黑索今（RDX）的化學(xué)名為環(huán)三亞甲基三硝胺，化學(xué)式為（CH2NNO2）3。 作為一種硝胺類炸藥，RDX具有威力大、猛度高、資源豐富和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是復(fù)合固體推進(jìn)劑（NEPE）的主要固體填料。 當(dāng)推進(jìn)劑受到載荷作用時(shí)， 黏合劑與固體填料間的界面結(jié)合容易被破壞（粘接失效），從而導(dǎo)致黏合劑從固體顆粒表面脫離，出現(xiàn)“脫濕”現(xiàn)象，最終影響推進(jìn)劑的力學(xué)性能和燃燒性能。 Oberth[1]等提出對 RDX 等顆粒進(jìn)行表面包覆處理， 形成硬而韌的界面層可有效避免產(chǎn)生“脫濕”現(xiàn)象。 RDX 等固體填料被包覆后，將改變其與周圍組分的接觸表面積， 使其分解和燃燒過程中的傳熱、傳質(zhì)受到一定程度的影響，并且固體推進(jìn)劑的力學(xué)性能、 燃燒性能和感度等可得到明顯改善。

      硝胺類炸藥的表面包覆材料種類較多 （如硝化棉、疊氮、鍵合劑、聚脲類、橡膠類和聚酯類等高分子材料），水性聚氨酯（WPU）屬于聚酯類包覆材料，也是 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來的環(huán)保型 PU（聚氨酯）材料。 WPU 膠粘劑具有耐低溫性優(yōu)、柔韌性佳及粘接性能良好等特點(diǎn)， 已在很多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 將 WPU 作為 RDX 的包覆材料，具有不污染環(huán)境（含少量或不含有機(jī)溶劑）、操作安全等優(yōu)點(diǎn)。本 研 究 選 擇 單 凝 聚 法 （物理包覆機(jī)理 ）、原位聚合法（化學(xué)包覆機(jī)理）對 RDX 進(jìn)行包覆處理，并對兩者的包覆效果進(jìn)行了比較與分析。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)制備

1.1.1 WPU 乳液的制備

      在裝有攪拌器、溫度計(jì)和冷凝管的四口燒瓶中，加入 PTMG，110 ℃抽真空脫水 1.5 h 后，冷卻至 70 ℃；然后加入計(jì)量好的 TDI、二月桂酸二丁基錫，恒溫反應(yīng) 1.5 h；取樣檢測體系中的-NCO 含量，當(dāng)-NCO 含量達(dá)到理論值時(shí)停止反應(yīng)。 降溫至 60 ℃左右，加入親水?dāng)U鏈劑（DMPA）和 EP，升溫至 70 ℃繼續(xù)反應(yīng) 2.5 h；當(dāng)-NCO 含量達(dá)到理論值時(shí)停止反應(yīng)。 降溫至 30 ℃，加入計(jì)量好的三乙胺、水和有機(jī)硅偶聯(lián)劑，快速攪拌混合均勻，恒溫反應(yīng) 30 min；然后加入乙二胺進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)，高速攪拌后得到 WPU 乳液。

1.1.2 RDX 顆粒的表面包覆處理

（1）物理包覆或單凝聚法包覆（高聚物對單質(zhì)炸藥進(jìn)行包覆膠接過程中，單質(zhì)炸藥與高聚物、其它組分的分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生化學(xué)變化， 以吸附作用為主）：將 RDX 顆粒加入到 WPU 溶液中，RDX 逐漸將 PU分子吸附至表面；當(dāng)分子間距離小于 50 nm 時(shí)，兩者間的分子間力（如色散力、氫鍵等）發(fā)生作用。

（2）化學(xué)包覆或原位聚合法包覆（將 WPU 預(yù)聚體與 RDX 混合，再加入交聯(lián)劑（HC-Si550），經(jīng)不同工藝成型、固化后完成化學(xué)包覆）：由于固化后分子很大，各主鏈分子的鏈段運(yùn)動(dòng)受到諸多牽制，故成型后 RDX 整體性穩(wěn)固、PU 粘接強(qiáng)度頗高。

