關于炸藥的研發探討

吳寶赫 盧明遠 柏忠林

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關于炸藥的研發探討

吳寶赫 盧明遠 柏忠林

（沈陽理工大學 裝備工程學院 遼寧沈陽 110000）

炸藥的研發，在古典意義上，是根據實際應用功能模擬炸藥分子形態，通過經驗方程判斷可行性，然后做出sample進行一系列測試的。即首先確定框架，然后上敏感/鈍化基團。本文將展開對炸藥研發的討論，主要是研究炸藥的研發過程，炸藥與火藥的聯系和區別以及炸藥發展的展望。

特種能源；炸藥；研發

一、關于炸藥研發的概述

（一）炸藥研發的過程

1、從硝化甘油到諾貝爾的研發

早在1847年，意大利的索伯萊格就發明了一種烈性炸藥，叫硝化甘油。它的爆炸力是歷史上任何炸藥所不能比擬的。但是這種炸藥極不安全，稍不留神，就會使操作人員粉身碎骨。許多人因為意外的爆炸事件而血肉橫飛，連尸體也找不到。諾貝爾決心把這種烈性炸藥改造成安全炸藥。1862年夏天，他開始了對硝化甘油的研究。這是一個充滿危險和犧牲的艱苦歷程。

2、大勢所趨的“合成含能材料”

1988年的化學諾貝爾獎公告上宣布:“化學不再是單純的實驗科學了”，再加上20世紀80年代計算機技術的異軍突起，出現了 Molecular Design這門學科，而目前，通過走“分子設計”方法結合實驗的研究道路合成含能材料已成為大勢所趨。

（二）當代關于炸藥理論

因此，QM(量子化學)成為了當代理論的核心，經驗公式已悄然淡去，成為了簡便計算的工具，目前的研發過程，包括MM(分子力學)，MD(分子動力學)，以及化學熱力學，化學動力學，統計力學，炸藥理論等多種學科。

二、炸藥的研發進程

（一）對復雜分子的發現

那么，人們是如何發現這些能量和安全性都極好的復雜分子呢？這就用到有機高能炸藥和有關有機物晶體結構數據庫了，這是個神奇的玩意，讓我們從浩如煙海的有機分子中尋找到我們需要的存在，然后根據現有主要炸藥結構剖析，歸類并與爆轟性能與感度的關聯，篩選出一批候選分子，按有機晶體中常見空間群，搭建一堆猜測堆積結構，并進行預篩選，根據晶格能計算得到較理想的炸藥分子，再通過經驗公式得到爆轟性能佳的炸藥分子，然后提供給合成人員，并總結形成分子設計體系。

總的來說，就是找啊找啊找出一堆分子，算算看哪一分子更可行，篩掉大部分，留下來還有一小堆，再精確計算。把它整出來實物研究。

（二）炸藥的工藝流程

炸藥的工藝流程相對于其他的化工產品來說是相對簡單的。一般現在的民用炸藥（也稱為工業炸藥）大致有三種：膨化炸藥、乳化炸藥和震源藥柱，膨化炸藥、乳化炸藥一般用于煤礦開采、開山等（乳化炸藥的抗水性能好），震源藥柱主要是用于石油開采。膨化炸藥的原材料是硝酸銨、木粉和復合燃料油，乳化炸藥的原材料是硝酸銨、復合燃料油以及發泡劑等，震源藥柱的原材料是TNT和硝酸銨等。根據其使用的場地和對象不同，炸藥的基本配方比例也相對應的有所調整。

（三）炸藥在水下和空氣中爆炸力的比較

等效TNT當量：W；爆距：R。

Z＝R/W^(1/3).

空氣中沖擊波峰值經驗公式：P1=0.084/z+0.27/z^2+0.7/z^3.

