熔铸传爆药配方设计--毕业设计.doc

中北大学2016届毕业论文摘要:通过了解国内外熔铸炸药载体研究现状及现今许用熔铸炸药配方，设计一种以CL-20为固相，DNP为液相载体，运用kamlet半经验式和Urizar式计算当实际密度达到理论装药密度90%以上的爆速大于8000ms-1的初步配方。熔铸成预订形状，测试爆速、相容性、临界直径等，通过工艺处理及添加剂来提高药剂的冲击波感度和爆轰冲能，最终确定配方。关键字：熔铸炸药、载体炸药、DNP、CL-20、爆速、临界直径 Abstract：By understanding the research status of carriers for melt-cast explosives and permissible cast explosive formulation at home and abroad now,a kind of melt-cast explosive formulation was designed that consists of a solid and liquid phase by CL-20 and DNP respectively,initial formulation was calculated by using kamlet semi-empirical formula and Urizar，then finding the formulation with detonation velocity greater than 8000ms-1 when the actual density exceeds 90% the density of theoretical charge。Finally,casting the useful formulations become desire shape,testing the detonation velocity,compatibility and critical diameter,in order to improve the shock wave sensitivity and detonation we can treat process and add to additives，then the promising formulation will be gained。Keywords: cast explosives, explosives of carrier,DNP,CL-20, detonation velocity,critical diameter1 引言1.1 设计背景随着高科技武器的快速发展，武器系统对弹药提出了更加苛刻的要求，不仅要求能高效精确的实现对目标的精确打击和毁伤，并且武器研究人员把安全性和高可靠性作为主要目标1。对常见的注装法、压装法和螺旋装药法装药工艺而言，压装法是一种很古老的装药方法，用于压装法的炸药较广和压装药柱的冲击波感度比注装药柱明显的大这两个显著特点，使压装法仍然是一种主要的装药方法。如上所述，由于压装药柱的冲击波感度明显大于注装药柱，这是由于压装药柱的结构特点所决定它受冲击波作用时，很容易产生热点而发展成为爆轰。故当今武器系统中多采用压装传爆药柱对主装药进行起爆，小口径弹药也必须用压装法装药，为的是弹药能适时的确实起作用。但是压装法的应用也有一定局限性，如形状复杂、药室有突起部分的弹体，采用压装法的药柱其机械性能、装药密度等也会受到限制。其次由于钝感主装药的出现，对引信爆炸序列中的传爆药柱提出了更高要求，传统的圆柱形传爆药柱很难适应钝感主装药的可靠引爆要求。而注装法的装药密度、机械性能、连续化等都优于压装法，且可以注装为各种形状，可以通过聚能效应来提高传爆药柱起爆能力。