封雪松，姚李娜，趙省向，王淑萍

（西安近代研究所， 陜西 西安，710065）

含鋁炸藥作為一類高密度、高爆熱的高威力炸藥，已被廣泛應(yīng)用在水中兵器和對(duì)空武器彈藥[1]，但納米鋁粉在火炸藥中的應(yīng)用研究很少。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于納米鋁粉在含能材料方面的應(yīng)用己經(jīng)取得了很大的進(jìn)展[2]。與普通鋁粉相比，納米鋁粉具有反應(yīng)速率更快、反應(yīng)完全率更高的特點(diǎn)。據(jù)國(guó)外研究報(bào)道[3-4]，在HTPB復(fù)合推進(jìn)劑中，加入20% Alex（ARGONIDE公司產(chǎn)品），與同樣含量普通鋁粉相比，燃燒速率可以提高70%。

納米鋁粉作為提高火炸藥反應(yīng)性能的一種金屬粉，在炸藥中的應(yīng)用安全性成為目前研究的熱點(diǎn)。本文采用機(jī)械干混法、直接混合造粒法、熔融混合法等工藝制備了RDX基炸藥、TNT基炸藥，對(duì)其撞擊感度和摩擦感度進(jìn)行了測(cè)試分析，研究不同制備工藝下含納米鋁粉炸藥的機(jī)械感度，并與含微米鋁粉炸藥進(jìn)行對(duì)比，為納米鋁粉在炸藥中的安全使用提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

納米 Al（100～200nm）；微米鋁粉（4.5～5.5μ m）；RDX；TNT；石蠟；含氟粘結(jié)劑；石墨。

1.2 測(cè)試儀器與方法

儀器：DM-l型摩擦感度儀，H3.5-10W落錘式撞擊感度儀。

1.2.1 撞擊感度試驗(yàn)

采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的H3.5-10W落錘式撞擊感度儀測(cè)定炸藥試樣的撞擊感度，根據(jù) GJB772A-97標(biāo)準(zhǔn)中601.2試驗(yàn)方法測(cè)定，落錘質(zhì)量：10kg；藥量：(50±1) mg。

1.2.2 摩擦感度試驗(yàn)

試驗(yàn)按照GJB772A．97標(biāo)準(zhǔn)中602．1試驗(yàn)方法測(cè)定炸藥試樣的爆炸百分?jǐn)?shù)。表壓：3.92MPa；擺角：(90±1)°；藥量：(50±1)mg。

1.3 樣品制備

1.3.1 機(jī)械干混法

采用機(jī)械干混工藝，稱取 RDX/W（97/3）和不同含量納米鋁粉，機(jī)械搖勻混合，制備成粉狀炸藥樣品；同樣工藝制備含片狀A(yù)l粉的混合炸藥。鋁粉含量分別為20%、25%、30%、35%、40%。

1.3.2 直接混合造粒法

樣品由RDX/W（97/3）、納米鋁和5%粘結(jié)劑組成，稱取 RDX/W（97/3）和不同含量納米鋁粉，加入粘結(jié)劑溶液中，機(jī)械攪拌均勻，溶劑揮發(fā)后過(guò)篩造粒，制備成粒狀炸藥樣品。樣品干燥后，外混入1%的石墨。

1.3.3 熔融混合造粒法

以TNT炸藥為基，納米鋁含量分別為10%、20%，在 TNT熔融狀態(tài)下加入納米鋁粉機(jī)械混合均勻，導(dǎo)入樣品袋中揉搓成細(xì)粉，冷卻即為炸藥試樣。納米鋁含量為30%時(shí)，由于納米鋁粒度小、比表面積大，難以在熔融條件下均勻混合，故采用TNT細(xì)粉與納米鋁干混均勻，用石蠟包覆造粒，外混石墨。

2 結(jié)果與討論

2.1 機(jī)械干混工藝對(duì)炸藥機(jī)械感度的影響

采用機(jī)械干混工藝混合納米鋁粉與石蠟包覆RDX，含納米鋁粉炸藥的機(jī)械感度遠(yuǎn)高于含片狀鋁粉的炸藥。由于納米鋁粉的粒度小、比表面積大，在機(jī)械作用下易于產(chǎn)生熱點(diǎn)；干混后炸藥試樣的堆積密度較低，顆粒間的空隙較多，在撞擊和摩擦過(guò)程中形成熱點(diǎn)較多，因此機(jī)械感度較高，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 含納米鋁炸藥與含片狀鋁炸藥的機(jī)械感度Tab.1 The mechanical sensitivity of RDX-based explosive with nano- Al and flake- Al powders