水中沖擊波峰值經驗公式：P2＝52.27*(1/z)^1.13.(R要大于6倍的藥包半徑)

對于100Kg TNT: R=1.5m => P1/P2=0.13; R=5m => P1/P2=0.018。

可以看出空氣中爆炸中心的沖擊波壓力峰值比水中大，但是空氣中沖擊波峰值隨離爆炸中心的距離增大衰減很快。簡而言之，空氣中炸藥的殺傷力和有效殺傷半徑都比水中小很多。

此外，炸藥在水中爆炸時，爆炸高壓氣體還會在水下產生氣泡，500Kg TNT當量的炸藥在水下爆炸時甚至會產生直徑十幾米的氣泡。氣泡膨脹收縮產生的脈動壓力以及氣泡坍塌時產生的射流都會對艦船產生極大的損傷。氣泡脈動的周期一般和艦船的低階振動周期差不多，可以引起艦船的折斷，而氣泡射流的峰值壓力極大，可以使沖擊波產生的局部破口進一步擴大。

綜上，水下爆炸的殺傷力要更大一些。

（四）炸藥和火藥的比較

火藥與炸藥在理論上并沒有嚴格的界線，我們對其區別一般會基于作用方式，火藥是燃燒做功，炸藥是爆炸做膨脹功，在應用上相互交叉的。比如，黑火藥、單基藥、雙基藥等作為發射藥，推進劑時是火藥，當然某種條件下實現燃燒轉爆轟就進去炸藥的范疇而黑索金梯恩梯等有時也作為推進劑添加劑所以我們統稱為火炸藥。

一般而言，學科上的分類是 :黑火藥及推進劑（單基藥、雙基藥、復合藥等）為火藥。TNT、黑索金等猛炸藥為炸藥。其作用傳播過程不同（燃燒是熱傳導熱輻射產物擴散，炸藥是沖擊波），產物質點與波的傳播方向不同（燃燒相反，爆炸相同），速度不同

其次，火炸藥范疇包括的是炸藥火藥煙火藥三者

三、國內外研究現狀及展望

目前國內外的炸藥研發并不成熟，上世紀的主力炸藥還沒退出歷史舞臺，而其它奇形怪狀(金屬氫，反物質，全氮化合物之類的)高能材料正吸引著人們的視線，希望含能材料的研發造福人類，而不會荼毒眾生。

說實在話，對于含能材料的開發已經逐漸接近一個瓶頸期，從氧化還原、N-N高能鍵儲能到如今主流的籠形結構角張力儲能，能量水平上升的空間已經越來越小，許多新型能材在性能上的些許提升完全可以用傳統能材以量彌補，何況不少非常實用的二三元混合物能材，在kg級或噸級水平的做功能力上顯著強于新型能材，所以新型能材的未來還是有賴于一些突破性、概念性的進展。

[1]顏小東,葉志文,崔曉榮,尤靜嫻. 一種新型乳化炸藥專用高分子乳化劑的研發與應用[J]. 中國礦業,2014,(12):128-131.

[2]王振全. 薄煤層用乳化炸藥的研發與應用[J]. 黑龍江科技信息,2014,(05):39.

[3]崔曉榮. 車制高硫礦山用乳化炸藥的研發與應用[A]. 中國兵工學會民用爆破器材專業委員會.民用爆破器材理論與實踐——中國兵工學會民用爆破器材專業委員會第七屆學術年會論文集[C].中國兵工學會民用爆破器材專業委員會:,2012:5.

[4]孔祥云. 乳化炸藥生產過程安全監控集成系統研發[D].杭州電子科技大學,2012.

Explosives in research and development, in the classical sense, is simulated according to the practical application function explosive molecules form, through empirical equation to judge the feasibility, and then make a sample for a series of tests. That determine the framework first, and then on the sensitive/passivation group. This article will expand the discussion of the explosive development, mainly the development process of explosives, explosives and the relation and distinction between of gunpowder and explosive development outlook.

special energy; Explosive; Research and development

G322

B

1007-6344（2017）03-0307-01

吳寶赫，男 1998,03,19,滿族,遼寧省本溪滿族自治縣，在讀于沈陽理工大學裝備工程學院，特種能源技術與工程專業。