張 超，張曉宏，楊立波，孫志剛，曹 鵬，王明星

（西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安，710065）

武器的安全性問(wèn)題已受到人們的極大關(guān)注，鈍感彈藥或不敏感彈藥(Insensitive Munitions縮寫成IM)的研究也受到了世界各國(guó)的高度重視[1]。法國(guó)火炸藥公司( SNPE) 在研究以硝酸酯（如硝化甘油NG和1,2,4-丁三醇三硝酸酯 BTTN）為增塑劑，添加大量硝胺炸藥（黑索今 RDX 或奧克托今 HMX）的交聯(lián)改性雙基（XLDB）推進(jìn)劑的安全性能時(shí)發(fā)現(xiàn)，該推進(jìn)劑在高速獵槍試驗(yàn)中，槍擊速度為480m/s 時(shí)出現(xiàn)了延遲轉(zhuǎn)爆現(xiàn)象( XDT)；當(dāng)子彈撞擊有中心孔腔的該類推進(jìn)劑藥柱時(shí)，在20℃肉厚50mm處或在60℃肉厚45mm處即出現(xiàn)了XDT[2-3]。因此，解決硝胺推進(jìn)劑發(fā)生爆轟反應(yīng)問(wèn)題的關(guān)鍵是降低該類推進(jìn)劑的撞擊和殉爆感度，最有效的技術(shù)途徑是選用不敏感的增塑劑替代NG，用感度較低的高能量密度材料部分取代RDX 或HMX 氧化劑[4]。國(guó)內(nèi)對(duì) NC、TMETN 和少量2，6-二氨基-3，5-二硝基吡嗪-1-氧化物( LLM-105)取代RDX 構(gòu)成的微煙推進(jìn)劑已進(jìn)行了初步研究[5]，研究表明該類推進(jìn)劑撞擊感度有顯著降低。LLM-105是目前合成的鈍感耐熱炸藥中能量最高的化合物[6]，國(guó)外學(xué)者對(duì)LLM-105的報(bào)道主要集中在合成、配方性能和理論模擬計(jì)算上[7-8]；國(guó)內(nèi)對(duì)LLM-105的合成、性能測(cè)試和在炸藥配方的應(yīng)用報(bào)道較多[9-10]，而對(duì)其應(yīng)用于改性雙基推進(jìn)劑中的安全性能報(bào)道很少。為了進(jìn)一步研究含LLM-105改性雙基推進(jìn)劑的鈍感性能，本文研究了LLM-105的含量和粒度對(duì)改性雙基推進(jìn)劑機(jī)械感度的影響，并將其結(jié)果分別與含DNTF(3, 4-二硝基呋咱基氧化呋咱)、CL-20(六硝基六氮雜異戊茲烷)、HMX改性雙基推進(jìn)劑的機(jī)械感度進(jìn)行比較，說(shuō)明含LLM-105的改性雙基推進(jìn)劑實(shí)際應(yīng)用中的安全性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 推進(jìn)劑配方設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)思路:選擇低感度的三羥甲基乙烷三硝酸酯(TMETN)作為增塑劑，3#硝化棉作為粘合劑，用LLM-105逐漸取代改性雙基推進(jìn)劑配方中的RDX，且在取代過(guò)程中，NC和TMETN比例不變，實(shí)驗(yàn)所用LLM-105為西安近代化學(xué)研究所合成。

本實(shí)驗(yàn)所用推進(jìn)劑的配方如表1所示，配方中的其它助劑包括DEP (鄰苯二甲酸二乙酯)、二號(hào)中定劑和凡士林，且這3種原料在各試樣中的含量相同。配方中的C-Pb和C-Cu分別為惰性芳香族的鉛鹽和銅鹽，CB為炭黑，配方中的原材料經(jīng)過(guò)吸收-熟化-驅(qū)水-壓延工序制成推進(jìn)劑試樣。催化劑采用內(nèi)加法加入，為了考察催化劑對(duì)推進(jìn)劑機(jī)械感度的影響，配方IMC-6中未加入催化劑。

