黃亞峰，王曉峰，趙東奎

（西安近代化學(xué)研究所，陜西西安710065）

引 言

可燃劑在發(fā)生氧化反應(yīng)的過程中可以釋放出大量的熱量，因此，在炸藥中加入高熱值可燃劑能顯著提高炸藥的爆熱，其中鋁粉和硼粉是兩種高熱值可燃劑。目前，世界各國對含鋁炸藥開展了廣泛研究，取得了豐碩的成果［1－2］。由于硼的燃燒熱值比鋁約高1倍，因此近幾十年，含硼炸藥的研究成為國內(nèi)外混合炸藥研究的熱點(diǎn)之一。Makhov［3］研究了含硼炸藥的爆熱，發(fā)現(xiàn)硼粉的加入可以顯著提高炸藥的爆熱；Stiel［4］研究了含硼炸藥的爆轟性能，結(jié)果表明當(dāng)硼粉含量高時(shí)，硼會(huì)生成氮化硼和碳化硼等副產(chǎn)物；王浩［5］研究了DNTF基含硼炸藥與含鋁炸藥的水下能量，結(jié)果表明，當(dāng)可燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于18%，DNTF 基含硼炸藥能量高于含鋁炸藥；封雪松［6］研究了含硼鎂、硼鋁等復(fù)合金屬粉的金屬化炸藥水下爆炸能量，發(fā)現(xiàn)硼粉和鋁粉混合使用可以提高炸藥的水下爆炸總能量；任曉寧［7］研究了RDX基含硼炸藥的熱行為，結(jié)果表明硼粉、鋁粉和鎂粉的加入降低了RDX熱分解反應(yīng)的表觀活化能和反應(yīng)速率。

本實(shí)驗(yàn)通過測試RDX 基含硼炸藥的爆熱、水下爆炸能量和作功能力，研究了硼粉含量對RDX基含硼炸藥能量特性的影響規(guī)律，分析了含硼炸藥幾種性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。

1 實(shí) 驗(yàn)

1．1 樣品及儀器

RDX，Ⅱ類，甘肅銀光化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司；硼粉，平均粒度為3．5μm，活性98．42%，遼寧營口遼濱精細(xì)化工有限公司；乙烯－醋酸乙烯共聚物（EVA），上?；ぱ芯克?。

JR－5型爆熱儀，其中測溫儀為Fluke5416 型，精度為1%；美國PCB 公司PCB138A 自由場傳感器，靈 敏 度 為6．937MPa／V，壓 力 測 量 范 圍為0～69MPa。

1．2 樣品制備

在60℃水浴環(huán)境下，將黏結(jié)劑EVA 完全溶解于一定量的石油醚中；然后依次加入RDX 和硼粉，攪拌均勻；溶劑揮發(fā)至物料呈拉絲狀時(shí)，出料、過篩造粒和烘干即得造型粉；將造型粉壓制成Ф25mm、Ф30mm 藥柱。

1．3 爆熱測試

按照GJB772A－1997方法701．1測試爆熱。精確稱量Ф25mm 的炸藥藥柱25g，然后將其在內(nèi)部體積為5．8L的爆熱彈內(nèi)引爆，以16．5L 的蒸餾水作為測溫介質(zhì)，采用測溫儀實(shí)時(shí)跟蹤測量水溫，根據(jù)用苯甲酸標(biāo)定的爆熱彈系統(tǒng)的熱容值及溫升值求出單位質(zhì)量實(shí)驗(yàn)樣品的定容爆熱值。

1．4 水下能量測試

實(shí)驗(yàn)所用水池直徑為3．2m，水深為2．4m。將傳感器放置于距離Ф30mm 藥柱0．9m處。藥柱質(zhì)量為（30．00±0．05）g，放置于水下1．6m處。每個(gè)樣品做兩發(fā)實(shí)驗(yàn)，每發(fā)藥柱取兩組數(shù)據(jù)，計(jì)算得到炸藥的沖擊波能、氣泡能和水下爆炸總能量。

