發(fā)射藥的基本性能

發(fā)射藥的基本性能1、發(fā)射藥的能量性質go2、燃燒性質go3、安定性go1、發(fā)射藥的能量性質發(fā)射藥對外做功的能力主要是由它的潛能來決定。直接用來度量發(fā)射藥潛能的參數是爆熱（QV）go和比體積（Vl）。爆熱QV反映發(fā)射藥可被利用的化學能，比體積（Vl）反映發(fā)射藥可產生的工質的性質和數量。爆熱高和比體積大的發(fā)射藥具有高的做功能力。大多數發(fā)射藥的能量性質都在下述范圍之內：火藥力980.1～1225kJ/kg,火焰溫度2500～3400K,爆熱3300～4150kJ/kg，比體積836～1100L/kg,比熱容比1.2300～1.2527。下表的數據是幾種發(fā)射藥的能量示性數，都具有代表性?；旌硝グl(fā)射藥雙基發(fā)射藥單基發(fā)射藥三基發(fā)射藥黑火藥德國JA2俄HIT-3美國M6美國M30火藥力/(KJ·kg-1)1140960980.41090239～284爆熱/(KJ·kg-1)40823330.540822782-3140火焰溫度/K34122600256024552800比體積/(L·kg-1)900.481000993.2965.4286-356比熱容比1.22501.25431.2385應用120mm等高初速火炮130、152mm等火炮155mm等中、大口徑火炮155mm等遠射程火炮點火、拋撒、爆破back1kg發(fā)射藥在初溫298K、隔絕氧和定容條件下進行燃燒，并使反應物冷卻到初溫，水為液態(tài)時所放出的熱量稱為定容爆熱，以QV表示，單位kJ/kg。對于水為氣態(tài)的定容爆熱，常以QV（g）表示，單位kJ/kg。在298K溫度下與QV的關系為式中：nH2O——1kg火藥爆發(fā)產物中水的質量摩爾濃度，mol/kg；41.536——水在298K時的摩爾汽化熱，kJ/mol。1kg發(fā)射藥在初溫298K、隔絕氧和定壓條件下進行燃燒，并使反應物冷卻到初溫，水為氣態(tài)時所放出的熱量稱為水為氣態(tài)的定壓爆熱，以Qp(g)表示，單位kJ/kg?；鹚幎▔罕瑹崤c定容爆熱的關系為

式中：p——壓力；V——火藥燃燒產物在p條件下的體積；Vp——火藥的體積?；鹚幍捏w積與產物體積V相比可以忽略，由上式得

式中：ng——1kg火藥燃燒產物中氣態(tài)產物物質的量；R——摩爾氣體常數；T——溫度。當T為298K，R取8.314J/mol·K，則（1）發(fā)射藥的爆熱與炸藥的爆熱是不相同的，雖然它們都在定容條件下進行化學變化，但發(fā)射藥的爆熱是引燃后燃燒化學變化放出的熱，與發(fā)射藥密度無關，而炸藥的爆熱則是引爆后爆炸化學變化放出的熱，與炸藥的密度有關；（2）爆熱與物質的充分燃燒不同，爆熱是與外界氧隔絕，自身所含各元素進行燃燒化學反應所放出的熱，而充分燃燒是指某物質在過量氧存在下充分燃燒，使其元素生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量。對于發(fā)射藥常為負氧平衡，很顯然，發(fā)射藥的充分燃燒熱值比發(fā)射藥的爆熱值要大。爆熱是表征發(fā)射藥燃燒時由化學能轉變?yōu)轱@能的多少，轉變?yōu)轱@能愈大，標志該發(fā)射藥做功能力就愈大，所以，從總體上來說，發(fā)射藥的爆熱愈大愈好。