高擁軍， 劉 江

(江西新余國科科技股份有限公司，江西 新余 338034)

塑料黏結(jié)炸藥AFX-757的生產(chǎn)、性能及其應(yīng)用

高擁軍， 劉 江

(江西新余國科科技股份有限公司，江西 新余 338034)

介紹了一種新式的塑料黏結(jié)炸藥(PBX)AFX-757，簡述了其配方，分析了各組分對爆炸性能的影響；介紹了其生產(chǎn)方法與所需設(shè)備；通過歸納3組對比實驗的數(shù)據(jù)，說明了其較優(yōu)的爆炸做功能力和放熱效果；介紹了該類炸藥在美軍中的運用，結(jié)果表明，AFX-757能滿足高能鈍感、安全可靠的裝藥要求，是一種較優(yōu)的PBX裝藥。

AFX-757；鈍感炸藥；塑料黏結(jié)炸藥

引 言

在含能材料的儲存、使用過程中存在發(fā)生事故的可能性，這促使研究人員尋求更加不敏感的炸藥?；仡櫧诘木植繎?zhàn)爭，軍事目標的防護性能日益強大，殺傷彈貫穿密閉環(huán)境中的硬目標，如，洞穴、地下工事和水下目標，彈藥仍需具有一定的高速碰撞速度和足夠穿越硬性混凝土防御的能量，這對彈藥提出了更高的要求。適用于這類武器的炸藥和彈藥應(yīng)滿足特定的能量、敏感性和機械性能的要求，以保持足夠的爆炸能力，并能承受各種碰撞以及在硬性目標中的滲透應(yīng)力[1]。

降低炸藥敏感程度的可行方法之一是發(fā)展塑料黏結(jié)炸藥(PBX)，因為相對于一般的工業(yè)炸藥，PBX是一種感度低、性能優(yōu)良的新型炸藥。它是將高能炸藥顆粒表面進行包覆或與一些高聚物材料進行混合制備成的一種含能材料。PBX炸藥的配方中含有非爆炸性的聚合物，聚合物以基質(zhì)的形式懸浮于炸藥材質(zhì)中，這種基質(zhì)可以吸收部分不必要的初始刺激能量從而達到降感的目的，此外，還能顯示出與某些橡膠類似的力學(xué)性能。因此，除了對沖擊和外部刺激較鈍感外，貯存期性能、機械性能和澆注性能也得到提高。

AFX-757是一種含有金屬粉末，易澆注-固化成型的新型PBX炸藥。這種炸藥源于美國空軍的國防計劃支持，設(shè)計的最初目的是應(yīng)用于水下或封閉式環(huán)境中，在美軍部隊中現(xiàn)已替換TNT和PBXN-109，用作穿甲彈的主裝藥。目前，我國的PBX炸藥也進入了裝備階段，對國外的先進炸藥進行探討對國防建設(shè)有重要意義。

1 AFX-757炸藥

在PBX的配方中，金屬含量增加能使釋放的能量增加，但卻降低了氧平衡，因此，需在炸藥配方中使用氧化劑，如，硝酸銨(AN)或高氯酸銨(AP)，由于其高氧密度而被選作合適的氧化劑。

AFX-757配方中主要成分是燃料和用于常規(guī)炸藥的氧化劑和黏合劑。配方列于第45頁表1。如表1所示，為增加此配方的能量密度，選用鋁粉(Al)的顆粒粒度為17 μm，使用的炸藥組分(RDX)顆粒粒度為4 μm。使用此類顆粒級配方可以增加固體粒子的含量，并改善爆炸反應(yīng)過程中的有效接觸作用。

AFX-757配方中加入Al粉的作用是增加爆熱。在爆炸時，游離態(tài)的O2與鋁發(fā)生反應(yīng)，生成氧化鋁，同時，產(chǎn)生顯著的余熱。常規(guī)炸藥(如，RDX)極少產(chǎn)生游離態(tài)的氧，憑借爆炸作用，可使大量的熱鋁顆粒在環(huán)境中分散。熱鋁顆粒接觸到大氣中的O2時就開始燃燒。鋁粉的二次燃燒減緩了初級炸藥的能量釋放速率，同時，增加了整體裝藥的爆炸能量，提高了爆炸性能。AP是一種富氧化的炸藥，加入AP為體系提供了更多的氧，從而推動金屬反應(yīng)加速，使其更有效地釋放能量。這就是含有AP的AFX-757比不含AP的PBXN-109可釋放出更多能量的原因。

表1 AFX-757炸藥

一般來說，氧化劑如硝酸銨(AN)也可以使用，但是由于AP密度更高，所以常在配方中選取AP。氧含量增加導(dǎo)致炸藥的爆熱和爆溫增加。同PBX炸藥類似，AFX-757炸藥有較好的物理性能、較高的安定性和更為鈍感的沖擊感度與摩擦感度。并且，該種炸藥還具備普通TNT-Al炸藥所沒有的較好的韌性。

