封雪松，姚李娜，赵省向，王淑萍

（西安近代研究所， 陕西 西安，710065）

含铝炸药作为一类高密度、高爆热的高威力炸药，已被广泛应用在水中兵器和对空武器弹药[1]，但纳米铝粉在火炸药中的应用研究很少。目前国内外关于纳米铝粉在含能材料方面的应用己经取得了很大的进展[2]。与普通铝粉相比，纳米铝粉具有反应速率更快、反应完全率更高的特点。据国外研究报道[3-4]，在HTPB复合推进剂中，加入20% Alex（ARGONIDE公司产品），与同样含量普通铝粉相比，燃烧速率可以提高70%。

纳米铝粉作为提高火炸药反应性能的一种金属粉，在炸药中的应用安全性成为目前研究的热点。本文采用机械干混法、直接混合造粒法、熔融混合法等工艺制备了RDX基炸药、TNT基炸药，对其撞击感度和摩擦感度进行了测试分析，研究不同制备工艺下含纳米铝粉炸药的机械感度，并与含微米铝粉炸药进行对比，为纳米铝粉在炸药中的安全使用提供依据。

1 试验

1.1 原材料

纳米 Al（100～200nm）；微米铝粉（4.5～5.5μ m）；RDX；TNT；石蜡；含氟粘结剂；石墨。

1.2 测试仪器与方法

仪器：DM-l型摩擦感度仪，H3.5-10W落锤式撞击感度仪。

1.2.1 撞击感度试验

采用经过标定的H3.5-10W落锤式撞击感度仪测定炸药试样的撞击感度，根据 GJB772A-97标准中601.2试验方法测定，落锤质量：10kg；药量：(50±1) mg。

1.2.2 摩擦感度试验

试验按照GJB772A．97标准中602．1试验方法测定炸药试样的爆炸百分数。表压：3.92MPa；摆角：(90±1)°；药量：(50±1)mg。

1.3 样品制备

1.3.1 机械干混法

采用机械干混工艺，称取 RDX/W（97/3）和不同含量纳米铝粉，机械摇匀混合，制备成粉状炸药样品；同样工艺制备含片状Al粉的混合炸药。铝粉含量分别为20%、25%、30%、35%、40%。

1.3.2 直接混合造粒法

样品由RDX/W（97/3）、纳米铝和5%粘结剂组成，称取 RDX/W（97/3）和不同含量纳米铝粉，加入粘结剂溶液中，机械搅拌均匀，溶剂挥发后过筛造粒，制备成粒状炸药样品。样品干燥后，外混入1%的石墨。

1.3.3 熔融混合造粒法

以TNT炸药为基，纳米铝含量分别为10%、20%，在 TNT熔融状态下加入纳米铝粉机械混合均匀，导入样品袋中揉搓成细粉，冷却即为炸药试样。纳米铝含量为30%时，由于纳米铝粒度小、比表面积大，难以在熔融条件下均匀混合，故采用TNT细粉与纳米铝干混均匀，用石蜡包覆造粒，外混石墨。

2 结果与讨论

2.1 机械干混工艺对炸药机械感度的影响

采用机械干混工艺混合纳米铝粉与石蜡包覆RDX，含纳米铝粉炸药的机械感度远高于含片状铝粉的炸药。由于纳米铝粉的粒度小、比表面积大，在机械作用下易于产生热点；干混后炸药试样的堆积密度较低，颗粒间的空隙较多，在撞击和摩擦过程中形成热点较多，因此机械感度较高，试验数据见表1。

表1 含纳米铝炸药与含片状铝炸药的机械感度Tab.1 The mechanical sensitivity of RDX-based explosive with nano- Al and flake- Al powders

