发射药的基本性能

发射药的基本性能1、发射药的能量性质go2、燃烧性质go3、安定性go1、发射药的能量性质发射药对外做功的能力主要是由它的潜能来决定。直接用来度量发射药潜能的参数是爆热（QV）go和比体积（Vl）。爆热QV反映发射药可被利用的化学能，比体积（Vl）反映发射药可产生的工质的性质和数量。爆热高和比体积大的发射药具有高的做功能力。大多数发射药的能量性质都在下述范围之内：火药力980.1～1225kJ/kg,火焰温度2500～3400K,爆热3300～4150kJ/kg，比体积836～1100L/kg,比热容比1.2300～1.2527。下表的数据是几种发射药的能量示性数，都具有代表性。混合酯发射药双基发射药单基发射药三基发射药黑火药德国JA2俄HIT-3美国M6美国M30火药力/(KJ·kg-1)1140960980.41090239～284爆热/(KJ·kg-1)40823330.540822782-3140火焰温度/K34122600256024552800比体积/(L·kg-1)900.481000993.2965.4286-356比热容比1.22501.25431.2385应用120mm等高初速火炮130、152mm等火炮155mm等中、大口径火炮155mm等远射程火炮点火、抛撒、爆破back1kg发射药在初温298K、隔绝氧和定容条件下进行燃烧，并使反应物冷却到初温，水为液态时所放出的热量称为定容爆热，以QV表示，单位kJ/kg。对于水为气态的定容爆热，常以QV（g）表示，单位kJ/kg。在298K温度下与QV的关系为式中：nH2O——1kg火药爆发产物中水的质量摩尔浓度，mol/kg；41.536——水在298K时的摩尔汽化热，kJ/mol。1kg发射药在初温298K、隔绝氧和定压条件下进行燃烧，并使反应物冷却到初温，水为气态时所放出的热量称为水为气态的定压爆热，以Qp(g)表示，单位kJ/kg。火药定压爆热与定容爆热的关系为

