王 玮，罗一鸣，杨 建，高 杰，蒋秋黎



DNTF静电火花感度影响因素试验研究

王 玮，罗一鸣，杨 建，高 杰，蒋秋黎

（西安近代化学研究所，陕西西安，710065）

为了提高DNTF炸药在应用过程中的安全性，通过大型静电火花感度测试仪，研究了不同影响因素，如粒度、炸药状态、含水量对DNTF单质炸药静电感度的影响。研究结果表明：随着DNTF单质炸药粒度的增大，静电火花感度降低；当粉末状DNTF单质炸药制成片状或药柱后，静电感度大幅度降低；增加DNTF单质炸药含水量，其静电火花感度显著降低，而加入AP后，其静电感度显著增加。

DNTF；静电火花感度；粒度；炸药状态；含水量

静电火花感度是评价火炸药安全性能的一项重要指标[1-3]。由于火炸药一般是高电阻材料[4]，其电阻率多数都在1012~1016Ω/cm之间。DNTF作为一种新型高能熔铸载体炸药，在其生产、运输、储存、使用过程中极易与周围介质发生摩擦产生静电，如果不采取有效措施，就可能发生着火或爆炸事故。目前，有关DNTF炸药的静电火花感度的研究报道很少，本文通过大型静电火花感度测试仪研究了粒度、炸药状态、炸药中水分含量等影响因素对DNTF炸药静电感度的影响，提出了降低DNTF炸药静电感度的技术途径，为提高DNTF炸药生产、运输使用、储存中的安全性提供了科学依据。

1 试验

1.1 试验样品

DNTF，西安近代化学研究所自制，纯度98%以上。

1.1.1不同粒度DNTF单质炸药制备

将DNTF单质炸药分别使用32目、50目标准筛筛分，取50目筛下部分为试样1，32目筛下部分为试样2，32目筛上部分样品为试样3，试验药量为50g。

1.1.2片状DNTF单质炸药制备

称取适量DNTF单质炸药熔融后倒入铜盘中，将熔融液体均匀铺满整个铜盘，液体厚度约为1mm，室温下冷却凝固后，使用铜锤将铜盘中的DNTF炸药敲成尺寸不超过0.5cm×0.5cm薄片，制成片状DNTF炸药样品，试验药量为50g。

1.1.3 DNTF药柱制备

将熔药锅接通蒸汽，将DNTF放入熔药锅，用搅拌棒搅拌，直到DNTF完全熔化，然后将DNTF炸药药浆倒入Φ40mm的柱形模具中，待完全冷却凝固后取出药柱，使用车床将药柱加工成直径40mm、质量50g的DNTF药柱样品。

1.1.4不同含水量DNTF炸药制备

将DNTF单质炸药药粉过32目筛，取50g筛下部分DNTF炸药加入0g、5g蒸馏水，药粉和蒸馏水充分混合均匀后待用。

1.1.5 DNTF/AP药柱制备

将熔药锅接通蒸汽，按照DNTF/AP=35/65的配方比例称取试样100g，先将DNTF放入熔药锅，用搅拌棒搅拌直到DNTF完全熔化后，再向其中加入AP，搅拌均匀后将DNTF/AP炸药药浆倒入Φ40mm的柱形模具中，待完全冷却凝固后取出药柱，使用车床将药柱加工成直径40mm、质量50g的DNTF/AP药柱样品。

1.2 试验原理

炸药试样在一定的装药条件下，受到尖端放电的电火花作用，观察试样是否容易被引爆。

1.3 试验装置

试验采用ESD LS-30大型静电火花感度测试仪，主要由3部分组成：主单元、测试容器和高压探针，如图1所示。

图1 主单元示意图

主单元是由高压单元和自动控制单元组成，测试容器被同轴电缆连接到主单元，高压放电测量是使用高压探针来实现的。测试容器由树脂玻璃容器、盖、铜棒产生的阳极、铜盘产生的阴极组成，如图2所示。