2.2 直接混合造粒工艺对炸药机械感度的影响

采用直接混合造粒工艺的机械感度见表2，由于粘结剂的包覆和石墨的润滑，含纳米铝粉炸药的机械感度得以降低，能够满足炸药的安全性要求；随着纳米铝含量的增加， RDX基炸药的撞击感度逐步增加，且含量高至40%时，撞击感度显著增大；而含微米铝粉炸药的撞击感度基本稳定；这说明在撞击和摩擦的机械作用下，纳米铝的反应活性远高于微米铝粉。

表2 含纳米铝炸药与含微米铝炸药的机械感度Tab.2 The mechanical sensitivity of RDX-based explosive with nano-Al and micro-Al powders

2.3 熔融混合造粒工艺对炸药机械感度的影响

在以TNT为基的炸药中，采用熔融TNT与纳米铝混合造粒工艺，其机械感度数据见表3。由表3可见，当纳米铝含量为10%和20%时， TNT基炸药的机械感度较低，基本满足使用要求；当活性铝含量为30%时，由于采用干混工艺，其机械感度急剧升高，说明TNT的包覆作用能够降低含纳米铝炸药的机械感度，而机械干混工艺不利于感度的降低。

为了降低干混试样（TNT/Al（纳）=70/30）的感度，后采用 2%石蜡包覆干混颗粒，过筛造粒后外混1%石墨，其撞击和摩擦感度分别降至56%和20%，达到使用要求。

表3 TNT基含铝炸药的机械感度Tab.3 The mechanical sensitivity of TNT-based explosive with nano-Al and micro-Al powders

2.4 讨论

在相同制备工艺条件下，对于含微米铝炸药和含纳米铝炸药的机械感度和成型密度出现较大差异的原因，可以分析如下：

（1）纳米铝颗粒的平均直径为140 nm，而微米铝颗粒的直径在 4.5～5.5μm，纳米铝粉的粒径远低于微米铝粉，而纳米铝粉的比表面积远高于微米铝粉，铝粉形貌呈蓬松状态。

（2）纳米铝和微米铝的堆积密度和孔隙率不同。在试验中发现，相同质量的纳米铝体积远大于微米Al，用乙酸乙酯分散时纳米铝所需的溶剂量也远大于微米Al，说明纳米铝-1的堆积密度远低于微米Al，纳米铝颗粒之间空隙率远高于微米铝。

（3）从纳米铝的SEM图片可见，颗粒之间存在大量团聚，使其在炸药中的分散性和分散均匀性不好，内部空穴增大，导致含纳米铝炸药的组分均匀性较差。

以上3点使含纳米铝的炸药颗粒在外力的撞击和摩擦过程中，炸药的热点易于形成，造成炸药机械感度升高。

3 结论

（1）采用机械干混工艺、直接混合造粒工艺、熔融混合工艺制备含纳米铝粉炸药，试样的撞击感度和摩擦感度均高于相应含微米铝粉的炸药，且随纳米铝粉含量的增加，呈现出上升的趋势；

（2）由于直接混合造粒工艺和熔融混合工艺能够实现对纳米铝粉的包覆，因此其试样的撞击感度和摩擦感度较低；机械干混工艺中由于纳米铝粉未被包覆，在撞击和摩擦作用下，产生较强的反应性；

（3）对机械干混工艺的试样采用石蜡包覆，并外混石墨进行钝感，能够降低其撞击感度和摩擦感度，使其满足炸药对安全性的要求。

[1]陈朗,张寿齐,赵玉华.不同铝粉尺寸含铝炸药加速金属能力的研究[J].爆炸与冲击,1999,19(3):45-47.

[2]黄辉,黄勇,李尚斌.含纳米级铝粉的复合炸药研究 [J].火炸药学报,2002,25(2):1-3.

[3]Mench M M, Kuo K K, Yeh C L.et al.Comparison of the thermal behavior of regular and ultra-Fine Aluminum Powders (Alex) made from plsma explosion process [J].Combustion Science and Technology, 1998,135 (1-6):269-292.

[4]Brousseau P, Anderson C J.Nanometric Aluminum in Explosives [J].Propellants, Explosives, Pyrotechnics, 2002,27(5):300-306.