1.2 性能測試

（1）撞擊感度（以特性落高 H50 值為衡量指標(biāo)）：按照 GJB 772A-1997 標(biāo)準(zhǔn)，采用落錘式撞擊感度測試儀進(jìn)行測定（試樣質(zhì)量為 34～36 mg，落錘質(zhì)量為5 kg， 每組試樣為 25 個(gè)）；H50 值越高， 說明撞擊感度（敏感度）越低。

（2）熱感度（以 5 s 延滯期爆發(fā)點(diǎn)溫度為衡量指標(biāo)）：按照 GJB 772A-1997 標(biāo)準(zhǔn)，采用爆發(fā)點(diǎn)測試儀進(jìn)行測定；5 s 延滯期爆發(fā)點(diǎn)溫度越高， 說明其熱感度（敏感度）越低。

2 結(jié)果與討論

2.1 包覆方法對 RDX 撞擊感度的影響

      包覆方法對 RDX 撞擊感度的影響如表 1 所示。由表 1 可知： 經(jīng)原位聚合法包覆后的 RDX， 其 H50值（37.2 cm）比未包覆 RDX（24.3 cm）提高了 12.9 cm；經(jīng)單凝聚法包覆后的 RDX，其 H50 值（41.3 cm）比未包覆 RDX 提高了 17 cm，說明單凝聚法的包覆效果明顯優(yōu)于原位聚合法。這是由于經(jīng)原位聚合法包覆后的 RDX，其顆粒之間粘連現(xiàn)象嚴(yán)重， 說明 RDX 表面未被均勻包覆；當(dāng) RDX 受到撞擊時(shí)，WPU 材料未能較好地起到潤滑和吸熱作用，故 RDX 顆粒間更易產(chǎn)生熱點(diǎn)，導(dǎo)致其撞擊感度相對較高。綜合考慮，選擇單凝聚法包覆RDX 時(shí)較適宜。

2.2 RDX 包覆工藝影響因素研究

      WPU 包覆 RDX 的影響因素較多， 本研究選擇RDX 粒度、改性 WPU 用量、表面活性劑種類及用量等因素作為研究對象，以包覆后 RDX 的撞擊感度和熱感度作為衡量指標(biāo)， 采用單因素試驗(yàn)法優(yōu)選出WPU 包覆 RDX 的最佳工藝條件。

2.2.1 RDX 粒度對包覆后 RDX 性能的影響

      炸藥臨界表面張力與晶體的表面積、 表面自由能之間的關(guān)系如式（1）所示。不同粒度對 RDX 包覆前后撞擊感度、熱感度的影響如表 2、表 3 所示。

      γ=（G/A ）T，P （1）

      式中：G 為表面自由能（J）；A 為炸藥的表面積（m2）；γ 為炸藥的臨界表面張力（N/m）；T 為溫度（K）；P 為壓力（Pa）。

      由式（1）可知：當(dāng)溫度、壓力一定時(shí)，若 RDX 的臨界表面張力固定不變，則 RDX 粒度越小（即 A 越大），G 越高（即表面吸附能力越強(qiáng)），說明 PU 分子更易被吸附至 RDX 表面， 即 RDX 表面被包覆度更高，RDX 與水性聚氨酯間 的 粘 接 更 牢 固 ，RDX 的感度更低；當(dāng) RDX 粒度過小時(shí)，由于 WPU 的相對分子質(zhì)量較大、分子鏈較長，其在 RDX 表面難以完全鋪展，表現(xiàn)為RDX 與 WPU 間的粘接牢固度下降。

      由表 2 可知：隨著 RDX 粒度不斷增加，包覆后RDX 的 H50 值呈先升后降態(tài)勢；當(dāng) RDX 粒度>200 目時(shí)，H50 值升幅趨緩；當(dāng) RDX 粒度>300 目時(shí)，H50 值呈下降態(tài)勢。 綜合考慮， 選擇 RDX 粒度為120～300目時(shí) 較 適宜， 此時(shí) RDX 包覆效果相對較好，WPU 在RDX 顆粒表面較易鋪展， 包覆后 RDX 的 H50 值提高了 17 cm左右。