表1 推進(jìn)劑配方Tab.1 Composition of propellants

文獻(xiàn)[9]報(bào)道, LLM-105單質(zhì)的粒度和形貌對(duì)其機(jī)械感度有很大影響。為了對(duì)比不同粒度LLM-105對(duì)推進(jìn)劑機(jī)械感度的影響，配方IMC-7中選擇了平均粒徑D50為2.750μm的LLM-105，其它配方中LLM-105的平均粒徑D50約12μm。

1.2 摩擦感度測(cè)定

采用 GJB 772A-1997 方法 602. 1 規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行摩擦感度試驗(yàn)，溫度 15～35℃，樣品用量﹙0. 020±0. 001﹚g， 表壓﹙ 2. 45±0. 05﹚MPa，擺角（66±0.5）°。

摩擦感度用爆炸百分?jǐn)?shù)P表示。

1.3 撞擊感度測(cè)定

采用 GJB 772A-1997 方法 601. 1 規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行撞擊感度試驗(yàn)，溫度 15～35℃，樣品用量﹙0.03±0.001﹚g， 錘重﹙ 2 000±2﹚g。撞擊感度用50%爆炸率的特性落高值H50表示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用上述兩種固體推進(jìn)劑感度的測(cè)試方法，測(cè)試了表1中各配方的撞擊感度和摩擦感度，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同配方推進(jìn)劑撞擊及摩擦感度測(cè)試結(jié)果Tab.2 Testing result of impact and friction sensitivity of propellants

2.2 LLM-105含量對(duì)推進(jìn)劑機(jī)械感度的影響

從表2中IMC-1和IMC-2對(duì)比結(jié)果可以看出：當(dāng)用10%的LLM-105取代10%的RDX后，推進(jìn)劑的機(jī)械感度明顯降低，特性落高H50由23.4cm增加至30.7cm，摩擦感度由21%降至15%，這充分說(shuō)明用感度較低的高能量密度材料取代RDX 或 HMX 來(lái)降低固體推進(jìn)劑感度的途徑是非常有效的。隨著LLM-105在配方中含量的逐漸增加，RDX被取代，推進(jìn)劑的機(jī)械感度不斷降低，當(dāng)RDX被LLM-105完全取代時(shí)，IMC-5配方的H50增加至39.3cm，與IMC-1配方相比，H50高出67.9%。說(shuō)明LLM-105是可選用的含能鈍感劑。

LLM-105在推進(jìn)劑中具有如此明顯的降感作用與它的分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。其原因是LLM-105與TATB相同，分子的對(duì)稱性較高，硝基的位置比較分散，形成的氫鍵較多，且吡嗪環(huán)是一個(gè)超共軛體系,使分子中C-NO2的鍵級(jí)和鍵能都比較大，這樣C-NO2斷裂所需要的外界刺激能量就較大，因而不易產(chǎn)生熱點(diǎn)[11]。另一個(gè)原因是LLM-105的H50＞117 cm ，大于RDX的H50（42.5cm），RDX的分解溫度點(diǎn)低（205℃）,LLM-105分解溫度( DSC)≥354℃，RDX較LLM-105更敏感。

2.3 LLM-105粒度對(duì)推進(jìn)劑機(jī)械感度的影響

對(duì)比表2中配方IMC-5與IMC-7的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，細(xì)顆粒LLM-105對(duì)推進(jìn)劑降感效果更優(yōu)，特性落高H50由39.3cm增加至41.9cm，摩擦感度的變化更大，爆炸概率由9%降至6%，降低33.3%。可見(jiàn)高能量密度材料的粒度也是影響推進(jìn)劑感度的主要因素，細(xì)顆粒的感度優(yōu)于大顆粒。