图2 测试容器示意图

1.4 试验方法

试验在爆炸塔中进行。将测试样品放置在35nF电容器的静电放电范围内进行测试。大型静电火花感度测试仪的测试电压可调节范围为0~30kV，选择一个测试电压放电，5s后测试仪会重新达到该电压值进行放电，直到观测到样品爆炸。在第30次放电后，如果炸药仍未发生爆炸，静置15~20min，使用接地棒将测试容器放电，观察样品状态。若样品状态未发生变化，将测试电压提高1kV继续试验，直到样品爆炸，记录此时电压值及在该电压值下放电次数，试验结束。

2 结果与讨论

2.1 炸药粒度对DNTF单质炸药静电感度的影响

使用静电火花感度仪对不同粒度DNTF炸药试样进行测试，试验数据列于表1。试样爆炸后，在爆炸塔内只能收集到阳极和破碎的阴极，如图3所示。

表1 不同粒度DNTF静电火花感度试验结果

Tab.1 Test result of electrostatic spark sensitivity of DNTF with different granularity

由表1中试验数据可知，随着DNTF单质炸药粒度的增大，堆积密度减小，能够使其发生爆炸的测试电压增大，即DNTF单质炸药的静电火花感度降低。图4为不同粒径DNTF单质炸药试样在100倍扫面电镜下的照片。从图4中可以看出，随着DNTF炸药粒径的增大，炸药的比表面面积减小。

图3 试验现象

(c) DNTF-3

图4 不同粒径DNTF单质炸药试样100倍扫描电镜照片

Fig.4 SEM of DNTF with different granularity

静电感度试验时阳极尖端局部放大示意图见图5，阳极尖端、空气间隙、炸药颗粒的尺寸基本在同一数量级。电极间有很多空气间隙[5]，空气击穿场强远小于炸药晶体，所以电击穿必定先在空气缝隙发生。气体中形成放电通道后，通道中心是等离子体，同时产生高频辐射。通道中心气体受热膨胀引起气体运动并可能形成冲击波。炸药颗粒越小，比表面积就越大，所接受爆轰产物的能量也就越大，形成活化中心的数目越多，因而容易引起爆炸反应，且有利于爆轰的传播，因此，随着DNTF单质炸药粒度的减小，DNTF单质炸药的静电火花感度增加。

图5 静电感度试验阳极局部放大示意图

2.2 炸药状态对DNTF单质炸药静电感度的影响

研究发现DNTF单质炸药对静电具有敏感性，针对炸药不同状态，如粒状、片状及药柱对DNTF的静电感度是否会产生不同的影响，本文开展了研究工作。采用大型静电火花感度测试仪测试片状、柱状DNTF单质炸药的静电感度，并与粒状DNTF炸药静电感度对比，试验结果如表2所示。

表2 不同状态DNTF的静电火花感度试验结果

Tab.2 Result of electrostatic spark sensitivity test for different state of DNTF

由试验结果可知，片状DNTF炸药和DNTF药柱在最大测试电压29.7 kV下受到30次放电均未发生爆炸，与粒状DNTF单质炸药静电感度试验结果对比可知，当DNTF单质炸药制成片状后，静电感度大幅度降低。这可能是由于DNTF炸药熔融后制成片状或药柱后铸装炸药结构更加致密，爆轰产物的能量不易被其吸收，所以不容易起爆。

2.3 炸药中含水量对静电感度的影响

将不同含水量的DNTF试样进行静电感度测试和水分含量测试，得到不同水分含量下的静电感度，研究炸药中含水量对DNTF单质炸药静电感度的影响，结果见表3。

表3 不同含水量DNTF静电火花感度试验结果

Tab.3 Result of electrostatic spark sensitivity test for DNTF with different content of water