但對不同武器來說，由于還要考慮武器的壽命和經濟等因素，不是所有的武器對發(fā)射藥的爆熱要求愈大愈好，而是要從綜合各種因素來提出對發(fā)射藥爆熱水平的要求。back2、燃燒性質發(fā)射藥反應的主要形式是燃燒反應，燃燒產生高溫、高壓的氣體再推動彈丸運動。燃燒過程中燃氣的熱能轉化為彈丸的動能和后座能等其它形式的能量。在能功轉換的過程中，發(fā)射藥只有部分能量轉換為彈丸所需要的動能，其轉化效率和過程的安全性，都取決于發(fā)射藥的燃燒和能量釋放的速率。下表列出了幾種發(fā)射藥的燃燒性質。雙基發(fā)射藥單基發(fā)射藥三基發(fā)射藥美國M2美國M6美國M30裝填密度/(g·cm-3)0．10.20.2溫度/℃212121μ1/[mm·s-1·(MPa)-n]2.64622.71523.7551壓力指數n0.7550.6500.652因為燃燒過程關系到武器的效率和安全，所以燃燒性能是發(fā)射藥的重要性能之一。按照規(guī)律進行燃燒，可獲得高的彈道效率和穩(wěn)定的燃燒過程。穩(wěn)定的燃燒過程體現于燃燒氣體的生成速率，即體現于燃燒速度。所以燃燒研究的重點是發(fā)射藥的燃燒速度及燃速變化的規(guī)律，以使發(fā)射藥穩(wěn)定、規(guī)律的燃燒，滿足武器對不同燃速和安全性的要求。back3、安定性在特定條件下，發(fā)射藥能發(fā)生爆炸反應，具有敏感性與不安定性,所以發(fā)現各種發(fā)射藥敏感性與不安定性的實質、保持其物理和化學性質的相對不變、發(fā)展安全使用技術等，是火藥研究的一項重要內容。3.1發(fā)射藥的化學安定性因為組成發(fā)射藥的硝基化合物、硝酸酯化合物、硝銨化合物以及含有氧化劑和可燃物的物料，在儲存期間要發(fā)生變化，其中包括吸收水分、組分揮發(fā)、遷移、老化、高分子降解、水解、氧化等，是發(fā)射藥變質，并可能誘發(fā)燃燒和爆炸反應。生產、研究發(fā)射藥時，藥注意保持其物化性能不變或少變化的能力，保證在處理和再加工過程中的安全性以及加工后產品的穩(wěn)定性?？紤]發(fā)射藥的化學安定性，應首先注意發(fā)射藥的熱分解反應，因為它和發(fā)射藥的感度一樣是導致爆發(fā)反應的重要因素。也要注意發(fā)射藥在組分和結構上發(fā)生的變化，不能把劣質的組分引入到發(fā)射藥中，不能忽視由于晶析、汗析而造成敏感化的傾向。發(fā)射藥的主要組分是硝酸酯，更容易發(fā)生熱分解反應。發(fā)射藥在熱分解的初始階段首先是硝酸酯鍵的斷裂反應，這是一個單分子的吸熱反應，并釋放出NO2，在初始反應之后是分解產物之間的反應，是放熱反應，總的反應是放熱的，反應方程式為：RCH2O…ONO2=RCH2O-Q0+NO2RCH2O+NO2=H2O+NO+CO2+R1＇+Q1NO2+RONO2=NO+H2O+CO2+R2+Q2因為Q1+Q2>Q0,所以總反應的放射量Q=Q1+Q2-Q0。產生熱分解的NO2又可以加速發(fā)射藥自身的分解反應，所以發(fā)射藥熱分解反應是自動催化的放熱反應。有三個反應出現于發(fā)射藥熱分解過程：自動催化、放熱和爆發(fā)點的爆炸反應。如果放出的熱量不能及時地排放，熱量的積聚便使系統的溫度升高，自動催化再加速反應，則很容易達到含能材料的爆發(fā)點。