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国际化学工程杂志/2019/文章

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体积 2019 |物品ID 4017068 | https://doi.org/10.1155/2019/4017068

Ahmed Elbeih, Tamer Elshenawy, Hany Amin, Ahmed K. Hussein, Sara M. Hammad, "一种新型高性能塑料炸药的制备与性能比较",国际化学工程杂志, 卷。2019, 物品ID4017068, 6. 页面, 2019． https://doi.org/10.1155/2019/4017068

一种新型高性能塑料炸药的制备与性能比较

艾哈迈德Elbeih,1. 塔默·埃尔舍纳维,2. 哈尼·阿明,2 __ 艾哈迈德·K·侯赛因,1. 和 莎拉·m·Hammad3.

1.军事技术学院，Kobry Elkobbah，埃及开罗

2.埃及开罗技术研究中心

3.开罗大学药学院，吉萨，埃及

†已故的

学术编辑器:何塞·c·Merchuk
收到了 2018年11月30日
修订过的 2019年2月23日
认可的 2019年2月26日
出版 2019年7月02

摘要

EPX-2R是一种用于不同用途的高性能塑料炸药。EPX-2R基于RDX（1,3,5-三硝基-1,3,5-三嗪烷）由软化的苯乙烯-丁二烯粘合剂的弹性基体粘合。在EPX-2R的生产中使用了计算机化的混合器塑性图。测量了燃烧内能，并用于确定生成焓。测量了摩擦和冲击敏感性。通过实验测定了爆轰速度，并对其进行了测试使用EXPLO 5程序计算了炸药的爆轰特性。为了进行比较，研究了传统塑性炸药，成分C-4、Semtex 10、Formex P1、EPX-1和Sprängdeg m/46。得出结论：除了成分C-4外，EPX-2R的爆轰速度高于所研究的样品，但其感度最低观察到测量的燃烧内能与计算的爆轰热之间有趣的成反比关系。

1.介绍

一些国家以不同的商品名生产塑料炸药。塑料炸药主要由高能材料组成，作为填料，由选定的橡胶材料粘合，以降低炸药的敏感性并改善其机械性能[1.,2.]生产塑料炸药的主要关键是聚合物基质。除了混合过程外，这种基质对生产的塑料炸药的特性有重大影响[3.–5.］．一些出版物介绍了不同类型的可塑炸药，并比较了市售可塑炸药的灵敏度和性能[6.–8.]聚合物基体的组成对含能材料的热稳定性也有重大影响[9–11］．许多研究讨论了不同国家生产的塑性炸药的分解动力学及其对不同产品的保质期和稳定性的影响[12–16］．

成分C-4（化合物C4）是一种商用美国塑料炸药，包括1,3,5-三硝基-1,3,5-三嗪烷（RDX）作为高能填料，由聚异丁烯粘合剂的软化基质粘合[17作为一种破坏性材料，它在军事上有多种用途[17]Semtex 10是一种捷克塑料炸药，用于水下爆破和岩石爆破。它含有季戊四醇四硝酸盐（PETN）作为填料，与增塑的腈橡胶混合[18］．法国公司生产的formmex P1含有苯乙烯-丁二烯橡胶粘结的聚合基体PETN炸药[19]EPX-1是一种埃及塑料炸药，含有由非能量粘合剂粘合的PETN炸药，已用于民用爆破技术[20.].瑞典炸药Sprängdeg m/46含有与高能材料PETN结合的粘性液体混合物[20.］．

本文介绍了先进高能塑性炸药EPX-2R的生产方法。对新型EPX-2R炸药的爆炸性能进行了测定和讨论，并与几种常用炸药进行了比较，其中包括C-4、Semtex 10、Formex P1、EPX-1和Sprängdeg m/46。利用EXPLO5软件计算了所研究材料的爆轰性能。讨论了燃烧内能和爆轰热。比较样品对不同刺激的敏感性。讨论了各试样的爆速和爆压表征的性能。同时还观察了能量含量对塑性炸药性能的影响。

2.实验的

２.１.制备EPX-2R

EPX-2R的生产在埃及的Heliopolis化学工业公司进行。RDX的平均粒径为38和284μm、 分别由该公司生产。壬二酸二辛酯（DOZ）从Sigma-Aldrich公司获得。苯乙烯-丁二烯粘合剂橡胶（SBR）也是该公司的产品。

