黃亞峰，趙省向，李文祥，楊建剛，李欣，劉文亮

（西安近代化學研究所，陜西 西安，710065）

武器彈藥老化研究一直是關(guān)系到武器彈藥的安全儲存與使用的重要問題，美國在武器延壽計劃(SLEP)、核心監(jiān)測計劃(CSP)、武庫科學研究與管理計劃(SSMP)、增強監(jiān)測計劃(SEMP)等武器彈藥的各種研究計劃中均將武器彈藥老化列為研究內(nèi)容之一[1]。對于武器彈藥的老化試驗一般采用加速老化法和自然儲存老化法。國外對于炸藥的老化試驗研究主要集中在老化對高分子粘結(jié)炸藥組分、相容性、內(nèi)部細觀損傷、力學性能、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等性能方面的影響[2-4]。國內(nèi)對高分子粘結(jié)炸藥的老化試驗研究結(jié)果表明：PBX炸藥老化后，其沖擊波感度、模量、破壞強度、破壞應變、穩(wěn)態(tài)蠕變速率等力學性能指標均未發(fā)生明顯的變化[5-7]。為表征老化對裝填含鋁炸藥戰(zhàn)斗部的長儲安全以及毀傷性能的影響，本文主要對HMX/RDX基含鋁炸藥在71℃下老化后的體積、質(zhì)量、爆熱、爆速進行研究。

1 試驗部分

1.1 原料準備

測爆熱藥柱的準備：將配方為65（HMX/RDX）/30Al/5鈍感粘結(jié)劑的HMX/RDX基的含鋁炸藥造型粉壓制成外形尺寸為Ф25mm×25mm、密度為1.85g/cm3的藥柱8發(fā)，測爆熱。

測爆速藥柱準備：將配方為65（HMX/RDX）/30Al/5鈍感粘結(jié)劑的HMX/RDX基的含鋁炸藥造型粉壓制成外形尺寸為Ф20mm×20mm、密度為1.85g/cm3的藥柱28發(fā)，測爆速。

1.2 試驗方法

1.2.1 藥柱的老化

參照GJB 736.8-90火工品試驗方法71℃試驗法，將老化試驗用藥柱放在控溫精度為±1℃、設(shè)定溫度為71℃的試驗箱內(nèi)進行加速老化試驗，老化45d、55d后分別取出測爆熱、爆速。

1.2.2 爆熱測試方法

按照GJB 772A-1997方法701.1絕熱法測試爆熱。在-0.094MPa的真空度下，將質(zhì)量為25g、直徑為25mm的試驗樣品在容積為5.8L的爆熱彈內(nèi)引爆，以16.5L的蒸餾水作為測溫介質(zhì)，用精確度為1‰的精密測溫儀實時跟蹤測量水溫，根據(jù)爆熱彈系統(tǒng)的熱容值及溫升值求出單位質(zhì)量的實驗樣品的定容爆熱值，連續(xù)3發(fā)試驗數(shù)據(jù)誤差不超過3%，其平均值即為炸藥爆熱。

1.2.3 爆速測試方法

按照GJB 772A-1997方法702.1電測法測試爆速。利用炸藥爆轟波陣面電離導電特性，用測試儀和電探針測定爆轟波在一定長度炸藥柱中傳播的時間，通過計算求得炸藥的爆速。每個樣品測試2組數(shù)據(jù)，每組7個樣品，爆速數(shù)據(jù)采用14發(fā)試驗的平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 藥柱老化前后體積和質(zhì)量變化

武器彈藥在受到外界溫度刺激時，如果裝藥體積發(fā)生明顯變化，則使彈體承受內(nèi)部壓力，存在一定的安全隱患。因此，在老化試驗時，選取測量爆速用的3發(fā)Ф20mm×20mm的藥柱，監(jiān)測其體積、質(zhì)量隨老化時間的變化率，數(shù)據(jù)見表1。

表1 HMX/RDX基含鋁炸藥藥柱老化前后的體積、質(zhì)量變化率Tab.1 Bulk and mass change ratio of the HMX/RDX based aluminized explosive after aging test

由表1中數(shù)據(jù)可知，在71℃老化時，藥柱體積變化的趨勢為先逐漸膨脹，膨脹到最大時，開始逐漸縮??；對于藥柱的質(zhì)量則是一直處于減小的趨勢。藥柱體積先膨脹后縮小，主要是因為在藥柱壓制過程中承受很大的壓力，使作為粘結(jié)劑的復合高分子材料本身儲存了一定的內(nèi)應力，在無約束的高溫環(huán)境下，內(nèi)應力開始緩慢釋放；同時高分子材料在高溫作用下，其本身存在受熱體積膨脹的特性，兩方面的綜合作用使藥柱體積逐漸膨脹；在高溫作用下，作為鈍感粘結(jié)劑的復合高分子體系中的低分子易揮發(fā)成分由固態(tài)變成氣態(tài)，體積增大，也會使藥柱體積變大。綜合以上各方面的原因，藥柱長時間受到高溫作用，體積會逐漸膨脹直至最大。作為粘結(jié)劑的復合高分子材料存在少量易揮發(fā)的低分子量成分，在受到高溫作用時容易揮發(fā)，因此，藥柱質(zhì)量隨著老化時間的推移而逐漸減少。隨著揮發(fā)性成分由固體變成氣體溢出藥柱，藥柱內(nèi)部逐漸產(chǎn)生一些微小的氣泡，在外界壓力的作用下，藥柱內(nèi)氣泡體積縮小，最終導致藥柱體積變小。