1．5 作功能力測試

按 照GJB772A－1997 方 法705．1 測 試 作 功能力。

2 結(jié)果與分析

2．1 硼粉含量對RDX 基含硼炸藥爆熱的影響

不同硼粉含量的RDX 基炸藥爆熱測試數(shù)據(jù)見表1。

由表1可以看出，含硼炸藥的爆熱隨著硼粉含量的增加而增大，當(dāng)硼粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，含硼炸藥的爆熱達(dá)到最大值7 162kJ／kg，此時(shí)硼氧比為0．87。然后隨著硼粉含量的增加，爆熱呈下降趨勢。按照金屬化炸藥二次反應(yīng)理論，炸藥中的氧用來氧化金屬粉。含硼炸藥中的氧用來將硼氧化生成B2O3，理論上在硼氧質(zhì)量比為0．67時(shí)，爆熱應(yīng)為最大值；實(shí)際上在硼氧質(zhì)量比為0．87時(shí)，含硼炸藥的爆熱達(dá)到最大值。這是因?yàn)榕鸱鄣难趸磻?yīng)過程及氧化產(chǎn)物比較復(fù)雜，在生成B2O3的過程中還有B2O2、HBO2等產(chǎn)物生成，而B2O2、HBO2的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成焓都較B2O3低，其綜合作用使含硼炸藥的最大爆熱值不是出現(xiàn)在理論的硼氧比。

表1 RDX 基含硼炸藥爆熱測試結(jié)果Table 1 Test results of heat of detonation for RDX－based boron－contained explosive

2．2 RDX 基含硼炸藥的水下爆炸能量

含硼炸藥的水下爆炸能量測試結(jié)果見表2。由表2可以看出，在硼粉含量較少時(shí)（8%～12%），含硼炸藥的沖擊波能隨著硼粉含量的增加而增加，當(dāng)硼粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%時(shí)，沖擊波能達(dá)到最大，然后隨著硼粉含量增加而緩慢降低；含硼炸藥的氣泡能隨著硼粉含量的增加而增加。

表2 含硼RDX 基炸藥的水下能量測試結(jié)果Table 2 Test results of underwater energy for RDX－based boron－contained explosive

將硼粉含量（8%～20%）與氣泡能數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，在硼粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%時(shí)，含硼炸藥氣泡能與硼粉含量呈線性相關(guān)，其相關(guān)度達(dá)到0．998 63。

炸藥的水下爆炸總能量是沖擊波能和氣泡能之和，因沖擊波從裝藥傳播到傳感器時(shí)有一部分能量損失，同時(shí)由于高溫氣體與水之間存在的溫度差也會(huì)有部分的能量損失。另外，裝藥的形狀和尺寸對水下爆炸總能量也有影響，因此炸藥的總能量需要校正，其計(jì)算式如下［8］：

式中：E0為炸藥的水下爆炸總能量，MJ／kg；kf為裝藥校正因子；μ 為沖擊波損失因子。

圖1 硼含量與氣泡能的關(guān)系曲線ig．1 Relation curves of boron content and bubble energy

對于炸藥尺寸為Φ30mm 的圓柱形藥柱，且又在同一個(gè)水域中進(jìn)行水下實(shí)驗(yàn)，公式中的kf、μ 為常數(shù)，所以在實(shí)際分析炸藥水下爆炸總能量時(shí)直接將炸藥的沖擊波能和氣泡能加和。含硼炸藥水下爆炸總能量結(jié)果見表2。

由表2可知，含硼炸藥水下爆炸總能量隨著硼粉含量的增加而增大，將硼粉含量與水下爆炸總能量進(jìn)行線性擬合，結(jié)果見圖2。由圖2可知，在硼粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%時(shí)，含硼炸藥水下爆炸總能量與硼粉含量呈線性相關(guān)，其相關(guān)度達(dá)到0．996 59。

圖2 硼含量與水下總能量關(guān)系曲線Fig．2 Relation curves of boron content and underwater total energy

炸藥水下爆炸總能量與其爆熱之間存在一定的關(guān)系：Qv＝γE0，式中：γ 為一常數(shù)，其大小與水下實(shí)驗(yàn)時(shí)炸藥能量的損失多少有關(guān)。

