理论教育 HAN工业炸药组分的能量和经济选择

HAN工业炸药组分的能量和经济选择

时间:2023-07-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:因此下面从原材料的能量和经济的角度出发,对HAN工业炸药的组分中的氧化剂和敏化剂进行选择。氧化剂在爆炸反应中提供氧的组分,是正氧平衡的物质。因此选择NH 4 ClO4作为氧化剂是较为合适的。(二)敏化剂的选择如果单纯采用HTPB+AP这种基础配方的话,其中的HTPB火焰感度很高,但雷管感度很低,另一个组分AP也存在这个问题。

HAN工业炸药组分的能量和经济选择

HTPB推进剂作为一种特殊炸药,它的氧化剂与可燃剂的划分相当明确。其中氧化剂为AP,可燃剂为铝粉与HTPB,其他组分含量较少。HAN炸药的改制以HTPB推进剂为主体,通过之前的计算可知,HTPB推进剂在不添加任何物质的情况下为负氧平衡,会严重影响能量的释放,导致爆热值下降。为使其爆炸时放出的能量达到预期值,必须添加一定的氧化剂以改善整体的氧平衡,使其达到零氧平衡或稍微负氧平衡。因此下面从原材料的能量和经济的角度出发,对HAN工业炸药的组分中的氧化剂和敏化剂进行选择。

(一)氧化剂的选择

1.有效氧含量高

有效氧含量是指氧化剂分子中有效氧的质量所占氧化剂分子量的百分含量。而有效氧则是指氧化剂分子中全部可燃元素与氧化元素化合,化合价满足后所剩余的氧。氧化剂在爆炸反应中提供氧的组分,是正氧平衡的物质。氧平衡值说明在爆炸反应时能提供氧有效量的多少,却不能说明某一氧化剂组分对能量有多大的贡献。正氧平衡值大,并不代表该物质释放的能量就高。因此,氧化剂提供1 mol原子氧时能量的得失与该氧化剂对系统能量的贡献有关。衡量有效氧含量的数值称为氧化剂的能量因子或能量贡献,并以Q oe表示。若将Q oe除以提供1 mol原子氧所需氧化剂的质量,可以得到单位质量的能量因子或能量贡献,以q oe表示。常用氧化剂部分参数如表6.1所示。

表6.1 常用氧化剂部分参数

2.气体生成量大

1 kg氧化剂分解产生的气体在标准状况下所占有的体积来表示气体生成量的大小。气体中各元素原子量越低,气体生成量越大。气体生成量大的氧化剂对提高炸药整体作功能力的贡献很大,因此被作为一个参考指标。(www.daowen.com)

3.相容性

从相容性角度出发,AP属于HTPB推进剂的一种组分,与其他组分之间发生不相容的概率很小,这样才能保证炸药混制时不会因材料相容问题而发生危险。此外,氧化剂还应具有密度大、生成焓高等特点。表6.1给出了AP与常用氧化剂的相关参数。

从能量因子及相容性角度考虑,NH 4 NO3、NH 4 ClO4和N2 H 5 NO3为较好的氧化剂。现以本实验选用的氧化剂NH 4 ClO4为例分析。由表6.1可知,NH 4 ClO4的能量因子为Q NH4 ClO4=67.5 kJ·mol-1,其生成焓为-2473.40 kJ·kg-1。由爆炸时的反应可知,其生成的气体较多。因此选择NH 4 ClO4作为氧化剂是较为合适的。

(二)敏化剂的选择

如果单纯采用HTPB+AP这种基础配方的话,其中的HTPB火焰感度很高,但雷管感度很低,另一个组分AP也存在这个问题。据文献记载,AP必须由特屈儿引爆,证明其起爆较难。这导致该配方炸药的整体雷管感度很低,在不加入传爆药的情况下不能正常使用。但传爆药的加入不但增加了成本,为以后的工业化生产增添了困难,而且对炸药本身的安全性造成了一定的影响,因为大部分的猛炸药不需要传爆药即可引爆,所以必须寻求一种敏化剂来增加其雷管感度以达到正常起爆的目的。

常用的火炸药类敏化剂有TNT、无烟火药、硝化棉(NC)、NG、二硝基甲苯磺酸钠(DNTS)等,这些敏化剂在硝化棉中应用广泛、价格便宜、安全性好。

硝化棉,学名为纤维素硝酸酯,为白色或微黄色非晶形固体,外形为絮绒状,比重为1.6,不溶于水,易溶于醇、醚和酯类溶液中。硝化棉是混合炸药中应用历史最久和最广泛的一种活性高分子材料,它的优点是能量较高、原料易得、成本较低。NC的分类以酯化度或氮含量加以区分,不同氮含量的NC各有相应的用途,火药用的NC含氮量不小于11.8%,N越大,NC的爆热越大,对炸药整体的敏化作用越强,本书选用的NC含氮量约为12.8%。

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