（一）粉碎目的和要求

改制HAN炸药需对大尺寸的废弃HTPB推进剂和大颗粒的AP进行有效粉碎。对于废弃HTPB推进剂的处理，无论是进行再溶解、再萃取，或是进行物理、化学转化，将其从发动机里分离并进行粉碎都是必需的，一般HTPB推进剂药柱的直径可达到0.5～1 m。柱状药的比表面小限制了与反应物的接触和分散，由于爆轰波无法传递，所以其不能直接作为炸药原料，而大直径圆柱体更不适合于工业炸药的转化操作。普通的AP由于其颗粒较大，通常不能在工业炸药中作为组分使用，所以有效地粉碎废弃HTPB推进剂和AP是改制HAN炸药中一个重要步骤。

（二）粉碎原理

粉碎是用机械方法克服固体内部的凝聚力，使大块固体破碎成小块固体或小块固体分裂成细粉。按粉碎的粗细程度可分为粗碎、中碎、细碎和超细碎，生产中最常见的是细碎和超细碎粉碎。粉碎机的分类及粒径范围如表7.1所示。

粉碎所利用的力主要是机械力。以机械力粉碎物料的方法主要有如下几种。

（1）压碎：向物料施加压力，直至物料达到抗压极限而粉碎。

（2）磨碎：向物料表面施加剪切力，使剪切力达到物料的剪切强度极限而将物料粉碎。

表7.1　粉碎机的分类及粒径范围

（3）折碎：向物料施以弯曲作用，使物料所受的弯曲应力达到其强度极限而折断，并由大块固体变为小块固体。

（4）劈碎：在物料某处用一带棱或刃的工具施加压力，使此处所受的拉应力达到其拉伸强度极限而裂开。

（5）冲击破碎：使物料在瞬间受到一个冲击力而粉碎。

实际生产中，被粉碎物料的机械性质是选用何种粉碎方式的主要依据，而更应首先考虑物料的硬度和破裂性。一般脆性物料宜用劈碎或冲击粉碎，坚硬物料宜用压碎、冲击粉碎，韧性物料宜用磨碎等。应该指出，实际粉碎机械都不是仅仅用一种方式来实现粉碎的，而是上述两种或多种方式联合进行的，如折断与压碎结合，冲击、压碎和磨碎结合等。

（三）HTPB推进剂粉碎方法

废弃HTPB推进剂的粉碎应该分为两步，即粗粉碎和细粉碎。因为发动机药柱和生产过程的边角料形状体积较大，所以必须先对HTPB推进剂进行粗粉碎，粗分碎实际上是将推进剂大尺寸药柱从发动机内部切割取出或进行小尺寸加工。HTPB推进剂中高感度物质主要是AP，即HTPB推进剂的感度是由AP决定的，所以其细粉碎应以AP的粉碎理论为依据。在原则上，只要是适用于AP的设备与方法都适用于HTPB推进剂。

1.粗粉碎

分离与粗粉碎的设备一般是切割机，切割机主要用于分割大药柱，例如称为“水刀”的切割机，它可以切割火药药柱和炸药药柱。切割机一般用作推进剂的分离与粗粉碎（一级粉碎）。利用高压的水射流，可以从火箭壳体中切割并取出推进剂，其主要的优点是效率高，特别容易取出和切割火箭壳体内的推进剂和覆层材料，其操作过程可以消除火花。即所用的水压越高，切割的效率也越高。

现阶段大尺寸的丁羟药和发射药基本采用水射流切割机和涡流水射流切割机，但是由此带来的问题也越多，如对机器部件的要求高，操作的危险性，喷口的磨损、耗费都越来越高等。

2.细粉碎

细粉碎是整个HTPB推进剂粉碎过程中重要的环节，南京理工大学顾建良等人进行了废旧发射药的粉碎研究。细粉碎主要是通过切削、碾磨和挤压等方法把废旧发射药进一步粉碎，结合HTPB推进剂的特性，本书选择的细粉碎设备为笼式粉碎机、高速旋片切削机和小颗粒切割机。

1）笼式粉碎机

笼式粉碎机的转速为3000 r·min-1，粉碎比（即进料直径与出料直径之比）可达30～40。物料进入粉碎机后，在离心力和重力作用下向外圈运动的过程中，依次被高速回转的各圈钢杆击打和破碎，其粉碎原理如图7.1所示。

由于HTPB推进剂是高弹性黏合体，玻璃化温度较低，经过计算，在药水比为1∶5的情况下，采用笼式粉碎机进行粉碎时，被打碎后的小颗粒丁羟药由于黏性再次粘连在一起，呈棉絮状，如图7.2所示。较小部分会被挤压出筛网，呈糊状，由于AP在丁羟中呈小颗粒状，当丁羟受到挤压和断裂时，AP和Al粉会暴露在冷却水中，同时由于颗粒粒径的降低，以及比表面积增大，从而导致更多的AP溶解。粉碎过程中，明显观察到银白色粉末状Al流失。所以在采用笼式粉碎机对HTPB推进剂进行粉碎时不能有效地将其粉碎至小粒径，在粉碎的过程中，AP和Al的组分损失较大，不符合HTPB推进剂回收再利用的原则。