但由于注装法对炸药的特殊要求，如熔铸炸药载体及高能主体炸药的选择，熔铸过程中对熔铸炸药常见的疵病如气孔、缩孔、裂纹等，这些都给熔铸炸药的配方设计及制备带来了障碍，故许多炸药的应用受到限制，例如对一些熔点较高、且接近于熔点要分解的炸药，只能以固相颗粒加入到熔化旳TNT或其它低熔点炸药中，作为注状混合炸药来使用。众所周知，传爆药是一类由猛炸药组成的物质，其冲击波感度高于相应的主装药。在实际的使用中，人们通常把传爆药制成导爆管、导爆药柱、传爆管、传爆药柱、扩爆元件及爆炸逻辑网络等元件。传爆药品种、能量、传爆方式、安全性及其同主装药的匹配关系，是武器和引信设计人员必须考虑的重要问题2。在设计引信时，以前往往重视可靠性，忽视安全性，造成武器在战场上生存能力差，有时出现意外事故，因此，二者必须同时兼顾。在传爆药的发展史上大概经历了单质炸药、熔铸炸药、挠性炸药及钝化黑索金及其他猛炸药等阶段，这是人类对能量和安全性双重要求下而不断改进配方的结果。传爆药是邻近主装药的用以传递和扩大爆轰波的炸药，故其作为主发装药应有足够的起爆能力用于起爆主装药，而作为被发装药则应有足够的冲击波感度，以便能被雷管可靠起爆。而对于现今的压装传爆药柱而言，弱的力学性能、密度低及在压装时的危险性等的考虑，所以决定探索熔铸传爆药的可行性。1.2 设计目的及意义高能炸药的固相颗粒加入到熔融态炸药基质中形成悬浮状流动态进行铸装的混合炸药统称为熔铸炸药。在20世纪初以 TNT 为基的熔铸炸药开始广泛替代以苦味酸为基的易熔混合炸药，普遍装填于榴弹、反坦克、破甲弹、地雷、火箭弹、导弹等各类弹药，曹端林等3对现今国内外熔铸炸药载体进行了综述，介绍了近20年来发展的18种熔铸炸药载体的物化性能、爆轰性能及合成方法，分析了它们作为载体炸药的优缺点；Ravi Pasupala4等对20多种载体炸药进行了综述，对其结构式、性能参数和合成路径进行了全面的介绍。通过了解，发现以 TNT为载体的熔铸炸药在军用混合炸药的比例曾高达90%以上。由于熔铸炸药成本低廉、成型性能好、适应各种形状药室的装药、自动化程度高等，故其在军用混合炸药中的地位还无可替代。由于熔铸炸药各方面的优越性能，对设计一种熔铸传爆药配方以满足其在传爆序列中可靠而稳定的传递和扩大爆轰波的作用带来了可能。但对于绝大多数熔铸炸药来说，粗结晶、缩孔、气孔、裂纹等均为其生产、制造过程中的疵病。粗结晶的药柱结构疏松，密度和强度都较低，当炮弹发射时，在惯性的作用下，可能使药柱破裂摩擦而造成膛炸，且粗结晶药柱的爆轰感度低，还容易引起药柱起爆不安全等。药柱中的缩孔、气孔和裂纹，都会使药柱强度降低，产生应力集中现象，在炮弹发射时导致膛炸。所以注装工艺的主要任务就是要获得无疵病的优质药柱，这样才能保证熔铸药柱的力学性能、安全性和能量输出等。郑宝辉等5对国内外熔铸炸药的研究现状和发展趋势进行了研究，提出了熔铸炸药是目前战斗部最主要的装药方式之一，但是现有以 TNT 为载体的熔铸炸药配方在能量、安全性、装药质量和力学性能等方面存在明显缺陷。主要为以TNT为载体的熔铸炸药存在着渗油、空隙、机械性能差等特点，且其能量性能主要取决于基本药的含量，基本药含量越高能量越高，但随着基本药含量的变高其粘度就会变大，使其铸装性能下降，以至无法装填。而熔铸炸药中炸药熔融体系的流变性是影响其浇铸性能、成型性能和产品质量的主要因素，通过采用表面光滑的球形固相材料、进行颗粒级配、加入添加剂等都是改善流变性能的有效方法。为改善熔铸炸药的工艺性能，李俊龙6等认为一般可以加入添加剂以改变黏度，利用加入适量电性的表面活性物质，可使其首先吸附在主体炸药粒子表面，减少熔铸炸药流动的内摩擦，既起到润滑的作用，又可防止主体炸药粒子过多地吸附熔态炸药载体，使游离的炸药载体增多，降低熔融炸药的黏度，便于工艺操作。