2.2 直接混合造粒工藝對(duì)炸藥機(jī)械感度的影響

采用直接混合造粒工藝的機(jī)械感度見(jiàn)表2，由于粘結(jié)劑的包覆和石墨的潤(rùn)滑，含納米鋁粉炸藥的機(jī)械感度得以降低，能夠滿足炸藥的安全性要求；隨著納米鋁含量的增加， RDX基炸藥的撞擊感度逐步增加，且含量高至40%時(shí)，撞擊感度顯著增大；而含微米鋁粉炸藥的撞擊感度基本穩(wěn)定；這說(shuō)明在撞擊和摩擦的機(jī)械作用下，納米鋁的反應(yīng)活性遠(yuǎn)高于微米鋁粉。

表2 含納米鋁炸藥與含微米鋁炸藥的機(jī)械感度Tab.2 The mechanical sensitivity of RDX-based explosive with nano-Al and micro-Al powders

2.3 熔融混合造粒工藝對(duì)炸藥機(jī)械感度的影響

在以TNT為基的炸藥中，采用熔融TNT與納米鋁混合造粒工藝，其機(jī)械感度數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，當(dāng)納米鋁含量為10%和20%時(shí)， TNT基炸藥的機(jī)械感度較低，基本滿足使用要求；當(dāng)活性鋁含量為30%時(shí)，由于采用干混工藝，其機(jī)械感度急劇升高，說(shuō)明TNT的包覆作用能夠降低含納米鋁炸藥的機(jī)械感度，而機(jī)械干混工藝不利于感度的降低。

為了降低干混試樣（TNT/Al（納）=70/30）的感度，后采用 2%石蠟包覆干混顆粒，過(guò)篩造粒后外混1%石墨，其撞擊和摩擦感度分別降至56%和20%，達(dá)到使用要求。

表3 TNT基含鋁炸藥的機(jī)械感度Tab.3 The mechanical sensitivity of TNT-based explosive with nano-Al and micro-Al powders

2.4 討論

在相同制備工藝條件下，對(duì)于含微米鋁炸藥和含納米鋁炸藥的機(jī)械感度和成型密度出現(xiàn)較大差異的原因，可以分析如下：

（1）納米鋁顆粒的平均直徑為140 nm，而微米鋁顆粒的直徑在 4.5～5.5μm，納米鋁粉的粒徑遠(yuǎn)低于微米鋁粉，而納米鋁粉的比表面積遠(yuǎn)高于微米鋁粉，鋁粉形貌呈蓬松狀態(tài)。

（2）納米鋁和微米鋁的堆積密度和孔隙率不同。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，相同質(zhì)量的納米鋁體積遠(yuǎn)大于微米Al，用乙酸乙酯分散時(shí)納米鋁所需的溶劑量也遠(yuǎn)大于微米Al，說(shuō)明納米鋁-1的堆積密度遠(yuǎn)低于微米Al，納米鋁顆粒之間空隙率遠(yuǎn)高于微米鋁。

（3）從納米鋁的SEM圖片可見(jiàn)，顆粒之間存在大量團(tuán)聚，使其在炸藥中的分散性和分散均勻性不好，內(nèi)部空穴增大，導(dǎo)致含納米鋁炸藥的組分均勻性較差。

以上3點(diǎn)使含納米鋁的炸藥顆粒在外力的撞擊和摩擦過(guò)程中，炸藥的熱點(diǎn)易于形成，造成炸藥機(jī)械感度升高。

3 結(jié)論

（1）采用機(jī)械干混工藝、直接混合造粒工藝、熔融混合工藝制備含納米鋁粉炸藥，試樣的撞擊感度和摩擦感度均高于相應(yīng)含微米鋁粉的炸藥，且隨納米鋁粉含量的增加，呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)；

（2）由于直接混合造粒工藝和熔融混合工藝能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)納米鋁粉的包覆，因此其試樣的撞擊感度和摩擦感度較低；機(jī)械干混工藝中由于納米鋁粉未被包覆，在撞擊和摩擦作用下，產(chǎn)生較強(qiáng)的反應(yīng)性；

（3）對(duì)機(jī)械干混工藝的試樣采用石蠟包覆，并外混石墨進(jìn)行鈍感，能夠降低其撞擊感度和摩擦感度，使其滿足炸藥對(duì)安全性的要求。

[1]陳朗,張壽齊,趙玉華.不同鋁粉尺寸含鋁炸藥加速金屬能力的研究[J].爆炸與沖擊,1999,19(3):45-47.

[2]黃輝,黃勇,李尚斌.含納米級(jí)鋁粉的復(fù)合炸藥研究 [J].火炸藥學(xué)報(bào),2002,25(2):1-3.

[3]Mench M M, Kuo K K, Yeh C L.et al.Comparison of the thermal behavior of regular and ultra-Fine Aluminum Powders (Alex) made from plsma explosion process [J].Combustion Science and Technology, 1998,135 (1-6):269-292.

[4]Brousseau P, Anderson C J.Nanometric Aluminum in Explosives [J].Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2002,27(5):300-306.