超聲和噴霧輔助制備微米球形化RDX

荊肖凡，徐文崢，王晶禹

（中北大學化工與環境學院，山西 太原，030051）

黑索今(RDX) 具有成本相對較低且爆炸性能良好的特點，因此目前是應用最廣泛的炸藥之一。但是原料RDX的晶體形狀不規則并存在一定缺陷，流散性較差和機械感度較高，這些缺點限制了其在武器中的應用[1]。為改善其性能，許多國家對 RDX的重結晶進行了研究。如法國SNPE公司在國際上首先研制了不敏感 RDX(I-RDX)，目前已經批量生產[2]；澳大利亞也進行了類似的研究，并將重結晶后的RDX命名為RS-RDX[3]；重結晶后的I-RDX和 RS-RDX都為外形圓滑、棱角較少、晶體透明度高、內部缺陷較少[4]。而國內對 RDX的微米球形化研究較少，如趙雪[1]等人利用冷卻結晶制備了球形化的RDX，但其顆粒太大。

炸藥細化處理后具有爆炸能量釋放更完全、機械感度更低等優點[5]，物理研磨法、溶劑/非溶劑重結晶法、超臨界法、超聲波法[6-8]等都能改變炸藥的晶形和顆粒大小，但溶劑/非溶劑重結晶法和超聲波法具有產物純度高、能耗低、工藝簡單和易于規模化生產等優點。本實驗將溶劑/非溶劑重結晶法和超聲波法相結合，使用自制的超聲噴霧輔助重結晶裝置對RDX進行了重結晶研究，對微米球形化的RDX顆粒的形貌和顆粒大小進行了表征，并對其撞擊感度和熱分解性能進行了測試。

1 實驗部分

1.1 主要試劑

RDX原料，兵器工業總公司805廠提供；二甲基亞砜，分析純，天津市恒興化學試劑制造有限公司；純凈水，分析純，太原太鋼純凈水公司。

1.2 實驗方法

在圖1實驗裝置中進行實驗，常溫常壓下，稱取5g的RDX溶于20mL的二甲基亞砜溶液中，過濾不溶物質，并將溶液放入容器中。量取 150mL的純凈水，倒入反應容器中。開啟超聲噴霧裝置，RDX溶液霧化成霧滴，霧滴落入非溶劑水中，霧滴快速結晶出RDX顆粒，得到白色懸濁液，過濾，冷凍干燥，得到白色粉末RDX。

圖1 實驗裝置示意圖Fig.1 Schematic view of the experimental set-up

1.3 樣品的表征

采用 Hitachi S-4700 冷場發射掃描電子顯微鏡(FE-SEM，日本) 對晶體形貌進行表征。顆粒尺寸分布采用 Hydro2000Mu 馬爾文激光粒度分析儀（英國），工作條件為：采用超純水作為分散介質。

差示掃描量熱法（differential scanning calorimeter,DSC）：采用法國Setaram公司生產的DSC-131型差示掃描量熱儀對RDX的熱分解特性進行測量。測試條件：鋁坩堝加蓋打孔；氣氛為氮氣；流量為30mL/min；試樣質量為(0.5±0.1)mg；參比物Al2O3粉；升溫速率β分別為5/min℃，10/min℃，20/min℃。

2 結果與討論

2.1 形貌分析

圖2為原料RDX和超聲噴霧輔助重結晶RDX樣品的SEM測試結果。從圖2（a）可以看出，RDX原料體形狀不規則，顆粒明顯不均勻，粒度約為50～100μm。而經噴霧輔助法制備出的 RDX（圖 2（b））顆粒均勻，顆粒大小為1～3μm，基本上都為類球形，分散性較好。從圖3可以看出，超聲噴霧輔助重結晶RDX的粒度的中值粒徑為2.65μm。