由表3试验结果可知，当DNTF单质炸药药粉中含水量达到一定值后，其静电火花感度显著降低。

2.4 AP对DNTF静电感度的影响

高氯酸铵是一种密度大、有效氧含量高的固体氧化剂，具有高的热安定性、低的吸湿性、优良的化学安定性和低的感度，原料易得、生产工艺简单，因此在导弹、宇航及烟火工业等领域获得广泛应用。另外它又是一种不敏感的正氧平衡炸药，用于混合炸药可改善氧平衡和爆轰性能，并且可以根据配方不同进行压装或铸装。AP对DNTF静电火花感度影响的试验结果如表4所示。

表4 含AP的DNTF静电火花感度试验结果

由表4试验结果可知，当在DNTF中加入AP后，DNTF药柱由不发生反应到施加17.0kV电压后第1次就发生爆炸反应，可见，AP的加入提高了DNTF炸药的静电感度。首先，这可能是由于AP是一种强氧化组分，其分子中含有爆炸性基团-OClO3，化学性质不稳定，感度高；其次，AP是一种微米级假体电阻≥1017Q的高绝缘粉粒[6]，具有极大的比表面，易产生静电积累。当DNTF/AP药柱受到高压静电刺激后，AP首先发生剧烈分解反应，产生热积累，从而引起DNTF发生反应。

3 结论

（1）随着DNTF单质炸药粒度的增大，堆积密度减小，其静电火花感度降低；当粉末状DNTF单质炸药制成片状或药柱后，静电感度大幅度降低；当DNTF单质炸药药粉中含水量达到一定值后，其静电火花感度显著降低；当在DNTF炸药中加入AP后，其静电感度显著增加。

（2）DNTF作为一种新型高能炸药，在其生产、运输、储存、使用过程中极易与周围介质发生摩擦产生静电，为了消除DNTF由于静电产生的危害，在生产时可以将DNTF炸药制备成片状或者增加DNTF药粉的粒度和含水量，在运输和储存时增加DNTF炸药周围环境湿度，从而降低DNTF炸药的静电感度，增加其安全性。

[1] 陈加兴.火工制品静电感度分布研究[J].北京理工大学学报，1993,13(1):44-48.

[2] 陈政新,黄久生,李敬魁,刘芳.火工品静电感度试验方法研究[J].火工品,2001(4):40-42.

[3] 曹海峰,王国立.火炸药静电感度研究进展[J].矿冶,2002, 11(1):17-20.

[4] 林大泽,徐天瑞.工业粉尘防爆与治理[M].北京:科学技术出版社,1990.

[5] C.R. Westgate. Electrical and photographic characterization of low-intensity capacitor spark discharges[R].AD:A008356, 1975.

[6] 孟宪东,丁敦辉，崔瑞禧.高氯酸铵防静电结构材料技术研究[J].化学推进剂及高分子材料,2002(1):8-11.

Experimental Research on Factors Influencing the Electrostatic Spark Sensitivity of DNTF

WANG Wei，LUO Yi-ming，YANG Jian，GAO Jie，JIANG Qiu-li

(Xi’an Modern Chemistry Research Institute, Xi’an,710065)

For improving the safety of DNTF in application, the effect of granularity, explosive state and water content on electrostatic spark sensitivity of DNTF was studied, by large scale electric static spark sensitivity testing device. The study shows that the electrostatic spark sensitivity of DNTF reduces with the increase of the explosive granularity, when the farinose DNTF is made to sheet explosive or explosives grain, the electrostatic spark sensitivity of DNTF reduces evidently. When the water content of DNTF increases, the electrostatic spark sensitivity reduces obviously, however, the electrostatic spark sensitivity increases as adding the ammonium perchlorate to DNTF.

DNTF；Electrostatic spark sensitivity; Granularity；Explosive state；Water content

1003-1480（2015）03-0042-04

TQ564

A

2015-01-26

王玮（1985-），女，助理研究员，从事混合炸药配方设计及工艺技术研究。