耿孝恒

（滨州学院城市与环境系，山东 滨州256600）

引 言

炸药感度与其化学和物理特性紧密相关，目前，被实验证明的关于炸药的机械起爆机理是热点点火和热点引起化学反应成长为爆轰的二阶段理论［1-3］。热点点火阶段的主要影响因素是炸药颗粒之间的孔穴尺寸和孔隙率，爆轰成长阶段主要影响因素是炸药的比表面积，这些因素均与粒度密切相关。因此，研究粒度对炸药感度的影响具有重要意义。

PETN 是当今公认的性能最好的炸药之一。关于PETN 机械感度随其粒度的变化规律，国内已经进行了研究［4-7］，但以几十微米粒度研究较多，粒径在1～10μm 的研究较少。随着超细化炸药的应用，更小颗粒PETN 机械感度随其粒度的变化规律有待研究。本实验采用微团化动态结晶细化［8］和溶剂／非溶剂滴加重结晶方法得到了中位径d50分别为0.489、6.322、38.25μm 的PETN，并对其机械感度进行了测试。

1 实 验

1.1 亚微米PETN 的制备

采用微团化动态结晶细化的方法制备亚微米PETN，采用溶剂／非溶剂（丙酮／纯净水）滴加重结晶法在200r／min 的搅拌速率下制得粒度为1～10μm 和10～50μm 的PETN。微团化动态结晶细化实验装置示意图如图1所示。

图1 微团化动态结晶实验装置Fig.1 Experimental device of micro-mission dynamic crystallization

1.2 表 征

用美国Brookhaven 90PLUS激光粒度分析仪和欧美克LS900激光粒度分析仪测试PETN 的粒度；用日本HITACHI S-4700冷场发射扫描电子显微镜对其形貌进行表征。

用 H3.5-10W 落锤式撞击感度仪，按照GJB772A-97方法601.2 测定PETN 的特性落高（H50），测试条件为：落锤质量2.5kg，药量（35±1）mg，每组试样25 发，温度10～35℃；相对湿度≤70%。每个样品测试5组，特性落高用5组数据的平均值表示。

按照GJB772A-97方法601.1测试样品的爆炸百分数，测试条件为：摆角（80±1）°，正压力为（2.45±0.01）MPa，每发实验药量为（25±1）mg，每组试样为25发。每个样品测度5组。爆炸概率用5组数据的平均值表示。

2 结果与讨论

2.1 粒度及形貌分析

3种试样的粒度分布如图2所示。图中，G（d）为颗粒直径的相对百分数；C（c）为颗粒直径的累积百分数。

由图2可看出，用微团化动态结晶方法获得的PETN 的中位径d50为0.489μm，粒度分布在0.390～0.558μm，呈单峰分布，采用滴加法获得的样品的中位径d50分别为6.322、38.25μm。

用S-4 700 冷场发射扫描电镜分别对原料PETN 和重结晶PETN 的形貌和局部粒度分布进行分析，结果见图3。由图3可知，亚微米PETN 由于粒度较小，比表面积迅速增大，颗粒更加容易团聚，粒子呈交联状态。1～10μm PETN 的形貌为近似球状，10～50μmPETN 为多面体形貌。

2.2 机械感度

3种PETN 机械感度试验结果如表1所示。

图2 3种试样的粒度分布曲线ig.2 Particle size distribution curves of the three samples

由表1可以看出，当粒度为1～10μm 和10～50μm 时，PETN 撞击感度无明显变化；当从微米级过渡到亚微米级（约0.500μm）时，撞击感度呈现非常强烈的下降趋势。对于亚微米晶体而言，一方面其表面良好的结构完整性、粒度均匀性使其内部不易形成热点；另一方面其比表面积的迅速增长使晶粒的表面能很高，既有利于热应力分散，同时撞击作用力沿晶粒表面迅速传递，单位表面承受的作用力减少。所以在超细亚微米晶体内部不易形成热点，使炸药的撞击感度显著降低。

由表1还可以看出，从亚微米过渡到微米阶段，PETN 的摩擦感度显著降低，当从微米到几十微米时又显著升高，并且在亚微米时摩擦感度最高。

摩擦和撞击起爆的侧重点不同，炸药受撞击过程中形成热点的主要因素是炸药中空穴的绝热压缩，而受到摩擦作用时，炸药产生热点的主要因素是通过微凸体的摩擦和黏性或塑性流动造成。

图3 3种PETN 样品的扫描电镜照片Fig.3 SEM photos of the three PETN samples

表1 不同粒度PETN 机械感度测试结果Table 1 Test results of mechanical sensitivity for different particle size of PETN

摩擦形成热点主要是因为炸药颗粒彼此间发生滑动，产生摩擦。摩擦引起的局部温升可用式（1）［9］计算：

式中：μ为摩擦系数；W为作用于摩擦表面的载荷；v为相对运动速度；a为比表面积；K为两接触表面的传热系数；j为热功当量。

由式（1）可以看出，热点温度与摩擦系数成正比，与比表面积成反比。由图3可以看出，在3种粒度PETN 中，10～50μm 的PETN 颗粒最大，比表面积最小，应是其摩擦感度较高的主要原因。而亚微米级PETN，随着粒度的减小，其表面摩擦系数大大增大，再加上静电作用对其黏附力的影响，故摩擦系数最大，摩擦感度最高。

3 结 论

（1）PETN 的撞击感度随粒度的减小而逐渐降低，当粒度降至亚微米级时形成强烈突变，摩擦感度并不随粒度的减小逐渐降低，而是先降低后升高，拐点出现在1～10μm 处。

（2）炸药晶体表面形貌对其撞击感度和摩擦感度均有一定影响，对摩擦感度影响更大。

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