式中：p——压力；V——火药燃烧产物在p条件下的体积；Vp——火药的体积。火药的体积与产物体积V相比可以忽略，由上式得

式中：ng——1kg火药燃烧产物中气态产物物质的量；R——摩尔气体常数；T——温度。当T为298K，R取8.314J/mol·K，则（1）发射药的爆热与炸药的爆热是不相同的，虽然它们都在定容条件下进行化学变化，但发射药的爆热是引燃后燃烧化学变化放出的热，与发射药密度无关，而炸药的爆热则是引爆后爆炸化学变化放出的热，与炸药的密度有关；（2）爆热与物质的充分燃烧不同，爆热是与外界氧隔绝，自身所含各元素进行燃烧化学反应所放出的热，而充分燃烧是指某物质在过量氧存在下充分燃烧，使其元素生成稳定的氧化物时所放出的热量。对于发射药常为负氧平衡，很显然，发射药的充分燃烧热值比发射药的爆热值要大。爆热是表征发射药燃烧时由化学能转变为显能的多少，转变为显能愈大，标志该发射药做功能力就愈大，所以，从总体上来说，发射药的爆热愈大愈好。但对不同武器来说，由于还要考虑武器的寿命和经济等因素，不是所有的武器对发射药的爆热要求愈大愈好，而是要从综合各种因素来提出对发射药爆热水平的要求。back2、燃烧性质发射药反应的主要形式是燃烧反应，燃烧产生高温、高压的气体再推动弹丸运动。燃烧过程中燃气的热能转化为弹丸的动能和后座能等其它形式的能量。在能功转换的过程中，发射药只有部分能量转换为弹丸所需要的动能，其转化效率和过程的安全性，都取决于发射药的燃烧和能量释放的速率。下表列出了几种发射药的燃烧性质。双基发射药单基发射药三基发射药美国M2美国M6美国M30装填密度/(g·cm-3)0．10.20.2温度/℃212121μ1/[mm·s-1·(MPa)-n]2.64622.71523.7551压力指数n0.7550.6500.652因为燃烧过程关系到武器的效率和安全，所以燃烧性能是发射药的重要性能之一。按照规律进行燃烧，可获得高的弹道效率和稳定的燃烧过程。稳定的燃烧过程体现于燃烧气体的生成速率，即体现于燃烧速度。所以燃烧研究的重点是发射药的燃烧速度及燃速变化的规律，以使发射药稳定、规律的燃烧，满足武器对不同燃速和安全性的要求。back3、安定性在特定条件下，发射药能发生爆炸反应，具有敏感性与不安定性,所以发现各种发射药敏感性与不安定性的实质、保持其物理和化学性质的相对不变、发展安全使用技术等，是火药研究的一项重要内容。3.1发射药的化学安定性因为组成发射药的硝基化合物、硝酸酯化合物、硝铵化合物以及含有氧化剂和可燃物的物料，在储存期间要发生变化，其中包括吸收水分、组分挥发、迁移、老化、高分子降解、水解、氧化等，是发射药变质，并可能诱发燃烧和爆炸反应。生产、研究发射药时，药注意保持其物化性能不变或少变化的能力，保证在处理和再加工过程中的安全性以及加工后产品的稳定性。考虑发射药的化学安定性，应首先注意发射药的热分解反应，因为它和发射药的感度一样是导致爆发反应的重要因素。也要注意发射药在组分和结构上发生的变化，不能把劣质的组分引入到发射药中，不能忽视由于晶析、汗析而造成敏感化的倾向。发射药的主要组分是硝酸酯，更容易发生热分解反应。发射药在热分解的初始阶段首先是硝酸酯键的断裂反应，这是一个单分子的吸热反应，并释放出NO2，在初始反应之后是分解产物之间的反应，是放热反应，总的反应是放热的，反应方程式为：RCH2O…ONO2=RCH2O-Q0+NO2RCH2O+NO2=H2O+NO+CO2+R1＇+Q1NO2+RONO2=NO+H2O+CO2+R2+Q2因为Q1+Q2>Q0,所以总反应的放射量Q=Q1+Q2-Q0。产生热分解的NO2又可以加速发射药自身的分解反应，所以发射药热分解反应是自动催化的放热反应。有三个反应出现于发射药热分解过程：自动催化、放热和爆发点的爆炸反应。如果放出的热量不能及时地排放，热量的积聚便使系统的温度升高，自动催化再加速反应，则很容易达到含能材料的爆发点。热分解反应是发射药自身的特征，无法改变，而自动催化则既是关键因素，又是可能控制的因素。在发射药的发展中，早已采用一种缓解自动催化反应的有效方法，即在热分解反应不间断生成催化剂NO2的同时及时消除它。其方法是加入一种能立即与NO2发生反应，生成稳定、不对热分解反应有任何影响之产物的物质。加入的物质被称为安定剂，它虽然不能制止发射药的热分解反应，但可以减缓自动催化作用。在发射药中，常用的安定剂是二苯胺和中定剂。二苯胺与发射药热分解产物NO2的反应，开始形成二苯亚硝胺，最后的产物是2，4，-三硝基二苯胺。反应过程出现一系列中间产物，这些产物分别为黄色、橙黄色、蓝色或是黑蓝色物质，所以保存久的发射药常常是有颜色的。另一种安定剂是乙基中定剂，它与发射药热分解产物作用形成的最终产物是2，4-二硝基-N-乙基苯胺。(2)发射药的水解除了热分解反应外，发射药还伴随有水解反应，空气中的水分遇到发射药而发生如下反应：RCH2…ONO2+H2O=RCH2…OHNO2+HNO3与此同时，热分解形成的NO2也与水发生反应，形成HNO3和HNO2，在这两种生成硝酸的反应中，后者是主要的。反应形成的H+对发射药的分解也起到催化作用，所以，潮湿条件下发射药的寿命会减少。根据理论计算，实验以及实际使用的经验，在正常的保管条件下，常规的发射药（单基药、双基药、三基药、TNT、RDX等）安全储存期可以达到数十年，甚至超过100年。但是保管条件很重要的，如不按规定条件保管，安全储存期可能减少数倍。在发射药的长期存放期间，安定剂是属于不断消耗的物质，一旦安定剂数量减少或是消失，发射药的自动催化反应就会加剧，所以安定剂的含量是发射药是否达到危险期的重要标志。3.2发射药物理安定性吸湿性、组分迁移都属于物理安定性研究的内容。组分迁移会改变预定的、在加工时形成的组分分布，造成发射药的“渗析”、“晶析”和“汗析”。有些发射药的主体物料是处于过饱和状态的溶液，有些发射药是该过饱和溶液与固体物质的混合物，由于组分分布不均、结构中物质化学势的差别，以及环境温度等条件的变化，其组分分布要逐渐趋于平衡和稳定，所以组分的迁移现象，不间断的在发射药中进行。如果迁移物以固体的形式集中于发射物的表面，称为“晶析”，析出的物质是晶析物；迁移物以液态形式存在于发射药的表面，称为“汗析”,析出的物质是汗析物。汗析物中有硝化甘油、苯二甲酸二丁酯、二硝基甲苯等；晶析物中有炸药吉纳、RDX、HMX和氧化剂、催化剂等。有一类发射药，根据弹道性能的要求，需要某些组分的分布浓度有一定的差别。例如，钝感发射药外表层的钝感剂（通常是樟脑、中定剂、苯二甲酸二丁酯），它们在发射药加工时，便借助溶剂从外部渗入发射药的表层。长期储存后，它们将因为组分迁移，使其分布趋于平衡，有时将这种现象称为“渗析”。“渗析”、“晶析“和“汗析”是发射药物理安定性能的表现，不是所希望的。它们改变了原发射药的组分分布和燃烧规律，形成弹