（一）选择与可行性分析

1.安全性分析

HTPB推进剂对撞击、摩擦较为敏感，其中的Al和AP晶体在扭曲或剪切力的作用下，容易产生热点，从而引起推进剂的燃烧、爆炸，因此HTPB进行操作时会面临安全问题。通过与其他物质的机械感度对比分析，能够较为全面的认知其危险性，从而选择安全的处理方式。

HTPB推进剂的特性落高为110 mm，虽然在理论上要比安全材料参照物B炸药危险得多，但实际情况并非如此。由于HTPB推进剂具有内聚力，只有在特定的激励源下才能具备点火的能力，与民用炸药的经验关系不大。以撞击试验为例，在规定的样品厚度下，推进剂表面的AP等敏感物质由于失去黏合剂的保护，当重锤落在样品上时，使得机械撞击转化为热应力的效应增大，对于整体而言表现为在较低的落锤高度时达到发火，并从受撞击发热到高温起爆过程产生相当低的功效。由于实验的局限性，使得HTPB推进剂的实测机械感度即为AP的机械感度，会造成危险性的误判。通常HTPB推进剂的火焰感度较高，而机械感度较低。

2.粉碎的安全性

HTPB的有效粉碎是制备其他含能材料的前提条件，它既可满足DDT条件，又能增加物化反应的界面、加速转化过程。一般的机械接触，如碰撞、跌落等不会造成太大危险，但常规的机械粉碎过程例外。粉碎的关键在于既要给予足够能量将推进剂粉碎至合适的粒度，又要避免其燃烧和爆炸。目前解决这一矛盾的方法是用水作为冷却剂，通过控制粉碎时的药和水的比例，及时排出系统中的热量，使系统内无法形成“热点”，从而达到安全粉碎的目的。

根据粉碎双基药和单基药的经验公式，建立粉碎过程中的水和药质量比，即

式中：m药和m水分别为HTPB推进剂和水的质量，单位为kg；Q药为HTPB推进剂的爆热，单位为kJ·kg-1；q气化为水的气化热，单位为kJ·kg-1；C气和C水分别为气态水和液态水的比热，单位为kJ·kg-1·K-1；T 0为环境温度，单位为K；T爆为HTPB推进剂的爆发点，单位为K。

查文献可知，q气化=2259 kJ·kg-1，C气=1.977 kJ·kg-1·K-1（110℃～190℃的平均值），C水=4.186 kJ·kg-1·K-1（10℃～90℃的平均值）。假设把所忽略的因机械作用产生的热量用取较高的环境温度（初始水温）来抵偿，则T 0=333 K。HTPB推进剂的热感度，其5 s爆发点为382℃，以T爆=655 K计算。爆热为6445 kJ·kg-1，可由式（1.5）算出粉碎HTPB时所需的。显然，采大于3的条件来粉碎HTPB推进剂时，这样即使有个别药粒偶然发生了起火燃烧，也不会引燃其他药粒。在实际生产中，为确保安全，所采用的通常大于5。

（二）能量特性分析

1.组分含量测定

HTPB推进剂制备民用炸药的有效成分为AP和Al，其中AP作为氧化剂，Al作为金属可燃剂。在制备过程中，组分配比作为重要因素不允许发生很大的改变，否则将影响其爆轰性能。废弃HTPB推进剂大致可分为两类：一类是生产过程中产生的，报废原因多为工艺上的问题，如脱黏、起泡等，在组分配比上与正常推进剂无异；另一类是储存时间过长而发生老化失效，这类推进剂经过长期储存可能引发组分含量的变化，如AP的分解、Al的氧化和黏合剂的降解，其他含量较低的助剂也已损失殆尽，在使用前必须根据“复合固体推进剂（丁羧系统）过氯酸铵含量的分析方法Q J 914.2—85”分别测试其中AP和Al的含量。

如果某一成分含量过低，要在后续炸药配方的设计工作中予以重视。

2.爆炸反应方程式的确定

HTPB推进剂中的组分AP、Al和黏合剂的总质量分数达到96%，为了研究方便，常用模型推进剂AP/A1/Wax代替真实推进剂，这种简化模型的爆轰特性，在实质上就代表了推进剂的炸药行为。由此得到1 kg HTPB推进剂的假定化学式为