反之如果粘度太小，同样可以加入添加剂来改变。王政等7以球形化RDX/DNAN为基的高致密熔铸装药的可行性和优越性进行了研究，结果表明相同配比下球形化RDX的TNT基高致密炸药相对于使用普通RDX的TNT基高致密熔铸炸药，其密度更高，冲击波感度更低。对提高配方的安全可靠性提供了新思路。李子锋等8研究了添加剂对B炸药（40TNT/60RDX）流变性的影响，实验后发现：具有极性基团和非极性基团的两部分添加剂，其极性基团优先吸附在RDX 表面，非极性基团则起到隔离RDX和TNT的作用；添加剂非极性基团的结构对降低40TNT/60RDX的黏度有一定的影响，带侧链结构的添加剂的降黏效果比直链结构添加剂明显。 而主体炸药的能量性能又是决定熔铸炸药输出能量的又一关键因素，NTO、HMX、TATB、CL-20等高能量密度材料由于对炸药的能量密度越来越高的要求而应运而生。这些对传爆药的高能输出提供了可能。通过研究国内外熔铸炸药载体和高能炸药来设计一种熔铸传爆药配方以达到对现今要求的钝感主装药的可靠起爆，同时用kamlet半经验式计算当实际密度达到理论装药密度90%以上的爆速大于8000ms-1，药柱临界直径小于0.5mm，熔点低于100的配方要求，用MS软件模拟等进行模拟，通过对熔铸工艺的探索和改进以制造出符合力学性能、安全性能的药柱，因此对熔铸传爆药来说这些都必须在配方设计及制备中得以解决。2 配方成分选择 参考国内外熔铸炸药配方设计，如Pentolite（50%PETN+50%TNT）、B炸药（59.5%RDX+39.5%TNT+1.0%蜡）和Cyelotol（60%75%RDX+25%40%TNT）等9，发现大多数熔铸药配方均以载体炸药和基本药的形式来设计熔铸药配方，且均以基本药来提供主要能量输出。故现主要目的为熔铸炸药连续相和主体炸药的选择。2.1 熔铸炸药连续相选择熔铸炸药载体可通过硝硫混酸、发烟硝酸和硝酸乙酸酐等硝化剂硝化合成，由此可知其合成对环境和人体健康都会产生危害。由于熔铸炸药的熔铸、成型工艺和环保要求，理想的熔铸炸药应该具有以下性质：（1）熔点为70120；（2）低蒸汽压（较低的毒气吸入量）；（3）在熔点和化学分解开始之前有足够的电荷分离；（4）冷却时没有收缩和扩张；（5）弹药和弹壳间没有间隙；（6）高密度和优良的爆炸性能:（7）不过早爆炸；（8）绿色合成3。 通过对国内外熔铸炸药研究现状的了解，蒋秋黎等10在寻找替代TNT的用于熔铸炸药的液相载体时，对TNAZ/DNTF最低共熔物进行了研究和表述，其性能结果如表1：表1 计算结果和实测结果对比表炸药密度/（gcm -3）爆速/（mS -l）爆热/（Jg-1）TNAZ计算值实测值1.841.649000753060275168DNTF计算值实测值1.931.739250804060545478TNAZ/DNTF计算值实测值1.881.738824796260385454B炸药计算值实测值1.741.657757711651094774由表1知，TNAZ/DNTF比例为60/40时最低共熔物的熔铸密度可达92.0%最大理论密度，均高于纯的单体，其实测值为=1.73gcm-3，爆速7962ms-1，爆热5454Jg-1，基本高于B炸药的理论值。若作为熔铸炸药液相载体添加RDX或CL-20等高能炸药，其爆轰能量将更高，这与传统的TNT基熔铸炸药相比，能量和毁伤威力将大幅提升。王亲会等11通过研究DNTF/TNT最低共熔物，然后加入高能物质HMX组成新型熔铸炸药，且发现其装药密度为l.86 gcm -3，爆速8800 mS -l，做功能力l59%TNT当量。