      由表 3 可知：RDX 粒度對熱感度影響不明顯，當(dāng)粒度為 120～300 目時(shí)，RDX 包覆前后的熱感度差值相對較大。

      綜上所述，RDX 粒度對撞擊感度影響較大，對熱感度影響相對較??； 當(dāng) RDX 粒度為 120～300 目時(shí)，包覆后 RDX 的撞擊感度和熱感度降幅較大。

2.2.2 WPU 用量對包覆后 RDX 性能的影響

      WPU 用 量 （相 對 于 RDX 質(zhì) 量 而 言 ） 對 包 覆 后RDX 撞擊感度和熱感度的影響如表 4 所示。 由表 4可知：隨著 WPU 用量的不斷增加，H50 值和 5 s 延滯期爆發(fā)點(diǎn)溫度均逐漸增大，說明 RDX 的撞擊感度和熱感度均不斷降低。

      綜合考慮 RDX 的流散性、成型性、爆炸安全性及包覆效果等因素，選擇 w（WPU）=2.0%時(shí)較適宜。

2.2.3 表面活性劑對包覆后 RDX 性能的影響

      WPU 乳液完全潤濕 RDX 固體顆粒表面， 是獲得高粘接強(qiáng)度的必要條件。 表面活性劑能明顯改善WPU 乳液對 RDX 表面的潤濕吸附性能，使 WPU 能更 好 地 鋪 展 在 RDX 表 面 。 表 面 活 性 劑 種 類 和 用量（相對于物質(zhì)總質(zhì)量而言）對包覆后 RDX 撞擊感度的影響如表 5、 圖 1 所示。 由表 5 可知： 包覆后RDX 的 H50 值均有所提高， 但陽離子型表面活性劑可顯著提高其 H50 值。 這是由于表面活性劑的作用是降低包覆材料與 RDX 間的界面張力，使 WPU 能更好地鋪展在 RDX 表面， 進(jìn)而使 RDX 被包覆得更好； 加入陽離子型表面活性劑后， 其極易被吸附在RDX 表面，并且由于 WPU 的親水基團(tuán)帶負(fù)電，它與陽 離 子 間 產(chǎn) 生 的 靜 電 作 用 力 可 顯 著 提 高 WPU 與RDX 間的粘接吸附力。

      由圖 1 可知： 隨著陽離子型表面活性劑用量的不斷增加，H50 值逐漸增大（即撞擊感度不斷下降）；當(dāng)w（陽離子型表面活性劑）>1%時(shí)，H50 值升幅趨緩，說明此時(shí)撞擊感度降幅較小。這是由于 RDX 表面所吸附的表面活性劑越多，WPU 與表面活性劑間的靜電作用力越強(qiáng)，WPU 包覆材料與 RDX 間的界面張力越小，故 WPU 的包覆粘接效果更佳；但是過量的陽離子型表面活性劑對 RDX 包覆效果的影響下降，表現(xiàn)為撞擊感度降幅趨緩。 綜合考慮，選擇 w（陽離子型表面活性劑）=1%時(shí)較適宜。

3 結(jié) 論

（1）以水性聚氨酯乳液作為 RDX 的包覆材料，當(dāng) RDX粒度為 120～300 目時(shí)，RDX 的包覆效果相對較好，其H50 值提高了 17 cm 左右，5 s 延滯期爆發(fā)點(diǎn)溫度提高了 18 ℃左右，說明其撞擊感度和熱感度均有所降低。

（2）包覆后 RDX 的撞擊感度和熱感度均隨WPU用量增加而下降，綜合考慮 RDX 的流散性、成型性、爆炸安全性及包覆效果等因素，選擇 w（WPU）=2.0%時(shí)較適宜。

（3）陽離子型 表 面 活 性 劑 可 顯 著 提 高 WPU 對RDX 表 面 的 潤 濕 性 能 ， 當(dāng) w（ 陽 離 子 型 表 面 活 性劑）=1%時(shí)，包覆后 RDX 的撞擊感度降幅較大。

聯(lián)系我們

合肥恒天新材料科技有限公司

手機(jī)：138-0569-8771（何經(jīng)理）

電話：86-0551-68103252

傳真：86-0551-68103253

郵箱：[email protected]

地址：安徽省合肥市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)蓬萊路與湯口路交口意大利工業(yè)園鑫云泰B座