含細(xì)顆粒LLM-105推進(jìn)劑的機(jī)械感度均有所降低，這是由于細(xì)顆粒LLM-105具有較高的表面能以及更好的導(dǎo)熱性和分散性[9]，不易形成熱點(diǎn)。另外，可能由于細(xì)顆粒LLM-105無(wú)棱角，在推進(jìn)劑中的堆積更加密實(shí)，減少了顆粒間的空隙率，推進(jìn)劑內(nèi)所包含的空氣雜質(zhì)就減少了，推進(jìn)劑在猛烈撞擊下會(huì)因?yàn)楣鼟兜目諝怆s質(zhì)發(fā)生絕熱壓縮而形成熱點(diǎn)，從而起到較好的降感作用。文獻(xiàn)[12]研究認(rèn)為影響熱點(diǎn)放熱的主要因素是熱點(diǎn)半徑，半徑越大，放熱量越大，越易達(dá)到臨界爆炸溫度，表現(xiàn)為大顆粒機(jī)械感度敏感。

2.4 催化劑對(duì)感度的影響

趙鳳起等人[1]的研究結(jié)果表明Pb-Cu-CB三元催化劑對(duì)以NC和TMETN為基的微煙推進(jìn)劑有一定的降感作用，文獻(xiàn)[1]認(rèn)為惰性催化劑在機(jī)械作用時(shí)一方面能吸收一定的能量，使推進(jìn)劑的敏感部分吸收的能量減少， 另一方面催化劑的加入也起到分散敏感組分的作用，即“摻混作用”，使其產(chǎn)生熱點(diǎn)的概率和傳播概率均降低。文獻(xiàn)[13]認(rèn)為含CB的推進(jìn)劑在受撞擊產(chǎn)生熱點(diǎn)時(shí)，熱點(diǎn)處產(chǎn)生的熱量會(huì)在CB良好的導(dǎo)熱作用下較迅速地傳導(dǎo)給周圍介質(zhì)，使熱點(diǎn)快速消失，從而降低推進(jìn)劑的撞擊感度。

對(duì)比表2配方IMC-5 和IMC-6實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可見(jiàn)不含催化劑的IMC-6配方機(jī)械感度高于相同條件下的含催化劑配方IMC-5，與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)論一致，但因配方中催化劑含量較少，僅3%左右，因此催化劑對(duì)推進(jìn)劑的機(jī)械感度影響有限。

2.5 與其它幾種推進(jìn)劑機(jī)械感度的比較

由配方IMC-8（含30% CL-20）、IMC-9（含30%DNTF）、IMC-10（含30%HMX）的試驗(yàn)結(jié)果可知，其機(jī)械感度由低往高依次為：LLM-105-CMDB，DNTF-CMDB，CL-20-CMDB，HMX-CMDB，RDXCMDB，含LLM-105的改性雙基推進(jìn)劑機(jī)械感度最低，含RDX和HMX的改性雙基推進(jìn)劑機(jī)械感度相當(dāng)，都較其它高能量密度材料高，這樣的結(jié)果是由于其單質(zhì)的撞擊感度和摩擦感度決定的。

DNTF-CMDB推進(jìn)劑表現(xiàn)了較好的機(jī)械感度，除了與其自身有較低的感度外，還可能由于DNTF(液態(tài)部分)對(duì)硝化棉有增塑作用[14]，硝化棉在DNTF的增塑作用下，更好地包覆于DNTF晶體表面，在受到外界刺激時(shí)起到了很好的緩沖層作用。

3 結(jié) 論

（1）采取用感度較低的高能量密度材料部分或全部取代RDX 或 HMX 高能炸藥是降低雙基系推進(jìn)劑機(jī)械感度的重要途徑。LLM-105是可選用的含能鈍感劑，RDX被LLM-105逐步取代后推進(jìn)劑的機(jī)械感度也隨之降低。

（2）高能量密度材料的粒型也是影響機(jī)械感度的主要因素，配方設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量選取細(xì)顆粒球型高能量密度材料。

（3）惰性催化劑在推進(jìn)劑受到外界刺激時(shí)，可以吸收部分撞擊能，并對(duì)敏感組分有分散效果，因而可以降低推進(jìn)劑機(jī)械感度。

（4）改性雙基推進(jìn)劑的機(jī)械感度主要取決于其高能量密度材料單質(zhì)的撞擊感度和摩擦感度，在滿足其能量要求的前提下，應(yīng)盡量選取機(jī)械感度低的高能量密度材料。

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