结果如表2：表2 DNTF/TNT的组成和性能DNTF/%TNT/%熔点/max/gcm -3vD/mS -l010080.91.65469703862571.74877526238801.81982977921921.870870990101001.904898610001101.9379250从计算结果知，二者最低共熔点在80100时，其密度均大于1.80gcm-3，爆速均大于8000ms-1，可以作为高性能载体炸药使用。DNP为一种高能熔铸炸药载体，其熔点486，=1.81gcm-3，爆速8240ms-1，爆压28.80GPa，撞击感度适中，摩擦感度低，热稳定性也较好，既符合熔铸炸药载体的低熔点也具有高能量输出的特点。相比于TNT的80.8，=1.64gcm-3，爆速6940ms-1，爆压29.0GPa而言，DNP的爆速和密度都要优于TNT，这可以保证传爆药在爆炸序列中任务的完成，是一种应用前景很好的载体炸药。现考虑以DNP、TNAZ/DNTF最低共熔物或TNT/DNTF最低共熔物为熔铸炸药连续相。由上知，TNAZ/DNTF及TNT/DNTF与DNP的性能参数比较知其性能参数相近，考虑到熔铸过程的简单化、原料易得及经济环保等要求，再由于能量输出主要以主体炸药为主，现决定应用DNP作为熔铸炸药载体。下为DNTF（二硝基呋咱氧化呋咱）、TNAZ（1,3,3-三硝基氮杂环丁烷）和DNP（3,4-二硝基吡唑）的结构式： 2.2 熔铸炸药中主体炸药选择2.1.1 传爆药中常用主炸药及其要求传爆药应具有足够的安全性、良好的安定性和相容性，对热、撞击、摩擦、火焰、静电放电以及各种辐射等能量的感度较低，以便于勤务处理，保证生产加工、运输和使用安全；并要求其对冲击波和爆轰波的感度较高，以保证较易起爆，且作用确实可靠。所以熔铸传爆药配方中对主体炸药的选择应该考虑其爆轰性能和冲击波感度及原材料的易得性等，传爆药中常用单质猛炸药有太安（PETN）、黑索金（RDX）、奥克托今（HMX）、六硝基芪（HNS）等。数十年来，RDX、HMX一直作为高能炸药的代表，特别是RDX成本相对低廉，是熔铸炸药配方的主要增能组分，广泛应用于各种战斗部装药。RDX、HMX、HNS和PETN的性能参数，各自参数如表3：表3 火工品常用单质猛炸药的性能比较8炸药名称熔点/爆发点（5s，）撞击感度（10kg落锤，25cm落高的爆炸概率）爆速/（ms-1）密度/（gcm-3）RDX20426080%86401.82HMX280300327100%91001.90HNS31435071001.70PETN141222228100%85001.74由表1知， 由表中的数据可知，HMX和PETN的撞击感度太高，与传爆药的勤务处理、生产加工等的安全性要求不符，而HNS的密度和爆速相对于RDX而言太低。下图为HNS（2.2，4,4，6,6-六硝基均二苯基乙烯）、RDX（环三亚甲基三硝胺）和HMX（环四亚甲基四硝胺）的结构式： 2.1.2 现今高能炸药介绍而对于传爆药中的主体炸药除了上述几种之外还有六硝基六氮杂异戊兹烷（CL-20）、三氨基三硝基苯（TATB）等。TATB炸药为对高温、冲击和撞击非常钝感的高威力炸药（=1.847gcm-3，爆速7660ms-1，爆压25.9GPa）12,这些不利于传爆药的能量输出和传爆。CL-20是目前获得实际使用的典型高能量密度化合物(HEDC)，欧育湘等13介绍了CL-20在混合炸药、推进剂、发射药中的应用特点及成果，其中有些混合炸药配方如PAX-11及PAX-29等已经克服了CL-20的高感度缺点，有效的提高了炸药配方的威力；含CL-20的推进剂虽然感度较高，但其具有能量输出高、低特征信号等优点；含CL-20的发射药比含RDX的发射药能量有所提高，而感度与之相当。