，特性落高用5組數(shù)據(jù)的平均值表示。

按照GJB772A-97方法601.1測(cè)試樣品的爆炸百分?jǐn)?shù)，測(cè)試條件為：擺角（80±1）°，正壓力為（2.45±0.01）MPa，每發(fā)實(shí)驗(yàn)藥量為（25±1）mg，每組試樣為25發(fā)。每個(gè)樣品測(cè)度5組。爆炸概率用5組數(shù)據(jù)的平均值表示。

2 結(jié)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(duì)百分?jǐn)?shù)；C（c）為顆粒直徑的累積百分?jǐn)?shù)。

由圖2可看出，用微團(tuán)化動(dòng)態(tài)結(jié)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(chǎng)發(fā)射掃描電鏡分別對(duì)原料PETN 和重結(jié)晶PETN 的形貌和局部粒度分布進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)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(tuán)聚，粒子呈交聯(lián)狀態(tài)。1～10μm PETN 的形貌為近似球狀，10～50μmPETN 為多面體形貌。

2.2 機(jī)械感度

3種PETN 機(jī)械感度試驗(yàn)結(jié)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(dāng)粒度為1～10μm 和10～50μm 時(shí)，PETN 撞擊感度無(wú)明顯變化；當(dāng)從微米級(jí)過(guò)渡到亞微米級(jí)（約0.500μm）時(shí)，撞擊感度呈現(xiàn)非常強(qiáng)烈的下降趨勢(shì)。對(duì)于亞微米晶體而言，一方面其表面良好的結(jié)構(gòu)完整性、粒度均勻性使其內(nèi)部不易形成熱點(diǎn)；另一方面其比表面積的迅速增長(zhǎng)使晶粒的表面能很高，既有利于熱應(yīng)力分散，同時(shí)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(xì)亞微米晶體內(nèi)部不易形成熱點(diǎn)，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(guò)渡到微米階段，PETN 的摩擦感度顯著降低，當(dāng)從微米到幾十微米時(shí)又顯著升高，并且在亞微米時(shí)摩擦感度最高。

摩擦和撞擊起爆的側(cè)重點(diǎn)不同，炸藥受撞擊過(guò)程中形成熱點(diǎn)的主要因素是炸藥中空穴的絕熱壓縮，而受到摩擦作用時(shí)，炸藥產(chǎn)生熱點(diǎn)的主要因素是通過(guò)微凸體的摩擦和黏性或塑性流動(dòng)造成。

圖3 3種PETN 樣品的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.3 SEM photos of the three PETN samples

表1 不同粒度PETN 機(jī)械感度測(cè)試結(jié)果Table 1 Test results of mechanical sensitivity for different particle size of PETN

摩擦形成熱點(diǎn)主要是因?yàn)檎ㄋ庮w粒彼此間發(fā)生滑動(dòng)，產(chǎn)生摩擦。摩擦引起的局部溫升可用式（1）［9］計(jì)算：

式中：μ為摩擦系數(shù)；W為作用于摩擦表面的載荷；v為相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；a為比表面積；K為兩接觸表面的傳熱系數(shù)；j為熱功當(dāng)量。

由式（1）可以看出，熱點(diǎn)溫度與摩擦系數(shù)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(yīng)是其摩擦感度較高的主要原因。而亞微米級(jí)PETN，隨著粒度的減小，其表面摩擦系數(shù)大大增大，再加上靜電作用對(duì)其黏附力的影響，故摩擦系數(shù)最大，摩擦感度最高。

3 結(jié) 論

（1）PETN 的撞擊感度隨粒度的減小而逐漸降低，當(dāng)粒度降至亞微米級(jí)時(shí)形成強(qiáng)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(diǎn)出現(xiàn)在1～10μm 處。

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

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