將硼粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%內(nèi)的含硼炸藥爆熱與水下爆炸總能量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)果見圖3。由圖3可知，在硼粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%時(shí)，含硼炸藥的爆熱與水下爆炸總能量呈線性相關(guān)，其相關(guān)度達(dá)到0．995 47，關(guān)系式為Qv＝2 397．48＋1．02（Es＋Eb）。

2．3 RDX 基含硼炸藥的作功能力

RDX 基含硼炸藥的作功能力測試結(jié)果見表3。

圖3 爆熱與水下爆炸總能量的關(guān)系曲線Fig．3 Relation curves of heat of detonation and underwater total energy

表3 RDX 基含硼炸藥的作功能力Table 3 Work capacity for RDX－based boron－contained explosive

由表3可知，在RDX 基炸藥中加入硼粉可以提高炸藥的作功能力，當(dāng)硼粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，RDX 基含硼炸藥的作功能力達(dá)到最大值，為1．649倍TNT 當(dāng)量，然后隨著硼粉含量的提高，炸藥的作功能力緩慢下降。

3 結(jié) 論

（1）RDX 基炸藥中加入硼粉后，可以明顯提高炸藥的爆熱、水下爆炸能量和作功能力。

（2）硼粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%～25%時(shí)，RDX 基含硼炸藥爆熱先隨硼粉含量的增加而增大，硼粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，爆熱達(dá)到最大值7 162kJ／kg，然后隨硼粉含量的增加而減小。

（3）硼粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%～20%時(shí)，RDX 基含硼炸藥的氣泡能和水下爆炸總能量隨硼粉含量增加而增大。

（4）硼粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%～15%時(shí)，RDX 基含硼炸藥的作功能力先隨硼粉含量的增加而增大，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，作功能力達(dá)到最大值1．649倍TNT當(dāng)量，之后作功能力隨硼粉含量的增加而緩慢降低。

［1］ 王曉峰．軍用混合炸藥的發(fā)展趨勢［J］．火炸藥學(xué)報(bào)，2011，34（4）：1－4． WANG Xiao－feng．Developmental trends in military composite explosives［J］．Chinese Journal of Explosives and Propellants，2011，34（4）：1－4．

［2］ 孫業(yè)斌，惠君明，曹欣茂．軍用混合炸藥［M］．北京：兵器工業(yè)出版社，1995．

［3］ Makhov M．Explosion heat of boron－containing explosive compositions［C］∥Proc 35th Intern Annual Confer of ICT．Karlsruhe：ICT，2004，55：1－10．

［4］ Stiel L I，Baker E L，Capellos C．Jaguar procedures for detonation behavior of explosives containing boron［J］．Shock Compression of Condensed Matter，2009：448－451．

［5］ 王浩，王親會(huì)，金大勇，等．DNTF 基含硼和含鋁炸藥的水下能量［J］．火炸藥學(xué)報(bào)，2007，30（6）：38－40．WANG Hao，WANG Qin－h(huán)ui，JIN Da－yong，et al．Underwater energy of DNTF based boron－contained and Aaluminum－contained explosive ［J］． Chinese Journal of Explosives and Propellants，2007，30（6）：38－40．

［6］ 封雪松，趙省向，刁小強(qiáng)，等．含硼金屬炸藥水下能量的實(shí)驗(yàn)研究［J］．火炸藥學(xué)報(bào)，2009，32（5）：21－24．FENG Xue－song，ZHAO Sheng－xiang，DIAO Xiaoqiang，et al．Experimental research of underwater energy of explosive containing boron／metal［J］．Chinese Journal of Explosives and Propellants，2009，32（5）：21－24．

［7］ 任曉寧，邵穎慧，劉子如，等．硼金屬化RDX 基炸藥的熱行為［J］．火炸藥學(xué)報(bào)，2012，35（3）：47－51．REN Xiao－ning，SHAO Ying－h(huán)ui，LIU Zi－ru，et al．Thermal behavior of boron metalized RDX－based explosives［J］．Chinese Journal of Explosives and Propellants，2012，35（3）：47－51．

［8］ 黃亞峰．復(fù)合金屬化炸藥及其能量釋放機(jī)理研究［D］．西安：西安近代化學(xué)研究所，2004．