混合炸药组分与爆炸参数关系研究文献综述

前言

混合炸药是由单质炸药和添加剂或由氧化剂和可燃剂按适当比例混合加工而成的，混合炸药的发明弥补了单质炸药在性能上的不足，扩大了炸药的应用范围。大部分的混合炸药不仅拥有比单质炸药更高的爆炸速度，更高的爆炸温度等爆炸性能，还拥有理想的敏感度和安全性。含铝炸药是研究最多的一类混合炸药。含铝炸药就是在炸药中加入一定量的铝粉制成的一类炸药，也称铝化炸药。在混合炸药中添加适量的Al粉，可以使炸药在爆炸时产生更高的爆热，同时使爆炸的比容提高，从而提高炸药的做功能力。Al粉在爆炸反应区内呈惰性，使得炸药的爆速与爆压均有所下降，所以这类炸药的猛度并不算太高。该类炸药已广泛装填在对空武器弹药、水下武器弹药、对舰武器弹药及空对地武器弹药^[1]。故对混合炸药的组成成分对爆炸参数的影响的研究具有重要意义。

研究背景与现状

20世纪以后，由于高分子技术的发展，出现了可以添加进混合炸药的各种各样的高分子材料，如具有耐高温，耐腐蚀及耐老化的新型材料，橡胶类，聚酯类等各种类型的粘结剂^[2]，以及活性增塑剂,出现了高强度热固性炸药，挠性炸药，塑性炸药，低密度炸药和耐热炸药。各国为了得到性能更加全面的，爆炸参数更加理想的混合炸药，对混合炸药开展了一系列的研究，改进工作。目前主体炸药仍然以RDX、HMX、PETN为主，部分炸药也已经开始采用HNS、TATB、CL-20等^[3]，再引入高效氧化剂、高热值可燃剂及具备某种特殊性能的成分，研制除了满足各种用途的新型高性能混合炸药。

国外已经在这方面开展了大量的研究，甚至已经形成了成体系的炸药类别。例如美国已经研发出了PAX系列，PBX系列、X系列、LX系列及RX系列的混合炸药。例如美国Cordant公司^[4-5]研制了LX-14；美国Dliant Techsystems有限公司^[6]研制了一种可浇筑成型炸药配方，该配方由70％～90％的CL-20、1％～10％的仲硝铵及10％～20％的硅氧烷组成，室温条件下，该混合炸药成糊状，因此具有良好的加工性能和成型能力,同时还可通过加入RDX、HMX和TEX等合适的添加剂，以改善其性能^[7]。我国也在同一时期，开展了一系列的研究，在20世纪中期，我国研制的典型的混合炸药主要是A-IX-II、TGamma;AGamma;-5，60年代后期也开展了各种类型的混合炸药研究以满足武器弹药的需求^[8-10]。

文献综述：

混合炸药也称爆炸混合物，是由两种以上的化学物质混合构成的猛炸药。作为组分的化学物质可以是炸药，也可以是非爆炸性的物质如氧化剂、可燃剂等。其组成的原则是必须有氧化剂、可燃剂和敏化剂，其他添加剂则根据需要增减；组分配比根据氧平衡数量配制，如硝酸铵类混合炸药等。混合炸药中最重要的组成部分是主体炸药。主体炸药的性质决定了混合炸药的能量水平和爆轰性能。一般而言，以爆速、爆压比较高的单质炸药作为主炸药，其混合炸药的能量就高^[11]。例如，TNT、RDX、HMX及C L–20共四种炸药中，TNT能量最小。CL–20、 HMX与RDX虽同是硝胺炸药，但HMX与CL–20有较高的密度，所以比RDX能量高，将用这四种炸药作为主体炸药分别制成混合炸药，它们的能量输出是依次递增。

