粒狀發(fā)射藥自包覆工藝技術(shù)

周龍寶，張永明，魯厚芳

(1.四川大學(xué) 化工學(xué)院，成都 610065;2.瀘州北方化學(xué)工業(yè)有限公司，四川 瀘州 646605)

近年來(lái)，隨著戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)展對(duì)身管武器要求的提高，特別是為滿足高初速、低膛壓以及各種溫度條件下初速盡量一致的要求，越來(lái)越多的表面處理技術(shù)在發(fā)射藥及其裝藥中得到應(yīng)用［1-3］。就粒狀發(fā)射藥而言，國(guó)內(nèi)外主要采用的表面處理技術(shù)有3 種。

1)小分子鈍感材料滲透鈍感技術(shù)。即在發(fā)射藥表層滲透入一定量能量低、分子量較小的物質(zhì)。根據(jù)發(fā)射藥性質(zhì)的不同，該工藝可以以水為分散介質(zhì)進(jìn)行鈍感，也可以無(wú)需介質(zhì)直接進(jìn)行干鈍感。

2)高分子鈍感材料表面涂覆鈍感技術(shù)［4-5］。即在發(fā)射藥表層涂覆一層分子量低的物質(zhì)，在一定的工藝條件下，這些物質(zhì)全部或部分聚合成為高分子物質(zhì)。該工藝同樣可以以水為分散介質(zhì)進(jìn)行鈍感，也可以無(wú)需介質(zhì)直接進(jìn)行干鈍感。

3)“藥包藥”包覆技術(shù)。即將與發(fā)射藥組分相同或相近的材料，以膠體的形式涂覆于粒狀發(fā)射藥表面。該工藝用于大粒度發(fā)射藥，在不需要介質(zhì)的情況下進(jìn)行處理。

前2 種技術(shù)由于發(fā)射藥各層次間成分的不同，在長(zhǎng)期的儲(chǔ)存中，容易產(chǎn)生遷移問(wèn)題而導(dǎo)致發(fā)射藥燃燒性能及裝藥內(nèi)彈道性能的變化;第3 種技術(shù)由于采用在固體狀態(tài)下進(jìn)行涂覆，實(shí)踐表明，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生一定量的粉塵并揮發(fā)出有機(jī)溶劑，且工藝時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3 ～5 h，在降低生產(chǎn)成本、保護(hù)環(huán)境和安全生產(chǎn)方面均有較大的壓力［6］。

為了克服以上問(wèn)題，進(jìn)行了一項(xiàng)全新的粒狀發(fā)射藥表面處理工藝技術(shù)研究，即液相“自包覆”工藝技術(shù)。

1 “自包覆”原理及工藝過(guò)程概述

粒狀發(fā)射藥“自包覆”原理:在水相中利用有機(jī)溶劑溶解發(fā)射藥表層，溶液在表面張力和輔助機(jī)械攪拌作用下流動(dòng)，封堵住藥粒端面的小孔，實(shí)現(xiàn)“自包覆”。

包覆用粒狀基體藥仍舊通過(guò)傳統(tǒng)的方法制取。液相包覆用設(shè)備主要為一臺(tái)帶攪拌的容器及其他輔助設(shè)備。“自包覆”時(shí)，先加入一定量的水，再加入一定比例的有機(jī)溶劑，開(kāi)動(dòng)攪拌后加入粒狀發(fā)射藥，直到規(guī)定的時(shí)間。

“自包覆”完畢后，取出藥粒進(jìn)行烘干等后處理工作，余下的混合液可采用蒸餾的方式進(jìn)行溶劑的回收再利用，廢水可隨發(fā)射藥生產(chǎn)過(guò)程中的其他廢水一道進(jìn)行集中處理，廢渣(很少量，從廢水中過(guò)濾)可進(jìn)行燒毀處理或以適當(dāng)?shù)姆绞阶鳛榉倒て肥褂茫_(dá)到降低生產(chǎn)成本，清潔、環(huán)保生產(chǎn)的目的。

2 試驗(yàn)及現(xiàn)象分析

試驗(yàn)之初，準(zhǔn)備了粒度分別為3 ～4 mm、10 ～15 mm 兩種粒狀發(fā)射藥作為試驗(yàn)對(duì)象。試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，粒度為3 ～4 mm 的粒狀發(fā)射藥由于藥粒太小，試驗(yàn)過(guò)程中在很短的時(shí)間內(nèi)(1 min 左右)即產(chǎn)生粘連現(xiàn)象，且不易分開(kāi)，無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步的后處理試驗(yàn)。因此，未再對(duì)其進(jìn)行深入研究，后續(xù)的試驗(yàn)僅以粒度10 ～15 mm 的發(fā)射藥(19 孔)為對(duì)象進(jìn)行。

a)“自包覆”工藝試驗(yàn)及現(xiàn)象分析

“自包覆”試驗(yàn)選用了與粒狀藥生產(chǎn)過(guò)程相一致的有機(jī)溶劑。通過(guò)調(diào)整溶劑與水的比例以及“自包覆”時(shí)間，先后進(jìn)行了數(shù)輪的工藝試驗(yàn)，基本掌握了該粒狀藥“自包覆”的工藝特點(diǎn)，制得的樣品烘干處理后如圖1 所示。

圖1 為從上千粒試驗(yàn)樣品中隨機(jī)抽取的6 粒樣品。從圖1(a)中可以看出，藥粒端面上有少數(shù)孔未能全部閉合，可能是包覆過(guò)程中攪拌不均勻或工藝時(shí)間不足造成的，在后續(xù)的試驗(yàn)中可以加以解決(盡管如此，從下面的燃燒性能數(shù)據(jù)分析，該試驗(yàn)樣品也基本取得了預(yù)期的效果)。

