3種藥柱的爆速和爆壓試驗研究

3種藥柱的爆速和爆壓試驗研究

熱安定性和爆炸性的預(yù)壓分子托丁化和tnb是tatl產(chǎn)品中的微雜質(zhì)，但它們本身是炸藥。國內(nèi)外在TATB雜質(zhì)的合成、分析和表征方面有文獻(xiàn)報道,而TATB雜質(zhì)的熱性能、感度和爆轟性能未見報道。從分子結(jié)構(gòu)可以預(yù)估TCTNB和TCDNB的熱安定性、安全性和爆轟性能都低于TATB,它們的存在會損害炸藥的綜合性能。根據(jù)GJB772A-97“爆速電測法”和“爆壓錳銅壓力傳感器法”測試了直徑為20mmTATB、TCTNB97%和Wax3%(配方1)以及TCDNB97%和Wax3%(配方2)3種藥柱的爆速和爆壓,并用VLWR狀態(tài)方程爆轟程序計算了爆轟性能參數(shù),實測值與計算值相符。研究結(jié)果對進(jìn)一步研究雜質(zhì)對以TATB為基的塑料黏結(jié)炸藥的安全性、貯存性能和爆轟性能的影響提供依據(jù)。1實驗部分1.1tctnb的合成TATB用TCTNB經(jīng)氨化合成制得,熔點大于327.3℃,壓成Ф20mm×20mm藥柱,密度為1.803g/cm3;TCTNB,山西永濟(jì)575廠生產(chǎn),將TCTNB在50℃經(jīng)二氯乙烷溶劑重結(jié)晶制得,熔點194.6℃,然后加入3%的蠟在水溶液中造粒,烘干后壓成Ф20mm×20mm藥柱,密度為1.830g/cm3;TC-DNB用三氯苯和硝酸在常溫下硝化反應(yīng)制得,熔點131.2℃,然后加3%的蠟在水溶液中造粒,烘干后壓成Ф20mm×10mm藥柱,密度為1.740g/cm3。1.2采樣速度wsp錳銅壓力傳感器為雙П型錳銅元件。敏感部分長0.5～5mm,寬0.2～0.8mm。示波器為TDS-520,分辨率8bit,采樣速度1×108s-1,記錄時間大于10μs。實驗裝置由8#工業(yè)雷管、JH-9005傳爆藥、被測炸藥、電探針、錳銅壓力計和底座組成。將電探針引線用導(dǎo)線連接到示波器的通道1上,錳銅壓力計一端的引線通過射頻電纜與脈沖恒流源連接,另一端的引線與示波器的通道2連接,實驗裝置見圖1。2結(jié)果和處理2.1tabt的密度通過電探針用示波器記錄爆轟波通過Φ20mm×120mm被測炸藥中20mm長度所需時間間隔獲得爆速,每種樣品做兩次實驗,爆速取平均值,結(jié)果見表1。對于TATB,密度與無限大藥柱爆速的關(guān)系為:D=2.480+2.852ρo。當(dāng)TATB的密度為1.803g/cm3時,由式(1)計算出的理論爆速為7.622mm/μs。從表1可知,TATB的實測爆速為7.452mm·μs-1,比理論爆速低0.17mm·μs-1。配方1和2的爆速分別為6.890,5.973mm·μs-1,這表明兩種藥柱(Φ20mm)能被起爆并穩(wěn)定地進(jìn)行爆轟。2.2實驗結(jié)果表2利用錳銅壓力計的壓阻效應(yīng),在恒流源向錳銅壓力計輸入恒定電流之后,用示波器測出壓力計在爆轟波作用下的電壓改變量,按下式計算出爆壓。ΔR/R0=ΔV/V0(1)P=0.60+30.86(ΔR/R0)+21.16(ΔR/R0)2-6.61(ΔR/R0)3(2)式中,R0為錳銅壓力計的電阻,Ω;ΔR為爆轟波作用下,錳銅壓力計的電阻改變量,Ω;V0為恒定電流通過錳銅壓力計時,示波器測得的壓力計電壓,V;ΔV0為爆轟波作用下,示波器測得的錳銅壓力計的電壓改變量,V;P為炸藥的爆壓,GPa。TATB、TCTNB和TCDNB的錳銅壓力計測試數(shù)據(jù)和計算結(jié)果見表2。從表2可知,密度為1.803g/cm3的TATB藥柱Φ20mm實測爆壓為24.40GPa,而文獻(xiàn)報道的密度1.847g/cm3、Φ25.35mmTATB藥柱的爆壓為25.90GPa,比實測爆壓大1.50GPa。