提高新型高能發射藥力學性能研究

姚月娟，王鋒，張遠波，魏倫，于慧芳

(西安近代化學研究所，陜西 西安710065)

0 引言

隨著火炮向高膛壓的方向發展，對發射藥性能尤其是力學性能提出了較高的要求。發射藥的力學性能是保證火藥穩定燃燒的重要指標之一，力學性能的優劣直接關系到火炮射擊過程中的安全性能。目前武器上使用的發射藥主要有單基發射藥、雙基發射藥、三基發射藥以及硝胺發射藥等。發射藥是以高分子化合物硝化棉為主要粘結劑，非爆炸性或爆炸性增塑劑為增塑體系，并添加一定量高能固體炸藥組成的特種高分子材料［1］。新型高能發射藥是在高能發射藥RGD7的基礎上，添加了新的粘結材料來改善RGD7 發射藥的力學性能。該藥是近年研制成功的一種綜合性能優良的新型發射藥，該發射藥具有能量高、強度較好、燃燒性能基本穩定的特征，適用于大口徑壓制兵器，具有良好的應用前景。

本文設計了兩種不同含氮量的高能高強度發射藥樣品，研究了硝化棉的含氮量對發射藥的力學性能的影響，尤其是對低溫力學性能的影響。

1 發射藥樣品

1.1 發射藥樣品的制備

試驗用發射藥樣品為A 和B，采用半溶劑工藝制備，兩個樣品的硝化棉的含氮量不同，其中樣品A 硝化棉的含氮量為12.8%，樣品B 硝化棉的含氮量為12.6%，樣品中其它組成及藥型尺寸保持一致。

1.2 樣品的中止燃燒實驗

中止燃燒實驗裝置見圖1［2］。藥品散裝于藥室中，藥室容積為120 mL，樣品裝填量為10 g，以自制電底火點火，中止壓力約為35 MPa。

圖1 中止燃燒裝置圖

1.3 力學性能測試

發射藥的機械強度試驗包括抗壓強度和抗沖強度。抗壓強度試驗采用壓縮法，按GJB770B －2005 －415.1執行;抗沖強度試驗采用簡支梁法，按GJB770B －2005 －417.1 規定執行。

2 實驗結果與討論

2.1 中止燃燒實驗

將兩種發射藥樣品，分別用掃描電鏡觀察其微觀結構，結果見圖2。

通過掃描電鏡對不同樣品的燃燒表面情況進行觀察，樣品A 燃燒表面出現凹凸不平，分布著大量直徑在5 ～30 μm 的凹坑，燃燒表面有大量固體物料晶體存在。凹坑的直徑和RDX 的粒徑基本相當，分析認為是RDX 爆燃或脫落基體藥后所造成。燃燒表面上大量微坑的存在，增大了發射藥的燃燒表面積，發射藥燃燒時一定程度上偏離幾何燃燒規律。樣品B 中止燃燒表面為連續熔融層構成，熔融層表面無明顯的凹坑和固體物料析出。

圖2 不同樣品中止燃燒表面的SEM 圖

2.2 機械強度試驗

表1、表2 為兩種不同含氮量的高能高強度發射藥樣品在不同溫度下的抗壓、抗沖強度實驗數據。

表1 發射藥樣品的抗壓強度

表2 發射藥樣品的抗沖擊強度

試驗數據表明改變發射藥樣品中硝化棉的含氮量，發射藥的抗壓、抗沖強度均有所增大;隨著硝化棉含氮量的增加，發射藥的力學性能有所降低。主要原因是:采用半溶劑法制備的發射藥樣品，在壓伸成型過程中硝化棉大分子被沿軸向取向［3］。發射藥在沖擊試驗中，受力方向垂直于硝化棉高分子鏈的排列方向，則發射藥的斷裂表現為化學鍵的斷裂和范德華力、氫鍵的破壞。此外，當硝化棉的羥基基團被硝酸酯基基團取代后，硝化棉分子鏈間的氫鍵減少了，氫鍵間的作用力以及硝化棉分子鏈間的范德華作用力也在減弱。在發射藥在受到外力作用時，由于硝化棉分子鏈間作用力的減弱，分子鏈之間容易被破壞，宏觀上表現為發射藥力學強度的降低［4］。

當環境溫度為－40 ℃時，硝化棉含氮量為12.6%的新型高能發射藥比硝化棉含氮量為12.8% 的發射藥的抗壓強度和抗沖擊強度有所提高。該結果表明改變硝化棉含氮量可以提高發射藥的低溫力學性能。分析其原因:一方面是由于含氮量12.6%的硝化棉分子分布比較均勻，聚合度較大，塑化性能較好，有利于提高發射藥的機械力學性能;另一方面，隨著發射藥中硝化棉含氮量降低，硝酸酯基的數量在減少，這樣硝化棉中的端羥基較容易與發射藥配方中固體填料的極性氧原子形成氫鍵，從而提高了硝化棉與固體材料的結合能力，改善發射藥的力學性能。

3 結論

1)改變含氮量可以提高發射藥的力學性能，特別是對低溫力學性能。硝化棉含氮量為12.6%的新型高能發射藥的力學性能明顯優于硝化棉含氮量為12.8%的發射藥。

2)硝化棉含氮量為12.6%的新型高能發射藥的抗壓強度，抗沖擊強度優于硝化棉含氮量為12.8% 的發射藥。

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