聚合物基体的制备是基于DOZ对SBR橡胶的软化，以获得粘性聚合物基体。塑料炸药的生产是在计算机化的混合器塑化仪BRABENDER中进行的。该工艺是基于RDX与软化的SBR在两个阶段混合:88 wt。将%的RDX置于塑化片中，与12 wt混合。%的软化SBR在70℃下搅拌30 min，然后在相同的温度下真空搅拌40 min。产品被挤压成直径21毫米的圆柱体。图中给出了一个典型的混合过程图，包括扭矩和混合温度与混合时间的关系1.．可以观察到，在混合过程开始时，转矩较大，随着时间的推移转矩开始减小，直到20min后接近稳定值，然后在30min时图上可以看到一个峰值。这是由于为了启动真空阶段而停止混合过程而发生的。随着时间的推移，扭矩开始略有下降，直到搅拌60min后达到稳定值。这一结果证实了炸药与聚合物基体的良好混合，特别是在去除混合物中的空隙后。


图1
EPX-2R的典型混合曲线。蓝线表示样品的温度，而红色峰值表示混合过程中的扭矩。
2.2.元素分析

用PerkinElmer 2400 CHNS/O元素分析仪测定炸药中C、H、N的含量。重新计算得到的元素分析，以匹配单个炸药的N含量，并在表中报告1..该计算的汇总公式被用作特定炸药的代表，因此可在EXPLO5规范中用作确定EPX-2R爆轰参数的公式。
不。 爆炸式 公式 分子量(g·摩尔−1.) 燃烧内能(J·g−1.) 生成热(kJ·mol−1.)
1. Comp C4 (21] C4.66H8.04N6.O5.99 243.97 12356 22.1
2. EPX-1[20.] C7.88H12.36N4.O12.59 364.58 11528 −666.5
3. 炸药10 [22] C8.05H12.64N4.O12.37 363.38 11942 −646.8
4. Formex P1[20.] C8.26H13.98N4.O11.85 358.93 12943 −613.2
5. Sprängdeg m/46[23] C8.10H12.81N4.O10.90 340.63 13179 −539.2
6. EPX-2R C4.81H8.07N6.O6.02 246.11 12618±56 10.6
表1
计算爆轰特性所需的数据。
2．3.燃烧内能

用MS10A自动燃烧量热仪测量了燃烧内能。这一过程的基础是将制备好的样品在充满过量氧气的炸弹中点燃[24]。所得结果如表所示1..燃烧内能用于计算爆轰参数计算所需的生成热。

2.4.碰撞灵敏度测量

使用具有可交换落锤的BAM冲击灵敏度仪来确定起爆所需的冲击能量[25］．50毫米3.测试样品的重量和2号和5号落锤的重量 采用概率分析法预测起爆概率水平[26］．只有50%的启动概率被使用，并在表中报告2.作为冲击能量。
不。 爆炸式 冲击能量(J) 摩擦敏感(N) 密度（g·cm）−3.) 测得的爆速（m·s）−1.)
1. Comp C4 (21] 21.1 214 1.61 8055
2. EPX-1[20.] 13.9 176 １．５５ 7636
3. 炸药10 [27] 15.7 204 1.52 7486
4. Formex P1[20.] 13.5 194 1.53 7544
5. Sprängdeg m/46[23] 14.2 183 1.52 7520
6. EPX-2R 23.2 247 1.58 7883 ± 63
表2
被研究炸药的测量特性。
2.5.摩擦灵敏度测量

摩擦灵敏度由BAM摩擦测试仪按照标准试验条件测定[25］．将0.01 g的研究样本分散在瓷盘表面，用不同的载荷来改变瓷盘与雌蕊之间的法向力。声音、烟雾或气味是样品启动的特征。应用概率分析方法[26，表中只报告了50%启动时的法向力2.为起爆摩擦力。

2.6.爆速测量

利用KONTINITRO AG公司生产的EXPLOMET-FO-2000对21缸EPX-2R的爆速进行了测量 毫米直径和200毫米 在每个电荷中放置三个光学传感器的位置准备了mm长的传感器。第一个传感器放置在50 与启动器侧的距离为mm，而其他传感器的距离为50 mm 距离之前的每个传感器mm。起爆过程中使用了8号雷管。表中记录了三次测量的平均值2.．

