黑索今（RDX）的化學名為環(huán)三亞甲基三硝胺，化學式為（CH2NNO2）3。 作為一種硝胺類炸藥，RDX具有威力大、猛度高、資源豐富和價格低廉等優(yōu)點，是復合固體推進劑（NEPE）的主要固體填料。 當推進劑受到載荷作用時， 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，最終影響推進劑的力學性能和燃燒性能。 Oberth[1]等提出對 RDX 等顆粒進行表面包覆處理， 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，并且固體推進劑的力學性能、 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 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， 已在很多領域中得到廣泛應用。 將 WPU 作為 RDX 的包覆材料，具有不污染環(huán)境（含少量或不含有機溶劑）、操作安全等優(yōu)點。本 研 究 選 擇 單 凝 聚 法 （物理包覆機理 ）、原位聚合法（化學包覆機理）對 RDX 進行包覆處理，并對兩者的包覆效果進行了比較與分析。

1 試驗部分

1.1 試驗制備

1.1.1 WPU 乳液的制備

      在裝有攪拌器、溫度計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 ℃；然后加入計量好的 TDI、二月桂酸二丁基錫，恒溫反應 1.5 h；取樣檢測體系中的-NCO 含量，當-NCO 含量達到理論值時停止反應。 降溫至 60 ℃左右，加入親水擴鏈劑（DMPA）和 EP，升溫至 70 ℃繼續(xù)反應 2.5 h；當-NCO 含量達到理論值時停止反應。 降溫至 30 ℃，加入計量好的三乙胺、水和有機硅偶聯(lián)劑，快速攪拌混合均勻，恒溫反應 30 min；然后加入乙二胺進行擴鏈反應，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)構不發(fā)生化學變化， 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；當分子間距離小于 50 nm 時，兩者間的分子間力（如色散力、氫鍵等）發(fā)生作用。

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

1.2 性能測試

（1）撞擊感度（以特性落高 H50 值為衡量指標）：按照 GJB 772A-1997 標準，采用落錘式撞擊感度測試儀進行測定（試樣質(zhì)量為 34～36 mg，落錘質(zhì)量為5 kg， 每組試樣為 25 個）；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)點溫度為衡量指標）：按照 GJB 772A-1997 標準，采用爆發(fā)點測試儀進行測定；5 s 延滯期爆發(fā)點溫度越高， 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)象嚴重， 說明 RDX 表面未被均勻包覆；當 RDX 受到撞擊時，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，導致其撞擊感度相對較高。綜合考慮，選擇單凝聚法包覆RDX 時較適宜。

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， 采用單因素試驗法優(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：當溫度、壓力一定時，若 RDX 的臨界表面張力固定不變，則 RDX 粒度越?。?A 越大），G 越高（即表面吸附能力越強），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 RDX 粒度過小時，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 RDX 粒度>200 目時，H50 值升幅趨緩；當 RDX 粒度>300 目時，H50 值呈下降態(tài)勢。 綜合考慮， 選擇 RDX 粒度為120～300目時 較 適宜， 此時 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，當粒度為 120～300 目時，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 RDX 粒度為 120～300 目時，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 的親水基團帶負電，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w（陽離子型表面活性劑）>1%時，H50 值升幅趨緩，說明此時撞擊感度降幅較小。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，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 RDX粒度為 120～300 目時，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 w（ 陽 離 子 型 表 面 活 性劑）=1%時，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：138-0569-8771（何經(jīng)理）

電話：86-0551-68103252

傳真：86-0551-68103253

郵箱：hengtian_hwh@163.com

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