摘要:论述了火工药剂细化技术的研究概况.针对敏感起爆药的特殊性.借鉴其他领域超细材料制备方法.提出用微乳液合成法制备超细敏感起爆药。
关键词:火工药剂;细化技术;微乳液合成法;
前言
随着火工品的发展.火工药剂的细化已成为现代武器中一项重要的高新技术。超细火工药剂所表现出来的不同于普通颗粒的新的物理化学性能.吸引了越来越多的科研人员在这一方面进行研究,经过大量的研究已经证实超细火工药剂具有燃烧率提高,输出能量更高,感度发生变化,爆轰机理转变,爆轰波传播更快更稳定,爆轰临界直径大幅度降低,装药强度提高等优点。因此.超细的火工药剂在爆炸逻辑网络、推进剂、激光起爆等诸多领域中都有重要的应用。
一、火工药剂细化技术简介
1.火工药剂细化研究的发展
1977年,美国匹克汀尼兵工厂为了确定超细太安能否代替糊精叠氮化铅用于宇航局航天飞机而从事了太安的细化研究⑶,超细太安是粒径约为10um的结晶,他们将其与糊精叠氮化铅就撞击、冲击、热、静电感度等7项性能试验进行了比较。结果表明:两批超细太安都比参照的叠氮化铅钝感,其主要特性与标准太安无明显不同,其机械撞击、炸药冲击、短高温脉冲、静电感度都钝感于糊精叠氮化铅;而最小起爆药量试验超细太安比猛炸药更加敏感。
2.火工药剂细化技术及评价
粒度达微米及亚微米级的炸药是目前新技术火工品中必不可少的关键材料,ebw、efi等起爆器都必须采用高比表面积的超细炸药作为起爆炸药,爆炸逻辑网络也需要用亚微米级和纳米级的炸药以降低临界爆轰尺寸、提高集成度,超细材料可以改善火药、延期药等烟火剂的性能,超细技术在火工品领域中将会作出特殊的贡献。火工药剂的超细化可以借鉴其他领域广泛应用的超细粉体技术,但火工药剂具有爆炸性、批量小、纯度要求高等特点,其细化技术有特殊的安全操作要求#火工药剂的细化技术可分为固相法,液相法和气相法。(1)固相法;固相法主要是进行药剂的物理粉碎,其优点在于操作简单,但初始药剂需采用高纯度的样品,且在细化过程中易引入杂质,粒度分布较宽、分布不均匀、批次重复性不好。(2)液相法;液相法是将药剂先变成液态,再结晶出来。经此法处理后,药剂纯度有所提高,杂质混入量相对较少,但粒径受工艺条件影响较大,有些药剂达不到要求。液相法分为溶剂/非溶剂重结晶法和化学反应法。(3)气相法;气相法是将药剂先转变成气态,再结晶或沉积。其优点是处理后的药剂纯度更高,颗粒分散性好,粒径均匀,分布较窄。缺点是投资较大,需专用设备。
3.乳化细化原理
采用表面活性剂来增大分散体系中粒子的稳定性已见有资料论及．乳化细化与表面活性剂细化虽同为重结晶法,但其作用机理是不同的．乳化细化中的乳化剂属高分子有机物,它在粒子表面形成一吸附层,不仅减小了粒子问范德华力的作用,更重要的是吸附了高分子粒子在互相接近时产生的两种情况:吸附层被压缩而不发生渗透;吸附层船发生互相渗透、互相重叠．前者由于高分子失去结构熵而产生熵斥力位能,后者则由于重叠区域浓度升高而导致产生渗透斥力位能,结果两种情况都导致体系能量升高,自由能增大．经常使用的高分子分散剂就是利用了这一作用过程．选择台适的乳化荆与溶剂混溶,在一定浓度下形成反胶团或馓乳渡,此时溶质在水核内结晶生长,由于水核半径是周定的,不同水核内的晶核或粒子之闯的物质交换受到阻挡,从而可以使晶体生长得到控制,这就是乳化细化的基本原理。
4.喷射细化原理