普通的含RDX、Al粉和黏結(jié)劑的PBXN-109炸藥為負氧平衡，因此，在狹窄區(qū)域(如水下)中的應(yīng)用受到限制。由于AP的存在，AFX-757的氧平衡提高，擴展了使用范圍[2]。根據(jù)AFX-757配方設(shè)計的產(chǎn)品，其爆速較低，但是爆溫和爆熱較高，可使爆炸能量的作用達到最大值[3]。

AFX-757配方中使用的成分也很便宜，比當(dāng)前配方在生產(chǎn)上具有經(jīng)濟優(yōu)勢。另外，它的加工比往彈頭中注入更加容易，安定性測試后將其歸納在低風(fēng)險的化合物一類[4]。并且，配方中高能成分含量高可以減少彈頭裝藥重量，有利于運輸和提高執(zhí)行空中任務(wù)的效率。

2 生產(chǎn)方法

2.1 生產(chǎn)設(shè)備

配方中所有固體物料必須分散均勻。為了達到這一目的并考慮到混合物的黏度，必須使用特制的齒輪混合機。這種混合機是垂直式的，能夠在限定的溫度和壓力下，提供合適的、用于高黏度混合物的混合效果。典型的齒輪混合機如圖1所示。

圖1 齒輪混合機

如圖1所示，此設(shè)備垂直設(shè)置有2個中心和1個側(cè)邊葉片。使用這種機器可以有效地攪拌、分散和均勻混合物。此設(shè)備配備一些輔助設(shè)施，如，壓縮機及液壓泵、真空泵和夾套容器所需的加熱能源等。固化過程是通過使用一個溫度可調(diào)的特殊烘箱來控制的。在設(shè)備的下部嵌入輸出室，與裝填系統(tǒng)相連接。裝填系統(tǒng)能在正確的時機安全地裝填炸藥。裝填產(chǎn)品必須無孔隙。由于所獲得的物料具有高黏度性，用于這種物料的加料系統(tǒng)是在真空條件下運行的。在真空吸力和外加壓力的作用下把物料裝填到戰(zhàn)斗部中。

2.2 過程描述

黏結(jié)劑混合物包括HTPB樹脂、塑化劑DOA、抗氧化劑及卵磷脂，將物料備好后分別加入到混合容器中。溫度55 ℃、壓力為0.2 bar條件下混合1 h。然后，將干燥的RDX，分2步加入，每一步都在真空條件下攪拌直至黏度降低。生產(chǎn)過程：第1步，稱取干燥的粗粒RDX，加入混合容器中；第2步，加入充分干燥的AP粉末；第3步，將鋁粉加入混合容器。加料完成后，物料在真空條件下混合均勻，黏接劑也分散到混合物的各個部分?；旌线^程在55 ℃的真空條件下持續(xù)60 min。剩下的2種組分：固化劑和催化劑，在之后加入混合容器。最后，物料進行批量澆注后進行固化。生產(chǎn)過程步驟如第46頁圖2所示。

3 產(chǎn)品分析

3.1 力學(xué)性能測試

根據(jù)AFX-757的測試標準[4]，產(chǎn)品分析包括力學(xué)性能測試以及真空安定性測試。產(chǎn)品測試結(jié)果與標準相符，如第46頁表2所示。

a) 創(chuàng)建黏結(jié)劑混合 b) 添加固體材料 c) 混合物黏結(jié)結(jié)果

測試項目測試1測試2測試標準硬度(邵氏A)43±141±1>20密度/g·cm-31．8151．841．76～1．86拉伸強度①/Psi51．0545．11>30延伸率/%10．7710．57>10真空安定性/mL·g-10．125<0．5注①：1MPa∶145Ps；

3.2 現(xiàn)場測試

AFX-757填裝的戰(zhàn)斗部的現(xiàn)場方案為：AFX-757填裝的戰(zhàn)斗部的3個測試分別是壓力/時間、壓力/距離和溫度/距離的測試。其中，兩個測試使用中間傳爆藥(C4)，一個測試使用點傳爆藥(PETN)。

安放傳爆藥和起爆裝置(圖3)后，在距離爆炸地點15 m距離外由導(dǎo)引電源進行引爆，間隔分別為0.9、1.5、2.1 m處的爆炸壓力數(shù)據(jù)結(jié)果由壓電晶體傳感器測得。在傳感器1和3之間也使用壓力測量系統(tǒng)，在樣品前方的不同基座上的不同高度處安裝傳感器。

為檢測不同徑向間隔的不同溫度，在距離彈體2、3、4 m的間隔處使用了浸漬汽油的纖維。同時，用高速攝影機記錄爆炸過程，結(jié)果如表3～表5所示。

圖3 爆炸試驗的樣品結(jié)構(gòu)