2.7.爆轰特性的计算

计算得到的爆轰参数(爆轰速度，D；爆轰热，Q；爆轰压力,P)用EXPLO5热力学程序计算了EPX-2R炸药和传统塑性炸药的爆炸载荷[28］．采用BKWN组参数进行BKW状态方程，这些参数为α= 0.5,β = 0.298,κ = 10.50和Θ = 6620 [29].表中报告了所有测试炸药的计算爆轰特性3.．
不。 爆炸式 密度（g·cm）−3.) EXPLO5
爆轰速度(m·s−1.) (D卡尔 − D经验值）/
(D经验值/ 100) (%)		 爆轰压力(GPa) 爆轰热（J·g）−1.)
1. Comp C4 (21] 1.61 7815 −2.9 23.57 5512
2. EPX-1[20.] １．５５ 7398 −3.1 21.17 5742
3. 炸药10 [27] 1.52 7370 −1.5 20.89 5708
4. Formex P1[20.] 1.53 7346 −2.6 20.03 5411
5. Sprängdeg m/46[21] 1.52 7232 −3.8 19.28 5345
6. EPX-2R 1.58 7679 −2.6 22.76 5493
表3
计算了所研究炸药的爆轰特性。

3.结果与讨论

正如在EPX-2R制备的第一部分所讨论的，我们观察到配料的混合条件会影响最终产品的特性。减小扭矩值，直至达到稳定范围，样品均匀性高，消除气隙。冲击和摩擦灵敏度的结果如图所示2.进行比较。观察到两组塑性炸药。第一组包括C4和EPX-2R;这两种塑料炸药是基于RDX的，其中EPX-2R的灵敏度低于Comp C4。第二组包括剩下的塑料炸药;它们都是基于PETN作为炸药填料。RDX的灵敏度比PETN低，这一结果似乎是合理的。因此，结果证实了基于RDX的塑性炸药(组1)比基于PETN的塑性炸药(组2)低[30.]此外，很明显，在所有研究的可塑炸药中，新型可塑炸药EPX-2R的感度最低。


图2
EPX-2R的冲击和摩擦敏感性与研究样品进行了比较。

相反，测得的爆速如图所示3.根据爆炸理论，这种关系是众所周知的。结果证明，在所有研究的样品中，Comp C4的爆速最高。实际上，EPX-2R的爆速低于Comp C4，但高于所有其他研究的传统塑性炸药。结果验证了预测关系的准确性R2.= 0.9885。同时也证实了本研究结果与文献结果的相容性。


图3
加载密度与实验爆速的关系。

计算的爆轰参数还证明，EPX-2R的爆轰参数高于除Comp C4以外的所有研究塑性炸药。通过给出计算的爆轰压力和实验测量值之间的关系，可以检查计算结果与实验测量结果的兼容性红色密度乘以所测爆速的平方，如图所示4.．


图4
爆轰压力(计算值)与实验值的关系ρD 2.．

从图4.，观测到的线性关系的准确性低于我们的预测。计算得到的Formex P1和Sprängdeg m/46的爆轰压力均低于实测值。计算得到的爆速Sprängdeg m/46比实测爆速低3.8%。这种计算差异可能是由于Sprängdeg m/46样品的元素分析存在误差，影响了计算结果与实测值的相容性。通过EXPLO5程序计算得到的燃烧内能与计算得到的爆轰热之间又有一个逆线性关系，如图5所示5.．增加聚合物在样品中的质量百分比，引起燃烧内能的增加，同时降低爆轰热(由于炸药wt.%的降低)。根据爆炸物理学，这一结果似乎是合乎逻辑的;众所周知，炸药重量百分比的增加会导致爆轰参数(包括爆轰热)的增加。分子筛C4与EPX-2R的爆轰热非常接近，而EPX-2R的燃烧内能较高。这可能是由于EPX-2R所使用的聚合物基体的影响，与Comp C4相比，EPX-2R具有较高的能量含量。


图5
测得的燃烧内能与计算的爆轰热成反比关系。

4.结论

EPX-2R是一种有趣的塑料炸药，其生产条件影响其特性。与所有研究的传统塑料炸药相比，EPX-2R对不同刺激的敏感性最低。EPX-2R比研究的传统炸药具有更高的爆轰特性，但Comp C4仍然具有最高的爆轰特性所有知名塑料炸药的性能。EPX-2R的爆热值与Comp C4非常接近。此外，测量的燃烧内能与计算的爆热值呈反比关系。EPX-2R是一种高能塑料炸药，可替代许多其他炸药军用和民用的商用塑料炸药。

数据可用性

用于支持本研究结果的数据可根据要求从相应作者处获得。

的利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

作者的贡献

Ahmed Elbeih负责概念、基础和方法。Tamer Elshenawy参与了实验的方法和执行。Hany Amin和Ahmed K. Hussein进行了统计分析。萨拉·m·哈玛德(Sara M. Hammad)表演了实验部分。

致谢

这项工作得到了埃及军事生产部通过研究奖学金的支持。

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