李海星研究了采用CL-20为主体炸药，并经过细化、颗粒级配等，再与HTPB、硅橡胶、GAP等热固性粘结剂组成混合炸药，然后加入增塑剂和其他添加剂，用各种注射工艺将混合炸药注射进小尺寸的沟槽中，且要确保性能参数和炸药在沟槽中传爆。Turcotte Richard等14CL-20的热分解进行了研究，对CL-20在熔铸过程中的应用提供了依据。对鉴于CL-20在混合炸药、推进剂、发射药中的应用，故考虑其在传爆药中的使用，以期能达到更高的能量输出。在已知的四种晶型(）中，以CL-20密度最高、稳定性最好等，且能够和大多数粘结剂与增塑剂相容，这些优点都使HNIW在混合炸药的使用中引起了广泛的关注15，如多种含HNIW的塑料粘结炸药（PBX）的混合炸药配方及由HNIW与粘结剂组成的推进剂或炸药配方能显著提高武器的燃烧速度、比冲和爆炸性能。现比较其与其它能量物质，表4汇集了三种应用最广泛的含能化合物梯恩梯（TNT）、黑索金（RDX）、奥克托今（HMX）与CL-20的能量指标及安全性能方面的比较。表4 含能化合物TNT、RDX、HMX和CL-20能量指标与安全性比较12项目TNTRDXHMXCL-20密度/gcm-31.651.821.902.04氧平衡/%-74.0-21.6-21.6-10.9标准生成焓/kJmol-1-45.492.6104.8460.0爆速/kms-16.9（相对密度91.64gcm-3）8.6（相对密度91.77gcm-3）9.0（相对密度91.88gcm-3）9.6（计算值）爆压/GPa19343943（计算值）爆容/cm3g-1738903886827摩擦感度/N35312012054撞击感度/Nm157.47.44闪点/300230287228数值越小，感度越高。 由表2可知，CL-20与RDX和HMX相比不仅密度大，而且爆速和标准生成焓都远远大于它们，而CL-20的摩擦感度和撞击感度均大于RDX和HMX，给传爆药的勤务处理和安全生产带来了障碍，但由于对高的撞击感度可以使传爆药的更可靠起爆而高的能量输出又可以提供足够的能量来引爆主装药的考虑，同时可以通过给配方中加入钝感剂或通过改晶等方式来解决高感度的问题，而RDX的能量输出较Cl-20小，再由于CL-20在发射药、推进剂、混合炸药中得到广泛的应用和研究，但在传爆药中却非常少。综合考虑决定用Cl-20作为熔铸传爆药配方中的主体炸药。炸药的颗粒品质与能量性能有密切关系，颗粒品质包括外部品质（颗粒间品质）和晶体品质（颗粒内品质或内部品质）。如CL-20的四种不同晶型所表现出的能量性能和各种感度均有所差异，因此对炸药颗粒进行适当的表面改性处理是提高炸药安全行的有效工艺方法16，用钝感剂包覆能有效的降低炸药的机械感度，同时过多的使用又会损耗炸药的输出能量，而含能低感包覆剂可以有效解决这个问题。综合考虑采用晶型为-CL-20做主体炸药。下为TATB（三硝基均苯三胺）和CL-20（六硝基六氮杂异伍兹烷）的结构式： 2.3 其他成分的选择 熔铸炸药的感度、流变性。塑性等对熔铸炸药的能量输出、力学性能、注装工艺及安全性等起到非常重要的作用。感度是衡量火炸药在受到一系列标准模拟作用力下能够分解、燃烧、爆炸等的难易程度，影响炸药感度的因素是多方面的，如各组分的化学、物理状态与结构、相容性等。国内外学者己开展了大量研究工作，以寻找行之有效的改善炸药感度的途径和方法。使用低感添加剂是降低炸药感度方便有效的方法，代表物有蜡类物质和聚乙烯吡咯烷酮5，Sivabaland等17通过超声波处理的CL-20进行了冲击和摩擦感度性试验，结果表明感度特性大大降低。对传爆药而言主要考虑药剂的冲击波感度和撞击感度，传爆药的冲击波感度不能太低以免不能被雷管可靠引爆，撞击感度同样不能太高，否则会给勤务处理及安全生产带来隐患，合适的感度不仅可以确保药柱被可靠起爆且可以对弹药的成型加工及勤务处理带来安全性保证。