刘艳君^[12]通过混合炸药配方设计以及混合炸药制备工艺条件探究，研制出了一种新型的高性能混合炸药。用程序计算出Al粉含量对混合炸药爆炸参数的影响规律，以及AP对爆炸参数的影响规律，并通过一系列的实验来验证AI粉的含量对冲击波超压的影响，验证了加入Al粉，确实对爆炸参数确实有影响，加Al能有效提升炸药的威力。利用实验验证了在混合炸药中添加一定量的Al粉后，继续添加AP，可以有效提高混合炸药的威力。因为AP可以为Al粉及反应过程中产生C提供氧，有利于混合炸药的完全反应，放出更多热量，因此混合炸药的威力会上升。同时在混合炸药的装药工艺中，炸药装填的初始状态，往往直接影响成型件的最终形状、尺寸以及内部质量^[13]还对装药过程中，颗粒形状，颗粒尺寸与粒径分布对最终装药密度CO从而对混合炸药爆炸参数的影响进行了探究。由单一粒度球体颗粒的堆积模型Horsfield模型和Hudson模型^[14-16]计算出各种堆积结构的堆积密度与孔隙率，根据Horsfield模型可以知道堆积密度的最大化颗粒粒径的比例是否适当，堆积是否合理紧密相关；由Hudson堆积模型可知，在三角形堆积时，要使堆积密度最大化（0.8870）三角形空隙中球的尺寸比须为0.1716，孔隙率达到最小0.1130。由此得出的结论是，在装药过程中采用合理的堆积物理模型，能有效的提高装药的初装密度，一般而言，装药的初始状态初装密度越大，所对应的装药的压装密度也就越大。

刘大彬等人对铝化炸药的空中爆炸进行了研究，主要研究这两种铝化炸药（RDX/Al/AP和RDX/Al /B/AP）的空中爆炸。他们是用压电测量仪测量铝化炸药和TNT炸药的冲击波超压，用红外热成像光谱仪收集被测爆炸物被引爆时产生的爆炸火球的红外信号，以此来估计火球的表面温度和尺寸。实验数据知道两种铝炸药的爆炸火球表面最高温度都比TNT高，但加入B的铝炸药温度更高，且在表面最高温度区域中，两种铝炸药高于700℃的持续时间比TNT都要长，但加入B的铝炸药持续时间更长，从而验证了在炸药中加入适量的Al和B，都能因为“后期效应”^[17-19]都能有效提高爆热，由于B是Al燃烧热的两倍,因此用B代替Al可以提高爆炸火球的表面最高温度，同时延长表面最高温度的持续时间。

周莉^[20]对温压炸药爆炸参数的测量进行了深入的研究，通过在相同的静爆场内多次将TNT和两种配方的温压炸药引爆，应用不同的测试仪器和方法对炸药的爆炸参数，包括超压、火球尺寸等观察记录，为它们的参数分析和威力评估提供有价值的数据。温压炸药是一种目前研究热度很高的新型燃料空气炸药技术，它的特点是一次性完成了燃料抛撒和引爆两个过程，它使用了两种类型的温压炸药，一种是某配方下的固体温压药剂，是以高能金属粉、氧化剂以及高能单质炸药为主要成分；，另一种是某配方下的液固复合温压药剂，主要成分与前面的成分大致一样，主要的差别是其氧化剂是液态的。超压测试中的测试系统包括的仪器有TOVIAN5201型数据采集仪，压力传感器，电荷适配器、同步控制器。其中压力传感器与带能源适配器之间用低噪电缆连接，信号经电荷适配器放大后由数据采集系统进行记录。冲量测试中采用了三种测试方法即压力曲线积分法、圆柱跌落法以及悬臂计量法。爆炸火球温度测量中有两种测量方法一种是非接触测温法，另一种是接触法，试验中采用的非接触法。非接触测温法采用红外测温法。通过此文献可以对测量爆炸参数有一定的帮助。

通过对文献资料的阅读，发现对混合炸药的爆炸参数的研究并不成体系，要么只对爆炸的爆压，爆温，爆炸冲击波参数中的某一个或几个进行研究，未对主体组分及配比的改变进行深入的研究或者深层次的分析。本文将在这些实验的基础上通过编制计算能量参数的程序，改变主体组分及配比，计算混合炸药的爆炸参数，将计算出来的各项参数值用图形的方式表达出来，从而分析出能量释放规律，对主体组分对爆炸参数的影响进行全面分析。