喷射细化的基本原理仍是重结晶法,重结晶法有使炸药结晶获得精制细化的优点．重结晶法的主要影响因素有溶剂的种类、溶剂浓度、稀释剂甩量、稀释速度等,其中稀释速度是影响粒度与粒度分布的最重要因素之一,也是影响产品酸度的重要因素．稀释速度快,将促使溶液被控制在不稳定区,自发成核并生成细小颗粒．如果适当减慢稀释速度,将延长结晶时闾,使晶核充分成长,粒度增大．喷射细化的主要手段是对重结晶的时间进行调整,利用高压水流稀释RDX溶液,使结晶时阔尽可能缩短．此时,高压水流在抽吸管中剧烈喷射,急速冲击RDX溶液,迅速降低溶液与水之间的浓度差,使浓度梯度变化很大,饱和的RDX便迅速地从雾化硝酸溶液中结晶出来;另一方面,高压水喷射作用可以对RDX晶体产生巨大的冲击剪应力,把RDX晶粒击碎,达到进一步细化。
二、微乳液合成法制备超细火工药剂
1.反相微乳液法简介
(1)反相(W/O)微乳液,是指以不溶于水的非极性物质相,油相为分散介质,以极性物质,水相为分散相的分散体系;其特点是:分散相均匀分布,尺寸半径在5-l00mm之间;由于分散相(液滴)小,体系呈半透明或透明状,在光学上各向同性;分散相与分散介质之间有低的界面张力,是热力学稳定体系。1982年,Boutnonet等首先正式提出在微乳液的水核中制备Pt、Pd、Ph、Ir等金属团簇微粒,开拓了一种新的纳米微粒制备方法。随着人们对反相微乳液的组成、结构、流变性、稳定性和热力学等特性的了解,利用这种胶束纳米空间作为微反应器进行纳米制备的研究日益增多。反相微乳液法具有适用面广、制备纳米微粒分布窄等特点,近年来,国外对其研究十分活跃,并合成了金属单质、合金、无机化合物、氧化物等多种纳米材料。
(2)用反相微乳液法制备超微颗粒是一种新颖有效的手段。由于水相在反相微乳液中以极小的液滴形式分布在油相中,形成了彼此分离的微区。如果将颗粒的形成空间限定于反相微乳液液滴的内部,那么,粒子的大小、形态、化学组成和结构等都将受到微乳液体系的组成与结构的显著影响,为实现超微粒子尺寸的调控提供了条件。反相微乳液法制备超微粒子有以下优点:实验装置简单,操作容易;可以通过改变原料组分的方式控制粒径,粒径分布窄;易于实现连续化生产运作,为工业化生产提供可能;反应介质可以循环使用,以降低成本。此外,对制备超细的火工药剂来说,由于是在表面活性剂存在的条件下进行的,可以对晶形进行控制,改善药剂的流散性。
2.反相微乳液中超细颗粒产生机理
用反相微乳液作为反应介质进行反应时反应物的加入方式主要有直接加入法和共混法两种。对应的反应机理有渗透机理和融合机理。所谓渗透机理,是指外加到微乳液中的反应物渗透到微乳液水核中,与其中的反应物发生反应,生成超细颗粒。融合机理是指两个反相微乳液的水核由于碰撞而融合,反应物发生反应,生成超细颗粒。制备超细火工药剂时釆用共混法,将分别含有A、B两种反应物的两个反相微乳液混合。由于胶团颗粒的碰撞和结合,发生了微乳液液滴之间的物质交换。A、B发生反应生成超微颗粒。由于微乳液液滴之间碰撞形成更大的液滴需要较大能量,因此,反相微乳液的水核大小控制了超微颗粒的初始粒径。
结束语
以上所述及的各种细化方法适用于不同的火工药剂,既可单独使用,也可组合使用。但对于敏感起爆药,应釆用合成与细化同步完成的方法,微乳液合成法正是一种有效的方法。目前,微乳液法制备无机和有机纳米材料的研究取得了一定的进展,但在微乳液合成法制备超细火工药剂方面,国内外尚无报道。但从理论上和其他领域的实践上看来,微乳液合成法制备超细火工药剂是可行的,具有很好的发展前景。
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