3种药柱的爆速和爆压试验研究

3种药柱的爆速和爆压试验研究

热安定性和爆炸性的预压分子托丁化和tnb是tatl产品中的微杂质，但它们本身是炸药。国内外在TATB杂质的合成、分析和表征方面有文献报道,而TATB杂质的热性能、感度和爆轰性能未见报道。从分子结构可以预估TCTNB和TCDNB的热安定性、安全性和爆轰性能都低于TATB,它们的存在会损害炸药的综合性能。根据GJB772A-97“爆速电测法”和“爆压锰铜压力传感器法”测试了直径为20mmTATB、TCTNB97%和Wax3%(配方1)以及TCDNB97%和Wax3%(配方2)3种药柱的爆速和爆压,并用VLWR状态方程爆轰程序计算了爆轰性能参数,实测值与计算值相符。研究结果对进一步研究杂质对以TATB为基的塑料黏结炸药的安全性、贮存性能和爆轰性能的影响提供依据。1实验部分1.1tctnb的合成TATB用TCTNB经氨化合成制得,熔点大于327.3℃,压成Ф20mm×20mm药柱,密度为1.803g/cm3;TCTNB,山西永济575厂生产,将TCTNB在50℃经二氯乙烷溶剂重结晶制得,熔点194.6℃,然后加入3%的蜡在水溶液中造粒,烘干后压成Ф20mm×20mm药柱,密度为1.830g/cm3;TC-DNB用三氯苯和硝酸在常温下硝化反应制得,熔点131.2℃,然后加3%的蜡在水溶液中造粒,烘干后压成Ф20mm×10mm药柱,密度为1.740g/cm3。1.2采样速度wsp锰铜压力传感器为双П型锰铜元件。敏感部分长0.5～5mm,宽0.2～0.8mm。示波器为TDS-520,分辨率8bit,采样速度1×108s-1,记录时间大于10μs。实验装置由8#工业雷管、JH-9005传爆药、被测炸药、电探针、锰铜压力计和底座组成。将电探针引线用导线连接到示波器的通道1上,锰铜压力计一端的引线通过射频电缆与脉冲恒流源连接,另一端的引线与示波器的通道2连接,实验装置见图1。2结果和处理2.1tabt的密度通过电探针用示波器记录爆轰波通过Φ20mm×120mm被测炸药中20mm长度所需时间间隔获得爆速,每种样品做两次实验,爆速取平均值,结果见表1。对于TATB,密度与无限大药柱爆速的关系为:D=2.480+2.852ρo。当TATB的密度为1.803g/cm3时,由式(1)计算出的理论爆速为7.622mm/μs。从表1可知,TATB的实测爆速为7.452mm·μs-1,比理论爆速低0.17mm·μs-1。配方1和2的爆速分别为6.890,5.973mm·μs-1,这表明两种药柱(Φ20mm)能被起爆并稳定地进行爆轰。2.2实验结果表2利用锰铜压力计的压阻效应,在恒流源向锰铜压力计输入恒定电流之后,用示波器测出压力计在爆轰波作用下的电压改变量,按下式计算出爆压。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为锰铜压力计的电阻,Ω;ΔR为爆轰波作用下,锰铜压力计的电阻改变量,Ω;V0为恒定电流通过锰铜压力计时,示波器测得的压力计电压,V;ΔV0为爆轰波作用下,示波器测得的锰铜压力计的电压改变量,V;P为炸药的爆压,GPa。TATB、TCTNB和TCDNB的锰铜压力计测试数据和计算结果见表2。从表2可知,密度为1.803g/cm3的TATB药柱Φ20mm实测爆压为24.40GPa,而文献报道的密度1.847g/cm3、Φ25.35mmTATB药柱的爆压为25.90GPa,比实测爆压大1.50GPa。这是因为文献值中TATB药柱的直径和密度均比本文实验条件下TATB药柱的直径和密度大。配方1和配方2的爆压分别为20.28、15.30GPa,这进一步表明将这两种配方制成的Φ20mm药柱,能被起爆并稳定地进行传播。3理论计算3.1爆击参数的计算由非理想气体的维里(Virial)理论方程出发,经过一些假设、推导和简化,可推得VLW状态方程。VLW状态方程的数学表达式为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*为无量纲第2维里系数,T*为无量纲温度。在计算炸药的爆速、爆压、爆温和等熵指数等爆轰参数时,除VLW状态方程外,还需下列方程组。质量守恒:ρ0·D=ρ(D-U)(4)动量守恒:P-P0=ρ0DU(5)能量守恒∶PU=12ρ0DU2+ρ0D(E−E0)(6)C−J条件∶D=C+U(7)能量守恒∶ΡU=12ρ0DU2+ρ0D(E-E0)(6)C-J条件∶D=C+U(7)式中,D、U、E和ρ为C-J爆轰状态下的爆速、质点速度、内能和密度,下标“0”为初始状态下的对应值。对于化学组成为CaHbNcOdCle的炸药,C-J面上的爆轰产物为H2O、H2、O2、CO2、CO、NH3、NO、N2、CH4、HCl和Cl2,若产物中出现固体,需增加固体方程,并假设上述均在化学平衡条件下进行。以这些方程为基础,结合有关热力学函数和爆炸力学关系式编写的FORTRANVLWR程序,选择合适的参数即可计算TATB、TCTNB和TCDNB的爆轰参数。具体运用时,只要给出炸药的初始密度、组成和生成热,就可将TATB、TCTNB和TCDNB的爆轰参数和产物组成计算出来。3.2爆速和爆压的参数参数用VLWR爆轰程序,对TATB、TCTNB、TCDNB进行了计算。TATB炸药以摩尔质量258g为计算基准,TCTNB和TCDNB炸药,由于造粒时加入了3%的石蜡(分子式为C18H38),按混合炸药100g为计算基准,计算采用的初始参数见表3。同时计算了TATB、TCTNB和TCDNB的爆轰参数及C-J产物的平衡组成,并与实测爆速、爆压值进行了比较,结果见表4。从表4可知,理论爆速和爆压值与实测值相比有差别,这表明建立在非理想气体的维里(Virial)理论方程基础上的VLWR爆轰程序,用于计算化学组成为CaHbNcOdCle炸药的爆速和爆压时,能满足精度要求。差别的产生由以下两个方面,一是VLWR爆轰程序是建立在理想爆轰的基础上,而文献检索表明TATB的爆轰具有非理想爆轰的特征;二是计算两个配方的爆速和爆压时,TCTNB和TCDNB的生成热使用的是估计值,其准确值至今未见文献报道。4tcnnb和tcndb通过标准配方的爆速,能够被起爆并稳定传播(1)用电探针和锰铜压力计测试获得TATB的爆速为7.452mm·μs-1,爆压为24.40GPa;TCTNB97%和Wax3%配方的爆速为6.890mm/μs,爆压为20.28GPa;TCDNB97%和Wax3%