2.2 爆熱

HMX/RDX基含鋁炸藥藥柱71℃下老化后以及老化前的爆熱試驗數(shù)據(jù)見表2，炸藥在71℃下老化45d、55d后的爆熱與老化前爆熱的變化率分別為0.67%和-0.65%，都在1%之內(nèi)，在爆熱測試的系統(tǒng)誤差之內(nèi)。試驗結(jié)果說明HMX/RDX基含鋁炸藥在71℃下老化55d后其爆熱幾乎沒有受到影響。對含鋁炸藥爆熱影響較大的主要因素是鋁粉的活性，由于鋁粉是一種化學性質(zhì)非?；顫姷慕饘僭?，在71℃下加熱老化時，鋁粉可能因繼續(xù)老化減少炸藥中活性鋁粉的含量，導致炸藥爆熱降低。試驗結(jié)果顯示，HMX/RDX基含鋁炸藥在老化45d、55d后炸藥的爆熱沒有明顯降低。原因是藥柱在壓制過程中排出了絕大部分的空氣，其內(nèi)部的空隙只有很小一部分，減小了炸藥中鋁粉與空氣中氧氣的接觸；在制備炸藥的過程中，鋁粉被復合高分子鈍感粘結(jié)劑包覆，減少了與空氣中氧氣的接觸，阻止鋁粉繼續(xù)老化；鋁粉在制備過程中，顆粒表面即生成了一層化學性能穩(wěn)定的致密的三氧化二鋁薄膜，阻止了活性鋁繼續(xù)氧化。

表2 HMX/RDX基含鋁炸藥老化前后爆熱Tab.2 Explosion heat of the HMX/RDX based aluminized explosive after aging test

2.3 爆速

HMX/RDX基含鋁炸藥71℃下老化后以及老化前的爆速試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 HMX/RDX基含鋁炸藥老化前后爆速Tab.3 Detonation velocity of the HMX/RDX based aluminized explosive after aging test

由表3數(shù)據(jù)可知，組成為65（HMX/RDX）/30Al/5鈍感粘結(jié)劑的含鋁炸藥理論計算值與實測值分別為7 565 m·s-1和7 585 m·s-1，相差很小。當炸藥在71℃下老化45d和55d后，爆速分別為7 541 m·s-1（ρ=1.846 g·cm-3）和7 595 m·s-1（ρ=1.856g·cm-3），與老化前的爆速7 585 m·s-1（ρ=1.851g·cm-3）相比，爆速變化率分別為-0.58%和0.13%，在1%之內(nèi)，炸藥的爆速沒有受到老化試驗的影響。已有硝銨類含鋁炸藥爆速的研究結(jié)果表明，影響爆速的主要因素包括主炸藥及鋁粉的含量、鋁粉的粒度以及形狀等。對于炸藥組分及粒度、形狀已經(jīng)確定的同一外形尺寸的炸藥，其爆速不會有很大的差異。HMX/RDX基含鋁炸藥71℃下老化55d后爆速沒有發(fā)生明顯變化，說明在71℃下老化55d后HMX/RDX基含鋁炸藥的主要組分沒有發(fā)生明顯的本質(zhì)變化。

3 結(jié)論

通過對HMX/RDX基含鋁炸藥的71℃老化試驗研究，得出結(jié)論：（1）藥柱在71℃老化時，體積逐漸膨脹后開始逐漸縮??；質(zhì)量隨著老化時間的推移逐漸減小。在老化55d的時間里，體積和質(zhì)量的變化率都小于0.1%。（2）藥柱在老化0d、45d和55d時的爆熱分別為7 486J/kg、7 536J/kg、7 437J/kg，爆熱變化率小于1%，說明71℃下老化55d，炸藥爆熱未發(fā)生明顯改變。（3）藥柱在老化0d、45d和55d時的爆速，分別為7 585m·s-1（ρ=1.851g·cm-3）、7 541m·s-1（ρ=1.846 g· cm-3）和7 595m·s-1（ρ=1.856 g·cm-3），爆速變化率小于1%，71℃下老化55d，炸藥爆速沒有明顯變化。

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