现参考B炸药（59.5%RDX+39.5%TNT+1.0%蜡）的配方，决定加入1.0%的蜡作为钝感剂。流变性是指物质在外力作用下的变形和流动性质，主要指加工过程中应力形变、形变速率和粘度之间的联系。Dawer Sun等18通过对熔铸炸药进行数值和经验的研究，认为对熔铸炸药而言，流变性是影响熔铸炸药浇铸性能、成型性能和产品质量的主要因素，并在不同冷却温度、应力分布、粘度下进行了实验研究。采用表面光滑的球形固相材料、进行颗粒级配、加入添加剂等都是改善流变性能的有效方法，对熔铸药常见疵病的防治起到了特别重要的作用。利用加入适量电性的表面活性物质，可使其首先吸附在主体炸药粒子表面，减少熔铸炸药流动的内摩擦，既起到润滑的作用，又可防止主体炸药粒子过多地吸附熔态炸药载体，使游离的炸药载体增多，降低熔融炸药的黏度，便于工艺操作5。反之如果粘度太小，同样可以加入添加剂来改变。为了改变熔铸体的力学性能，现决定加入增塑剂和固化剂来提高。李俊龙等19采用HNIW/HTPB分别为高能填料和粘结剂在真空浇注法下制备传爆药，在熔铸时就加入了TDI（固化剂）和DBP（增速剂），本文参考其添加比，决定以TDI/DPB比为0.5/0.5加入配方中。3 配方理论计算3.1 性能参数计算3.1.1 kamlet法计算爆速熔铸传爆药配方成分的初步确定，鉴于R.Sundararajan等20通过一种简单的方法来估计有机混合物炸药的爆速，该方法基于简单的化学计量平衡来预估，为初步确定炸药的配方提供了依据。现提出以DNP为连续相，CL-20为固相的初步配方设计，其中CL-20/DNP分别以50/50、55/45、60/40、65/35、70/30配比20，运用kamlet半经验法估算各配比的爆速。kamlet半经验法可以用于估算含碳-氢-氧-氮-氟炸药的爆速，误差一般在3%以下。它只需要知道炸药的分子式、初始密度和生成焓，就可以算出爆轰参数。由于蜡和固化剂、粘结剂等所占比例及其能量输出都非常小，故在计算配方爆轰参数计时不予考虑。表5为成分主要参数，其中爆速计算公式如下： vD=0.7062（1+1.300） （1-1） =N （1-2）式中：vD炸药的爆速，kms-1； 0炸药的初始密度，gcm-3（0=0.90TMD）； N每克炸药爆轰气体产物的物质的量，molg-1； M气体爆轰产物的平均相对分子质量； Q爆热，Jg-1。表5 配方主要成分及其参数炸药分子式相对分子质量密度/gcm-3生成焓/kJmol-1CL-204382.04460.0DNP1581.81120.1参数计算公式如下： TMD= (1-3) Hf=+ （1-4） N= （1-5） M= （1-6） Q= （1-7）式中:-混合炸药中各组分的体积; ,-分别为RDX、DNP在配方中的含量； a、b、c、d-分别表示质量为1kg时混合物中碳、氢、氧、氮元素组成为。表6 kamlet法计算不同成分配比的爆速、爆热理论计算结果成分配比（CL-20/DNP）vD/kms-1TMD/gcm-3Q/Jg-150/508.051.9185566.6855/458.111.935588.1460/408.1651.9415612.78865/358.2751.9535635.01370/308.2791.9655658.069由表6中计算结果可知，随着组分中CL-20含量的不断增加，配方的爆热、爆速及最大理论密度都逐渐变大，按照能量输出越高越好的原则，应该选择爆速最大的配方，但是随着配方中主体炸药含量的增多，混合体系的流变性就会相应的变差，而能量输出又是主要以主体炸药的含量而表征的，它们之间相互掣肘。