同红海，都振华，王 寅

（陕西应用物理化学研究所 应用物理化学国家级重点实验室，陕西 西安，710061）

爆炸箔起爆器（EFI）诞生于20世纪60年代，又称冲击片雷管。与传统雷管和起爆器相比，爆炸箔起爆器具有安全、瞬发度高等优点。六硝基茋 （HNS）是爆炸箔起爆器的主要装药，它是一种热稳定性很好的炸药，对窄脉冲冲击有较高的感度[1-3]，是美军标MIL-STD-1316E规定的直列式传爆序列许用传爆药[4]。美军标MIL-STD-23659E附录A[5]对爆炸箔起爆器的鉴定试验中包括了热烤爆试验项目，但是有关爆炸箔起爆器热烤安全性研究的文献较少。虽然 HNS是一种耐热炸药，但是研究其在高温环境中的热响应对于爆炸箔起爆器的安全性评估和设计具有重要意义。

1 试验

1.1 药剂

试验所用 HNS-Ⅳ平均粒径0.3μm。对该药剂进行了差示扫描量热（DSC）分析，以获得 HNS-Ⅳ的分解放热温度峰。DSC分析曲线如图1所示。

从图1中可以看到2个温度峰：第1个温度峰起始点出现在 317℃附近，该温度峰值为319℃，该温度峰显示的是 HNS-Ⅳ熔化相变吸收热量产生的温度最低点；第2个温度峰值为351℃，该温度峰显示的是HNS-Ⅳ分解反应放热产生的温度最高点。

图1 HNS-Ⅳ的DSC曲线Fig.1 DSC curve of HNS-IV

1.2 试验装置

热烤试验装置主要包括加热炉、控温仪、热电偶、防爆罐等。控温仪控温精度±1℃，热电偶位于加热炉工作室内，可以测量工作室内温度及其变化。热烤试验所用装置如图2所示。

图2 热烤试验装置图Fig.2 Schematic of experimental set-up

1.3 试样

HNS-Ⅳ炸药装药密度在90%TMD时，具有较高的窄脉冲起爆感度，爆炸箔起爆器装药密度一般选择90%TMD[6]。因此在试验中，爆炸箔起爆器试样装药密度为 1.566g/cm3（90%TMD），按不同装药量进行试验。试样如图3所示。

图3 爆炸箔起爆器试样Fig.3 EFI samples for cook-off test

1.4 试验方法

爆炸箔起爆器热烤试验缺乏相关标准和条件，因此只能根据试样和现有条件确定试验方法。根据HNS-Ⅳ的DSC分析曲线，其分解放热峰在351℃附近，试验目的是研究当环境温度高于 HNS-Ⅳ分解放热峰温度时，爆炸箔起爆器装药量与热烤反应程度之间的关系。使用两种升温方式进行试验：方式1是将试样放于爆炸罐内，一起置于加热炉内，加热炉从室温开始升温至450℃，升温速率为20/mi℃n，考查爆炸箔起爆器的热烤反应程度。若时间达到30min，没有听见反应声响，停止该次试验。方式2是将加热炉工作室温度设定为450℃，待工作室内温度达到设定温度时，将装有试样的防爆罐放入加热炉，进行热烤试验，记录反应现象。

2 结果及讨论

2.1 试验结果

试样热烤反应程度主要依靠试验过程中试样声响和药柱套变形、破碎程度来判定。试验过程中无声响，药柱套无药剂残留，则试样反应程度为完全分解；试验过程中声响不明显，药柱套内有药剂残留，试验装置有熏黑痕迹，则试样反应程度为不完全爆燃；试验过程中有明显声响，药柱套内无药剂残留，管壳底破裂，则试样反应程度为爆燃；试验过程中有较大声响，药柱套破碎，管壳明显膨胀、变形，则试样反应程度为爆炸。不同装药量的爆炸箔起爆器的热烤试验结果见表1。

表1 爆炸箔起爆器热烤试验结果Tab.1 Cook-off test results of EFI

从表1中可以看出药量34mg时，药柱完全热分解，无燃烧和爆燃现象；药量45～133mg时，热烤试验结果处于爆燃和不完全爆燃过渡区；药量 181mg时，药柱产生爆燃；药量大于220mg时，药柱爆炸。

爆炸箔起爆器反应程度高于燃烧时的试验数据如图4所示。

从图4可以看出，不同装药量的爆炸箔起爆器热烤反应程度高于燃烧时，其时间均值为24.05min，标准偏差0.8min。

图4 热烤试验结果分析Fig.4 Statistical analysis of cook-off test result

2.2 讨论

从试验结果可以看出，升温方式对试样的热烤试验结果有一定影响。先放入试样，再升温的试验方法（方式1），试样反应程度相对较轻，反应时间相对较长。当温度达到设定值后，再将试样放入箱式电阻炉的试验方法（方式2），试样反应程度相对剧烈，反应时间相对较短。这是因为方式1试样的升温速率较方式2的升温速率慢，达到HNS-Ⅳ的分解温度时，反应热积累没有后者的热积累快，这对试样的热烤反应程度具有一定影响。炸药密闭条件下，热分解反应放热和分解气体大量积累，温度和压力升高，这种分解和放热可能导致链式反应，即从热分解转变为燃烧，随着药量的增加，燃烧可以转变为爆燃。如果药量足够大、密封性好、约束足够，则药柱可以由燃烧转为爆燃，进而形成爆轰。药柱未密封时，热分解反应放热和分解气体无法积累，药柱周围温度上升速率不够，压力增加不大，药量较少时，无法达到爆燃所需温度和压力，药柱最终全部热分解。需要更多的药量，炸药才能从热分解反应转变为燃烧或者爆燃。

根据试验结果，如果要求爆炸箔起爆器在热环境中的反应程度不高于爆燃，则其装药量应小于180mg；如果要求反应程度不能高于燃烧，则其装药量应小于 45mg。这只是根据试验结果得出的初步结论，对具体应用环境还需进行更进一步的研究，以得出符合实际使用环境的安全装药量。

3 结论

由试验结果和分析可以得出如下结论：（1）装药量越大，爆炸箔起爆器的热烤反应程度越剧烈；（2）升温速率越快，爆炸箔起爆器热烤反应时间越短、反应程度越剧烈。

[1]Steven M H, Sandra E K. Development of an ultrafine HNS for use in modern slapper detonators[R]. AIAA 2003-240,2003.

[2]王治平，欧阳登焕，彭德志. HNS炸药的小面积短脉冲冲击引爆特性[J].爆炸与冲击,1987,7(2):154-159.

[3]王晶禹,黄浩,王培勇,等. 高纯纳米 HNS的制备与表征[J].含能材料,2008,16(3):258-261.

[4]MIL-STD-1316E Fuze safety design criteria[S],1998.

[5]MIL-STD-23659E Initiators, electric, general design specification for[S],2007.

[6]同红海,褚恩义,任西,等.装药参数对爆炸箔起爆器性能的影响[J].含能材料,2009,17(2):218-221.