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B炸药组分、改性及低熔点含能化合物合成研究

一、绪论

1.1研究背景与意义

B炸药作为一种重要的混合炸药，在军事、工业等领域有着广泛的应用。它具有生产周期短、生产率高、成本低以及操作安全等优点，例如在军事上常用于装填炮弹、航弹、手榴弹等弹药，能够有效提升武器的杀伤力和爆破能力。然而，B炸药也存在一些明显的不足。其机械感度较大，在受到撞击、枪击等外界刺激时，发生爆炸的风险相对较高，这在战场环境中可能带来安全隐患。并且，在铸装过程中，B炸药容易形成裂缝、收缩孔和弹底空隙等疵病，这些疵病不仅会影响炸药的性能，还可能导致武器使用过程中的可靠性降低，如装B炸药的弹种发生枪弹膛炸的概率比装TNT时大4-8倍。因此，对B炸药进行改性研究，提高其安全性和综合性能具有重要的现实意义。

低熔点含能化合物在含能材料领域展现出独特的应用潜力。在熔铸炸药中，它们可以作为优良的载体炸药，有助于改善炸药的成型和性能。作为含能增塑剂，低熔点含能化合物能够有效提升推进剂和发射药的柔韧性和能量特性。目前传统含能增塑剂大多为脂肪族骨架的含能衍生物，存在感度和稳定性不足的问题，新型低熔点含能化合物的合成可以为含能材料的发展提供新的解决方案，对于提升武器系统的作战效能和安全性具有关键作用。深入开展B炸药改性及低熔点含能化合物合成的研究，对于推动含能材料领域的技术进步、满足国防和工业发展的需求具有深远意义。

1.2B炸药概述

B炸药主要是由黑索今（RDX）和梯恩梯（TNT）组成的混合物，可含有少量钝感剂。标准B炸药通常含RDX60%，TNT40%，蜡类（外加）1%。除标准B炸药外，还有A级B炸药，使用A级黑索今（粒度较粗），有多种组成比例；B级B炸药，RDX粒度为B级（较细）。B炸药具有能量较高的特点，其爆热、爆速等性能指标优于TNT，例如爆热可达1240kcal/kg（TNT为1000kcal/kg），爆速为7840m/s（TNT的爆速6060m/s），这使得它在爆炸时能够释放出更大的能量，产生更强的破坏力。而且B炸药既可以铸装也可以压装，能够适应各种弹体的装填需求，操作较为灵活。同时，其化学安定性良好，便于长期储存，在50℃以下，B炸药的真空安定性试验结果与黑索今相近，且TNT和RDX本身化学安定性好，在150℃时两者间才有明显化学反应，而实际使用中远离该温度，不影响弹丸的储存和使用。此外，B炸药的原料丰富，成本较低，RDX主要由鸟洛托品和硝酸制得，原料为甲醛、氨和氧，来源于煤、水和空气；TNT的主要原料硝酸和甲苯，甲苯可从炼焦工业和石油工业的芳烃馏分中获得。

由于具备以上诸多优点，B炸药从第二次世界大战至今，在欧美、日本等国家和地区被广泛用于装填各种弹药和爆破器材，如炮弹、航弹、手榴弹、深水炸弹、地雷、爆破筒和爆破药包等，是产量大、用量大的军用主装药，在军事领域发挥着重要作用。

1.3B炸药改性研究进展

1.3.1改性剂种类及作用机制

常见的B炸药改性剂包括高分子弹性体、橡胶树脂、纤维等。高分子弹性体如聚氨酯弹性体，它能够在B炸药体系中形成一种弹性网络结构。一方面，这种结构可以有效缓冲外界的冲击力，降低B炸药的机械感度；另一方面，增强了RDX与TNT之间的界面结合力，改善了炸药的力学性能，使药柱更加坚固，减少裂缝等疵病的产生。橡胶树脂类改性剂，例如丁腈橡胶，其分子中的极性基团能够与B炸药中的成分形成较强的相互作用，提高了炸药的整体稳定性，同时也在一定程度上降低了炸药的感度，增强了其抗外界刺激的能力。纤维类改性剂如芳纶纤维，加入B炸药后，纤维能够均匀分散在体系中，起到增强骨架的作用，显著提高B炸药的拉伸强度和韧性，使其在受到外力作用时更难发生破裂，从而提升了炸药的综合性能。

1.3.2国内外研究现状

在国外，早在20世纪50年代就开始了对B炸药的改性研究。当时，主要是向B炸药配方中加入防裂增塑剂如α-硝基萘、邻苯二酚、2,4,6-三硝基苯甲醚和0.2%-0.4%的蒽等，虽然在解决B炸药性脆易裂问题上取得了一定效果，但却引发了更严重的渗油问题。后来，Schimmel和Pollack等人先后在B炸药中添加0.5%的硅酸钙，在减少渗油和抑制尺寸长大方面有一定成效，但药柱易裂和环境适应性差的缺点仍未克服。Vogit等人引入聚氨酯弹性体Estane5702和Estane5702、硝化棉、环氧树脂（EPO）混合体系，使B炸药的渗油性明显降低，药柱的整体性和力学性能得到改善。

在国内，相关研究也在不断推进。王永川利用氟聚物包覆RDX