李俊龙等18通过对主体炸药进行颗粒级配能很好的解决这个问题，这样既可以增大装药密度，又可以使装药更加均匀，对能量均匀、稳定的输出能起到很好的促进作用，对注装工艺的易操作化也有很大的帮助。图1 一定配比下爆速和密度关系图 图1 一定配比下爆速和爆热关系图3.1.2 Urizar法计算爆速上文通过kamlet法计算了理论爆速，这里将通过Urizar法计算配方理论爆速，陈鲁英等16通过Urizar公式计算含Cl-20炸药配方的爆速，发现计算值与实测值基本一致。所以本文通过两者的比较来确定更准确的确定配方性能参数，表7为成分参数，计算公式如下： Dmax=DiVi (2-1)式中：Dmax混合炸药的理论最大爆速； Di组分i的特征爆速； Vi组分i的体积分数。表7 配方主要成分及其参数成分爆速/kms-1密度/gcm-3CL-209.62.04DNP8.241.81 D0=Dmax/4 + Dmax0/TMD (2-2)式中：0装药实际密度（0=0.90TMD）； TMD 装药的理论最大密度； D0装药在密度为0时的爆速。表8 Urizar法计算不同配方的计算结果成分配比（CL-20/DNP）vD/kms-1TMD/gcm-350/508.211.91855/458.281.9360/408.341.94165/358.401.95370/308.471.965 为了更好的比较kamlet法计算的爆速和Urizar法的差异，现绘制如图3所的图形来说明问题，如图所示，在相同配比下Urizar法计算的爆速值略高于kamlet法计算的爆速值。图3 一定配比下kamlet法和Urizar法计算的爆速对比关系图3.2 配方最终确定由表6和表8计算结果知，kamlet计算结果可达到Urizar结果的97%以上，且计算结果都是在装药密度在90%最大理论密度情况下的计算结果，且均达到了大于8000ms-1的要求。谭彦威等21研究表明，当主体炸药/载体炸药比例大于65/35时，其爆速实测值反而降低，参考其熔铸时情况可知，这两个配方在熔铸时流动性变差，当注入模具后，药柱中所夹带的气泡不能完全排空，同时由于液相载体的量减少，药柱在冷却过程中，内部产生小裂缝等瑕疵，当爆轰波传播到这些瑕疵时将降低爆速，从而导致整个药柱爆速降低，出现不稳定爆轰等情况。现出于对能量和熔铸时流变性的考虑，决定使用配方比为65/35的配方，如上文所述，对药剂感度和力学性能的考虑，把1%的蜡和以TDI/DPB比为0.5/0.5加入配方中用以分别替代1%的Cl-20和1%的DNP，故最终配方比CL-20/DNP/蜡/TDI/DPB的比为64/34/1/0.5/0.5，加入配方中然后通过熔铸成型，实测其能量示性数和临界直径。4 临界直径确定4.1 临界直径概述炸药的临界直径是描述炸药爆轰传播动力学行为的重要参数，其在炸药的应用上具有重要的实际意义22。对于一定装药密度的药柱,随着药柱直径的变化,炸药的爆速会发生变化。炸药的爆轰速度D与装药直径d之间的关系见图4。图中dc为装药爆轰的临界直径,d1为极限直径。当装药直径小于临界直径dc时,装药不能传播爆轰;当装药直径大于临界直径dc而又小于极限直径d1时,炸药的爆速D将随着装药直径增大而增加;当装药直径大于极限直径d1时, 装药中能够形成稳定爆轰, 且其爆速为一定值,此时炸药的爆轰被称为“理想爆轰”。相应的, 当炸药爆速随着装药直径的变化而改变时的爆轰即被称为“非理想爆轰”。在外在能量激发下, 能使炸药爆速成长的最小装药尺寸为临界尺寸。其中临界直径dc是衡量炸药爆轰成长能力和传播能力的量。炸药的爆轰能力愈强, 爆速也愈大。其数值是由装药密度、温度、初始粒度、约束条件、组成和炸药的化学性质以及物理状态决定的23。Robert等运用动力学敬个模型对临界直径和爆速24其中王作山25等在装药尺寸对传爆药可靠性的影响中重点讨论了强和弱约束下传爆药柱临界直径的变化，冯志红等22在炸药粒度对临界直径的影响进行了系统的研究。