這是因為文獻(xiàn)值中TATB藥柱的直徑和密度均比本文實驗條件下TATB藥柱的直徑和密度大。配方1和配方2的爆壓分別為20.28、15.30GPa,這進(jìn)一步表明將這兩種配方制成的Φ20mm藥柱,能被起爆并穩(wěn)定地進(jìn)行傳播。3理論計算3.1爆擊參數(shù)的計算由非理想氣體的維里(Virial)理論方程出發(fā),經(jīng)過一些假設(shè)、推導(dǎo)和簡化,可推得VLW狀態(tài)方程。VLW狀態(tài)方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式為PVRT=1+B?(b0V)+BT*14∑n=3∞(b0/V)(n?1)(n?2)n(n≥3,T?≥20)(3)ΡVRΤ=1+B*(b0V)+BΤ*14∑n=3∞(b0/V)(n-1)(n-2)n(n≥3,Τ*≥20)(3)式中,B*為無量綱第2維里系數(shù),T*為無量綱溫度。在計算炸藥的爆速、爆壓、爆溫和等熵指數(shù)等爆轟參數(shù)時,除VLW狀態(tài)方程外,還需下列方程組。質(zhì)量守恒:ρ0·D=ρ(D-U)(4)動量守恒:P-P0=ρ0DU(5)能量守恒∶PU=12ρ0DU2+ρ0D(E?E0)(6)C?J條件∶D=C+U(7)能量守恒∶ΡU=12ρ0DU2+ρ0D(E-E0)(6)C-J條件∶D=C+U(7)式中,D、U、E和ρ為C-J爆轟狀態(tài)下的爆速、質(zhì)點速度、內(nèi)能和密度,下標(biāo)“0”為初始狀態(tài)下的對應(yīng)值。對于化學(xué)組成為CaHbNcOdCle的炸藥,C-J面上的爆轟產(chǎn)物為H2O、H2、O2、CO2、CO、NH3、NO、N2、CH4、HCl和Cl2,若產(chǎn)物中出現(xiàn)固體,需增加固體方程,并假設(shè)上述均在化學(xué)平衡條件下進(jìn)行。以這些方程為基礎(chǔ),結(jié)合有關(guān)熱力學(xué)函數(shù)和爆炸力學(xué)關(guān)系式編寫的FORTRANVLWR程序,選擇合適的參數(shù)即可計算TATB、TCTNB和TCDNB的爆轟參數(shù)。具體運(yùn)用時,只要給出炸藥的初始密度、組成和生成熱,就可將TATB、TCTNB和TCDNB的爆轟參數(shù)和產(chǎn)物組成計算出來。3.2爆速和爆壓的參數(shù)參數(shù)用VLWR爆轟程序,對TATB、TCTNB、TCDNB進(jìn)行了計算。TATB炸藥以摩爾質(zhì)量258g為計算基準(zhǔn),TCTNB和TCDNB炸藥,由于造粒時加入了3%的石蠟(分子式為C18H38),按混合炸藥100g為計算基準(zhǔn),計算采用的初始參數(shù)見表3。同時計算了TATB、TCTNB和TCDNB的爆轟參數(shù)及C-J產(chǎn)物的平衡組成,并與實測爆速、爆壓值進(jìn)行了比較,結(jié)果見表4。從表4可知,理論爆速和爆壓值與實測值相比有差別,這表明建立在非理想氣體的維里(Virial)理論方程基礎(chǔ)上的VLWR爆轟程序,用于計算化學(xué)組成為CaHbNcOdCle炸藥的爆速和爆壓時,能滿足精度要求。差別的產(chǎn)生由以下兩個方面,一是VLWR爆轟程序是建立在理想爆轟的基礎(chǔ)上,而文獻(xiàn)檢索表明TATB的爆轟具有非理想爆轟的特征;二是計算兩個配方的爆速和爆壓時,TCTNB和TCDNB的生成熱使用的是估計值,其準(zhǔn)確值至今未見文獻(xiàn)報道。4tcnnb和tcndb通過標(biāo)準(zhǔn)配方的爆速,能夠被起爆并穩(wěn)定傳播(1)用電探針和錳銅壓力計測試獲得TATB的爆速為7.452mm·μs-1,爆壓為24.40GPa;TCTNB97%和Wax3%配方的爆速為6.890mm/μs,爆壓為20.28GPa;TCDNB97%和Wax3%