C10.21 H 38.24 O22.94 N5.70 Cl5.70 Al5.56

采用B-W法则确定HTPB推进剂的爆炸分解产物。

根据上述法则，可得出1 kg HTPB推进剂的爆炸反应方程式为

3.爆热的计算

民用炸药的爆热是一个非常重要的爆轰参数，并且可以用来评估含能材料对周围环境的破坏效果，通常根据盖斯定律来计算。

计算爆热时，爆炸产物中的水采用气态的生成热数据，这与事实不符，因为在常温下（25℃）水是液态的，这是为了方便计算爆热。通过计算结果可知，由于HTPB推进剂爆燃时需要从外界得到氧，因此HTPB推进剂的负氧平衡十分严重，爆轰时属于定容的，其供氧不足，不利于发挥最大爆炸威力，同时会产生有毒气体。这也从另外一个方面说明，如果直接将其改制炸药是不合适的。因此，必须添加氧化剂改善氧平衡，也可同时提高其爆热。根据文献记载，如果完全燃烧，其最大燃烧热可达6445.3 kJ/kg。表1.6所示的是部分常见炸药的爆热。通过比较可知，HTPB推进剂改制炸药具有相当大的优势。(www.daowen.com)

表1.6　部分常见炸药的爆热

单位质量炸药爆炸时所释放的热量称为炸药的爆热，用Qv表示，其数值的大小表示炸药爆炸对外做功的能力，是炸药的重要特征数之一。报废HTPB推进剂爆热计算的原则与其他工业炸药的计算原则一致，只是由于它的组分比较复杂，因此计算也比较复杂。一般在求出其爆炸反应方程式后，按照盖斯定律进行计算。该定律指出：反应的热效应与反应的途径无关，只和系统的初态和终态有关。即同一物质经过不同途径得到最终产物，过程中的吸收或放出的热量的总和是相等的。计算爆热的盖斯三角形，如图1.8所示，其中Q12与Q23之和等于Q13。运用盖斯定律时，反应过程的条件必须是等压或等容过程。

由表1.7中计算得到的HTPB推进剂假定化学式可推出其爆炸反应方程式为

图1.8　计算爆热的盖斯三角形

表1.7　反应物与生成物的定容生成热

由表1.7中HTPB推进剂的组分与产物的定容生成热，可计算得出图1.8中各步骤的热量：

式中：Q12为炸药各组分的生成热之和，单位为kJ·kg-1；Q13为爆炸产物的生成热之和。

计算的爆热为

Qv=3679.10 kJ·kg-1

4.爆容的计算

炸药爆炸产物的体积，一般指气态产物的体积，因为固态产物所占的体积相当小，从而可以忽略。1 kg工业炸药爆炸时生成的气态产物，在标准状态（105 Pa，273.15 K）下所占的体积称为工业炸药的爆容，又称比容，用V 0表示，单位为L·kg-1。

气态产物是工业炸药爆炸做功的介质，气态产物越多，爆炸反应的热能转变为机械功的效率越高，因此它与炸药的作功能力联系紧密，是评价炸药作功能力的重要参数。爆容可由试验测定，也可通过理论来计算。只要确定爆炸反应方程式，就可通过阿伏伽德罗定律计算爆容了，即

式中：V 0为炸药的爆容，单位为L/kg；n为生成气体产物的摩尔数；M为炸药的摩尔质量。计算HTPB推进剂的爆容为700.4 L/kg。

结果分析：爆热和爆容是衡量民用炸药能量参数的重要指标之一，将HTPB推进剂与常用民用炸药进行能量比较，HTPB推进剂的能量特性完全具有一般民用炸药的水平，能够满足民用炸药组分的要求。而作为一种高能推进剂，衡量HTPB推进剂能量特性的主要指标为密度比冲，此时外界的氧气通常参与反应。

因此HTPB推进剂被设计为负氧平衡。而粉碎后的HTPB推进剂做功方式为爆轰，瞬间难以从外界获得氧气，导致爆炸时供氧不足，无法达到最大爆热6445 kJ/kg。这不利于发挥其爆炸威力，同时又会产生各种有毒气体，是制备民用炸药必须解决的问题。

（三）相容性分析

通过以上能量分析可知，不能将HTPB推进剂单独使用，必须添加氧化剂改善其氧平衡，以提高爆热。初步选用AP作为体系的氧化剂，这是因为AP作为HTPB推进剂组分之一，反应后生成气态产物多、爆容高，有利于作功能力的提升。虽然在理论上AP与其他组分不存在不相容概率，但氧化剂的加入也应符合相容性原则。因为废弃HTPB推进剂的很多性能指标与标准参数相差很大，为了增加制备的安全系数，通常以差示扫描量热仪DSC所测定HTPB推进剂的分解放热峰温度漂移值ΔT来作为判断相容性的依据。其测试条件包括样品氮气保护、升温速率为10℃/min。