熱分解反應是發(fā)射藥自身的特征，無法改變，而自動催化則既是關鍵因素，又是可能控制的因素。在發(fā)射藥的發(fā)展中，早已采用一種緩解自動催化反應的有效方法，即在熱分解反應不間斷生成催化劑NO2的同時及時消除它。其方法是加入一種能立即與NO2發(fā)生反應，生成穩(wěn)定、不對熱分解反應有任何影響之產物的物質。加入的物質被稱為安定劑，它雖然不能制止發(fā)射藥的熱分解反應，但可以減緩自動催化作用。在發(fā)射藥中，常用的安定劑是二苯胺和中定劑。二苯胺與發(fā)射藥熱分解產物NO2的反應，開始形成二苯亞硝胺，最后的產物是2，4，-三硝基二苯胺。反應過程出現一系列中間產物，這些產物分別為黃色、橙黃色、藍色或是黑藍色物質，所以保存久的發(fā)射藥常常是有顏色的。另一種安定劑是乙基中定劑，它與發(fā)射藥熱分解產物作用形成的最終產物是2，4-二硝基-N-乙基苯胺。(2)發(fā)射藥的水解除了熱分解反應外，發(fā)射藥還伴隨有水解反應，空氣中的水分遇到發(fā)射藥而發(fā)生如下反應：RCH2…ONO2+H2O=RCH2…OHNO2+HNO3與此同時，熱分解形成的NO2也與水發(fā)生反應，形成HNO3和HNO2，在這兩種生成硝酸的反應中，后者是主要的。反應形成的H+對發(fā)射藥的分解也起到催化作用，所以，潮濕條件下發(fā)射藥的壽命會減少。根據理論計算，實驗以及實際使用的經驗，在正常的保管條件下，常規(guī)的發(fā)射藥（單基藥、雙基藥、三基藥、TNT、RDX等）安全儲存期可以達到數十年，甚至超過100年。但是保管條件很重要的，如不按規(guī)定條件保管，安全儲存期可能減少數倍。在發(fā)射藥的長期存放期間，安定劑是屬于不斷消耗的物質，一旦安定劑數量減少或是消失，發(fā)射藥的自動催化反應就會加劇，所以安定劑的含量是發(fā)射藥是否達到危險期的重要標志。3.2發(fā)射藥物理安定性吸濕性、組分遷移都屬于物理安定性研究的內容。組分遷移會改變預定的、在加工時形成的組分分布，造成發(fā)射藥的“滲析”、“晶析”和“汗析”。有些發(fā)射藥的主體物料是處于過飽和狀態(tài)的溶液，有些發(fā)射藥是該過飽和溶液與固體物質的混合物，由于組分分布不均、結構中物質化學勢的差別，以及環(huán)境溫度等條件的變化，其組分分布要逐漸趨于平衡和穩(wěn)定，所以組分的遷移現象，不間斷的在發(fā)射藥中進行。如果遷移物以固體的形式集中于發(fā)射物的表面，稱為“晶析”，析出的物質是晶析物；遷移物以液態(tài)形式存在于發(fā)射藥的表面，稱為“汗析”,析出的物質是汗析物。汗析物中有硝化甘油、苯二甲酸二丁酯、二硝基甲苯等；晶析物中有炸藥吉納、RDX、HMX和氧化劑、催化劑等。有一類發(fā)射藥，根據彈道性能的要求，需要某些組分的分布濃度有一定的差別。例如，鈍感發(fā)射藥外表層的鈍感劑（通常是樟腦、中定劑、苯二甲酸二丁酯），它們在發(fā)射藥加工時，便借助溶劑從外部滲入發(fā)射藥的表層。長期儲存后，它們將因為組分遷移，使其分布趨于平衡，有時將這種現象稱為“滲析”?！皾B析”、“晶析“和“汗析”是發(fā)射藥物理安定性能的表現，不是所希望的。它們改變了原發(fā)射藥的組分分布和燃燒規(guī)律，形成彈