圖2 RDX的SEM照片Fig.2 SEM photos of RDX

圖3 重結晶RDX的粒度分布曲線Fig.3 Particle size distribution curves of recrystallized RDX

2.2 熱分解性能和安定性分析

對原料RDX和超聲噴霧輔助重結晶RDX的熱分解特性進行測試，測試的DSC曲線如圖4所示。

圖4 RDX的DSC曲線Fig.4 DSC curves of RDX

從圖 4可以看出，在相同升溫速率下，重結晶RDX的分解峰溫都比原料 RDX的分解峰溫有所前移。比較原料RDX和重結晶RDX的放熱峰形，對不同升溫速率而言，原料RDX和重結晶RDX的分解峰溫Tp都隨升溫速率β的增加而升高。根據圖4中的數據，用Kissinger公式和Rogers公式分別計算熱分解表觀活化能Ea、指前因子A[9]，計算結果見圖5。

圖5 DSC曲線熱分解峰的Kissiger圖Fig.5 Kissiger’s plot for the thermal decomposition peak of the DSC curves

式（1）～（2）中：Tp為在升溫速率β下炸藥的分解溫度峰溫，K；R為氣體常數，8.314 J·mol-1·K-1；β為升溫速率，K·min-1或s-1；A為指前因子，min-1或 s-1；Ea為表觀活化能，J·mol-1。綜上所述，從圖5中可以看出，重結晶RDX的表觀活化能Ea和指前因子A比原料RDX都略有增加，這表明重結晶后的球形RDX 熱安定性升高。

2.3 熱穩定性

利用所求得的表觀活化能(Ea)和式（3）可求得在升溫速率β→0時的分解峰溫TP0，并利用 Zhang-Hu-Xie-Li[10]熱爆炸臨界溫度計算公式（式（4））可算出熱爆炸臨界溫度Tb，計算結果見表1。

表1 原料RDX和重結晶RDX的熱爆炸臨界溫度數據Tab.1 Thermal explosion and critical temperature data of raw RDX and recrystallized RDX

從表1可以看出，超聲噴霧輔助重結晶RDX的熱爆炸臨界溫度比原料RDX升高了2.74℃，這表明重結晶RDX比原料RDX的熱敏感性有所降低。

2.4 撞擊感度

原料RDX及超聲噴霧輔助重結晶RDX的撞擊感度根據GJB 772A-1997方法601.312型工具法進行測試。試驗條件為：落錘質量為(5.000±0.002)kg；藥量為（35±1）mg；溫度為10～35℃；相對濕度≤80%。測試結果見表2。

表2 原料RDX及重結晶RDX的撞擊感度試驗結果Tab.2 Impact sensitivity of raw RDX and recrystallized RDX

由表2可見，重結晶RDX的特性落高相比原料RDX明顯上升，撞擊感度顯著降低。

3 結論

通過超聲噴霧輔助重結晶得到了微米球形化RDX。重結晶后的RDX顆粒均勻，基本上為球形且達到了微米級別，分散性較好。超聲噴霧輔助重結晶RDX的撞擊感度明顯降低，特性落高（H50）從21.51cm升高到36.43cm。

[1]趙雪,芮久后,馮順山.重結晶法制備球形化 RDX[J]. 北京理工大學學報,2011,31(1):5-7.

[2]Watt D，Peugetot F．Reduced sensitivity RDX[C]∥35th Inter Annu Conf of ICT．Karlsruhe:ICT,2004．

[3]Bui-Dang R，Brady V．Evaluation of reduced sensitivity RDX in PBXN-109 in GP bomb[C]∥35th Inter Annu Conf of ICT.Karlsruhe:ICT,2004．

[4]Borne L, Beaucamp A．Effects of explosive crystal internal defects on projectile impact initiation[C]∥The 11th Int Detonation Symp. Snowmass: Office of Naval Research, 1998．

[5]劉志建.超細材料與超細炸藥技術[J].火炸藥學報,1995,17(4 ) :37-40.

[6]馬東旭,梁逸群,張景林.重結晶制備奧克托今(HMX)粒徑及晶形的研究[J].陜西科技大學學報,2009,27(1):54-57.

[7]王保民,張景林,邸運蘭. GAS 超臨界重結晶過程中的晶形控制問題[J].火工品,2001(2):11-13.

[8]王平,秦德新,辛芳,等.超聲波在超細炸藥制備中的應用[J].含能材料,2003,11(2):107-109.

[9]金韶華,松全才.炸藥理論[ M].西安:西北工業大學出版社, 2010.

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