图7.1　笼式粉碎机作用原理图

图7.2　丁羟药采用笼式粉碎机粉碎后呈棉絮状(www.daowen.com)

2）高速旋片切削机

高速旋片切削机是用旋转的切刀切削推进剂颗粒，粉碎的速度较高。相对能耗较小，颗粒的粒度分布也较为均一，其原理如图7.3所示。但在粉碎HTPB推进剂这种特殊高弹体过程中同样存在着类似笼式粉碎机一样的突出问题：首先在不加水的情况下，由于机内系统温度上升，不但会给粉碎过程带来危险性，而且粉碎过程中易结团，不能稳定出料，会堵塞出料口，不利于粉碎；其次在加水的情况，同样会导致大量的AP和Al的损失。

3）小颗粒切割机

小颗粒切割机是将较大或中等尺寸药块放入大型切割机内，调整好切削尺寸及方位，依次将其切成片→条→粒，整个过程在防爆车间内进行，可通过实时监控操作。丁羟的切割需要注意的是：进刀的速度不能过快，因为AP的感度较高，且这种粉碎方法不加水冷却，刀速过快会使粉碎过程变得极不安全。实践证明这种方法安全可靠，同时避免了组分的损失。粉碎后的丁羟小药粒约为2 mm×2 mm×2 mm，颗粒均匀，如图7.4所示。

图7.3　旋片切削机作用原理图

图7.4　丁羟药被切割成2 mm×2 mm×2 mm小颗粒

为了比较三种粉碎方式后组分含量的变化，采用7.2节中AP和Al组分含量的测定方法对粉碎后的HTPB推进剂中AP和Al粉组分含量进行了测定，结果如表7.2所示。

表7.2　几种粉碎方式前后组分含量的对比

从表7.2中可以看出，采用笼式粉碎和旋片切削机粉碎后，组分AP和Al的损失较大，其中笼式粉碎AP损失量高达66.1%，Al粉损失量为65%，旋片切削粉碎损失也在40%以上，而小颗粒切割粉碎方法基本没有损失。

综上，笼式粉碎和旋片切削粉碎方法能有效地将废旧发射药粉碎，但是对HTPB推进剂而言不是一种合适的粉碎方法，组分的大量流失不仅不符合回收再利用的出发点，同时两种粉碎方法无法将丁羟药粉碎至较小的粒径，粉碎过程不能完整有效地进行。经过分析综合比较，现阶段对HTPB推进剂改制HAN工业粉状炸药过程中，小颗粒切割粉碎法是粉碎HTPB推进剂较为合适的方法。

（四）AP粉碎方法

细粒度AP由针形或球形粉碎而成，其生产方法主要有直接生产法和粒子粉碎法，流能磨法是最常用的粒子粉碎方法，即通常所说的气流粉碎法。这种方法具有粉碎效率高、安全可靠等显著特点而被广泛应用。

1.气流粉碎的工艺条件

粉碎的工艺条件及各种参数要根据所需粒度及被粉碎物料的状态由生产者制定，主要控制的参数是压强、给料量、温度等，工艺流程图如图7.5所示。

图7.5　气流粉碎工艺流程图

1—过滤器；2—加热器；3—粉碎器；4—AP定量加料器；5—旋风分离器；6—布袋除尘器

本书使用的AP是经气流粉碎后粒度为12～14μm。

2.细AP的特性

经过粉碎后，粒径在15μm以下的非球形AP，由于AP粒径减小，比表面积显著增加，因此细AP的许多物理性质都发生了很大变化，呈现出某些新的特性，尤其是流散性、吸湿性、结块性、机械感度等变化非常明显。

在湿度较大的环境中存放细AP，由于表面层吸收水分呈溶解状态，形成一层液膜，在空气中的水分减少或者因物料烘干，溶解的水分挥发后，表面液膜消失，同时析出小结晶体，随着环境温度的变化，这种现象会反复出现。由于这些小晶体是在大颗粒之间形成的，它们在大颗粒之间起到了桥梁的作用，使原来的颗粒连接在一起，这样就出现了结块现象。结块后的颗粒不仅粒度增大，而且形状发生变化，在使用中会带来一定的麻烦。

由于流散性增强，细AP较粗AP更加敏感，有更大的危险性，因此细AP粉碎、组批、过筛以及炸药制造过程中应特别注意安全，如表7.3所示。

表7.3　粗、细AP感度对比表