圖1(b)為在距發(fā)射藥端面約0.5mm 處的橫切面，圖1(c)為過(guò)藥粒中心孔的藥粒縱切面(由于手工操作的原因，縱切面并非一個(gè)平整的平面，而是存在一定的凹凸)。從這2 個(gè)剖面圖分析，試驗(yàn)前預(yù)期可能出現(xiàn)的溶液、水等進(jìn)入發(fā)射藥內(nèi)孔深處，并造成內(nèi)孔深處堵塞的現(xiàn)象并沒(méi)有出現(xiàn)。從而可以判定，在藥粒發(fā)射藥加入到混合液中以后，在表面張力的作用下，混合液無(wú)法進(jìn)入到藥孔中，且混合液中的溶劑很快即完成了對(duì)藥粒表層的溶解，溶液封孔后，物料更難向內(nèi)孔深入，并促使溶液在發(fā)射藥表面繼續(xù)聚集，并達(dá)到理想的厚度。這一點(diǎn)，從對(duì)試驗(yàn)樣品相關(guān)成分的分析中也可得到進(jìn)一步的驗(yàn)證。

圖1 “自包覆”樣品實(shí)物

b)成分分析

將試驗(yàn)樣品放置于烘箱中烘干24 h 后。進(jìn)行相關(guān)成分分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)樣品相關(guān)分析結(jié)果

由表1 可見(jiàn)，發(fā)射藥水分含量滿足了指標(biāo)要求，說(shuō)明試驗(yàn)過(guò)程中混合液并未進(jìn)入發(fā)射藥的內(nèi)孔;另外，烘干時(shí)間相對(duì)于基體粒狀藥生產(chǎn)時(shí)(＞72 h)大大減少，也說(shuō)明水分基本集中于藥粒表面，即包覆層中，并未進(jìn)入到藥粒內(nèi)部。至于樣品中溶劑含量的偏高，主要是由于樣品“自包覆”處理后立即進(jìn)入烘箱進(jìn)行烘干，缺少了生產(chǎn)過(guò)程中所必需的驅(qū)溶過(guò)程造成的，我們將在后續(xù)試驗(yàn)中加以解決。

c)燃燒性能試驗(yàn)

對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行了與粒狀藥(試驗(yàn)前)的對(duì)比試驗(yàn)及試驗(yàn)樣品自身的高、常、低溫試驗(yàn)。

液相包覆藥與粒狀藥的密閉爆發(fā)器對(duì)比試驗(yàn):試驗(yàn)樣品為試1#。裝填密度為0.2 g/cm3，試驗(yàn)溫度為常溫。試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖2，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

圖2 試驗(yàn)樣品與粒狀藥的對(duì)比燃燒曲線

從試驗(yàn)曲線及數(shù)據(jù)分析，“自包覆”后的發(fā)射藥具有較好的緩燃效果，這有利于提高發(fā)射藥的彈道效率，降低武器的膛壓。

液相包覆藥高、低、常溫密閉爆發(fā)器試驗(yàn):試驗(yàn)樣品為試2#。試裝填密度為0. 2 g/cm3，試驗(yàn)溫度為常溫、高溫(+50℃)、低溫(-40℃)。試驗(yàn)曲線見(jiàn)圖3，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

圖3 試驗(yàn)樣品高、常、低溫燃燒性能曲線

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)及曲線分析，該粒狀發(fā)射藥經(jīng)過(guò)“自包覆”后，對(duì)降低發(fā)射藥溫度系數(shù)取到了一定的效果，特別是在控制高溫燃燒速率方面效果比較明顯，但在低溫燃燒增長(zhǎng)率方面略顯不足，主要原因?yàn)樵囼?yàn)樣品的包覆層偏薄以及少數(shù)藥孔未能完全封堵。

另外，通過(guò)表2 及表3 中試1#及試2#樣品試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比可以看出，樣品性能基本接近，能確保將來(lái)工藝的穩(wěn)定性。

表2 液相包覆樣品及基體藥密爆試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 試驗(yàn)樣品高、常、低溫密爆試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)發(fā)射藥“自包覆”工藝技術(shù)的探索性研究及試驗(yàn)，基本確定了發(fā)射藥“自包覆”的可行性。粒狀藥經(jīng)過(guò)“自包覆”后，取到了較好的緩燃效果，燃速溫度系數(shù)也得到了有效降低。該工藝將整個(gè)包覆過(guò)程置于水相中，在常溫下進(jìn)行，有利于溶劑回收、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)及對(duì)操作人員身體的保護(hù);此外，從已進(jìn)行的試驗(yàn)可以斷定，自包覆所需時(shí)間極短(主要工藝過(guò)程僅需10 ～20 min)，可顯著提高其生產(chǎn)效率，工藝性能良好。

［1］八○一教研室. 內(nèi)彈道學(xué)［Z］. 上海:華東工程學(xué)院，1983.

［2］王澤山.火藥裝藥設(shè)計(jì)原理［M］.北京:兵器工業(yè)出版社，1995.

［3］王澤山.火藥燃燒原理［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1997.

［4］譚敏，鄧維平，張永明.粒狀發(fā)射藥自動(dòng)化混同工藝混合均勻度［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2009(3):81-83.

［5］陳明華，劉禮斌. 樟腦鈍感發(fā)射藥燃燒性能參數(shù)測(cè)試與計(jì)算［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2009(12):14-15.

［6］楊三斌. 降低大弧厚粒狀藥溫度系數(shù)的復(fù)合鈍感技術(shù)［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2010(12):42-44.