測試序號填裝藥壓藥密度/g·cm-3戰(zhàn)斗部質(zhì)量/g藥量/g平均壓力峰/MPa1AFX?75711．78189210540．722AFX?75721．8191012130．743TNT1．56179510940．53

力學(xué)性能測試結(jié)果顯示，AFX-757炸藥的數(shù)據(jù)完全與軍方標準吻合。同時，根據(jù)壓力傳感器的數(shù)據(jù)對AFX-757炸藥與以TNT為載體的炸藥進行比較，結(jié)論如下：

表4 推力測試結(jié)果

表5 火焰測試結(jié)果

裝有中間傳爆藥和點傳爆藥的AFX-757炸藥的壓力平均峰值比TNT基裝藥分別高36%和40%；平均推力比TNT基裝藥分別高13%和9%。

4 應(yīng)用

AFX-75炸藥可以用作小口徑彈、導(dǎo)彈以及水下戰(zhàn)斗部的裝藥。

1) BLU-113和BLU-122

BLU-113是一種用于彈道鉆地導(dǎo)彈的穿甲彈藥，彈體填裝直徑36.83 cm，長約580 cm，炸彈使用單引信，填裝約304 kg的TNT-Al(80/20)混合炸藥。

2003年，開始研究BLU-113戰(zhàn)斗部的改進型替代品，主要從使用壽命、可燃性和爆炸性能3個方面進行改進，最后，使用約354 kg的AFX-757作為主裝藥。改進型號為BLU-122，其尺寸和形狀與BLU-113相似，但其使用的材料威力更大，使其對巖石和混凝土的穿破能力有更大的提高。據(jù)報道，BLU-122對目標的毀傷能力比BLU-113高出54%，穿甲能力高出20%，爆炸性能提高70%，而且鈍感效果更好。

2) 小直徑炸彈(SDB炸彈)

SDB炸彈是一種帶彈翼的滑翔炸彈，在釋放之后彈翼展開以增加射程。由于其小型化的特征，戰(zhàn)斗機可攜帶更多該種彈藥，從而提高了其對目標的攻擊性。SDB彈是美國空軍的戰(zhàn)略彈藥。SDB炸彈戰(zhàn)斗部重98.6 kg，內(nèi)含17.5 kg的AFX-757炸藥，由于特殊的戰(zhàn)斗部設(shè)計，其擁有與907 kg的BLU-109炸彈相同的破甲能力，即有可成功穿透8英尺加強混凝土的能力。

5 結(jié)語

本文介紹了AFX-757的制備方法、機械強度學(xué)性能的測試，并將數(shù)據(jù)與現(xiàn)役的TNT基的炸藥相比，體現(xiàn)出這種炸藥具有更理想的爆炸能力和機械性能。AFX-757炸藥現(xiàn)已裝備美軍的諸多彈藥，實戰(zhàn)表明，這種彈藥性能優(yōu)越且更加安全可靠。本文的研究有助于發(fā)展我國自己的鈍感高能炸藥。

[1] 王晰.美國不敏感混合炸藥的發(fā)展現(xiàn)狀[J].火炸藥學(xué)報，2007(2)：78-80.

[2] 王振宇，邵穎惠.AFC-757炸藥被評定為極不敏感爆炸物質(zhì)的驗證試驗[J].飛航導(dǎo)彈，2011(4)：92-94.

[3] IKA Planetron.The new machine system for research,development and production of propellants and explosives[J].Propellants Explosives Pyrotechnics,2010,10(2):54-55.

[4] George W.Extremely insensitive detonating substance testing and equalization of AFX-757 explosive[C]//Insensitive Munitions and Energetic Materials Technology Symposium.Arlington:NDIA,2001:203-222.

Introduction of production, property and application of a new kind of PBX——AFX757

GAO Yongjun, LIU Jiang

(Jiangxi Xinyu Guoke Technology Co.,Ltd., Xinyu Jiangxi 338034, China)

A new kind of plastic bonded explosive (PBX)——AFX757 is introduced, the formula of which is sketched and the influence of components to detonation property is analyzed. The methods and equipment for production are briefly presented. The data of three experiments is concluded to confirm the better explosive power and exothermic effects. The application of AFX757 in military of the United States shows that this explosive can meet the requirements of high energy and insensitivity, safe and reliable charge, which is an alternative PBX charge.

AFX-757; insensitive explosive; plastic bonded explosive (PBX)

2017-03-01

高擁軍，男，1970年出生，2011年畢業(yè)于江西科技師范學(xué)院，工程師，從事含能材料的研發(fā)與工藝設(shè)計工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.14

TQ56

A

1004-7050(2017)02-0044-04

綜述與論壇