这些研究对改变炸药临界直径的方法提供了有意义的参考。D0 dc dl d图4 炸药爆速D与临界直径d之间的关系4.2 国内外临界直径测定方法概述现今测定炸药临界直径主要有试验测定和模拟预测两种方法。试验测定dcr主要方法有锥形管法、塔型药片发和平板型样品发三种26.李俊龙等19在HNIW/HTPB传爆药的制备及性能研究时采用了如图1所示的装置采用不同直径的药柱测定了其配方的临界直径，实际测定时需要把药柱做成不同直径的圆柱形状，用雷管引爆，看其爆轰波是否在该直径下能稳定传播来确定炸药的临界直径。主要过程为将装于铜管中的药柱置于铝鉴定块表面并固定好后将雷管置于铜管一端，中心与铜管对齐，引火头对准雷管，用起爆器起爆。装药直径分别为0.4mm、0.6mm、0.8mm三种，用冲击片雷管引爆，铝块做鉴定块。这种方法不仅对药剂浪费较多，而且测定时也较繁琐，不利于临界直径的测定。传统的测试方法需要较多的试样，且对测试装置有一定的要求，还要进行数据分析，费时费力。随着计算机模拟软件功能的不断完善，对炸药临界直径的测定变得更加方便和快捷。于国强等27利用Elam神经网络模型对一定粒度、密度下的RDX、PA、TNT三种单质炸药的临界直径进行了比较准确的预测。冯志红等28通过LS-DYNA2D程序模拟了爆轰波传播过程，得到楔形和圆柱形装药的临界直径，其实验得到了用LS-DYNA2D程序模拟来测定炸药临界直径的可行性。4.3 临界直径测定对本文中的临界直径拟采用传统方法进行测定。将按照kamlet方法计算的爆速符合在装药密度为90%以上理论密度时爆速大于8000ms-1的最终确定的配方进行熔铸，在一定温度下，使加入到反应釜中的DNP完全融化，后将已经级配好（大小粒度CL-20的比例为1：3）的主体炸药CL-20和添加剂按配方配比加入到反应釜中，用搅拌器在一定转速下搅拌使溶液均匀混合，形成悬浮液。然后通过水浴加热以及真空抽滤用来除去部分气泡等，使之成为具有一定流动性的粘稠状流体，然后将药浆倒入具有一定直径的铜壳（直径分别有0.4、.06、0.8mm、1.0mm四种）模具中而制成药柱，采用如图所示装置进行测定，测定结果发现参考文献1 任务正. 火炸药技术现状与发展M. 北京: 兵器工业出版社, 1995, 1: 193-199. 2 孙国祥，戴蓉兰.国内外传爆药的发展概况-传爆药的品种发展J.现代引 信,1995,12(1):46-47,55.3曹端林,李雅津,杜耀等.熔铸炸药载体的研究评述J.含能材料,2013,21(2):157-165.4 Ravi Pasupala,Dilip Badgujar M,Gore Girish M,et al.Review on Melt Cast ExplosivesJ.Propellants Explos Pyrotech,2011,36(5):393-403.5 郑保辉,罗观,舒远杰等.熔铸炸药研究现状与发展趋势J.化工进展,2013,(6):1341-1346.6 李海兴.CL-20基低临界传爆药的配方设计及装药工艺初探D.中北大学,2014.7 王政,芮久后,赵雪等.DNAN基高致密熔铸炸药装药安全性研究J.广东化工,2015,42(24):6-7,24.8 李子锋，徐军培，宋正刚. 添加剂对 B 炸药流变学性质的 影响J. 火工品，2001（4）：29-31. 9 韦爱勇，单质与混合火工药剂M.哈尔滨:哈尔滨工程大学出版社.2014,2:27-69.10 蒋秋黎,王浩,罗一鸣,王玮,王红星,高杰,赵凯. 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