[发明专利]一种安全环保型起爆药替代物及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于含能材料技术领域，具体涉及一种安全环保型的起爆药替代物及制备方法。本发明所具备的独特微观结构使其具备快速燃烧转爆轰能力，可取代起爆药应用于用于各种雷管、起爆器。

背景技术

快速的燃烧转爆轰能力是起爆药区别于猛炸药的主要特点。目前国内外军用和民用雷管中仍然广泛采用叠氮化铅（PbN2）、斯蒂芬酸铅、高氮酸·四氨·双(5－硝基四唑)(合钴)(Ⅲ)（BNCP）、二硝基重氮酚（DDNP）高氯酸三碳酰肼合镉（Ⅱ）（GTG）等安全性差、含有重金属成分或生产过程中产生大量有害废水的起爆药，制备、生产和运输这些起爆药的过程存在很大的安全风险和环境污染风险。因此如果采用安全性、环境友好性更好的猛炸药（次级炸药）替代起爆药，将具有显著的应用价值和社会效益。然而普通的猛炸药燃烧速度很慢，常常需要在强烈的约束条件下进行较长时间的压力积累才可能实现燃烧转爆轰，因此加快猛炸药的燃烧速度、缩短燃烧转爆轰所需的压力积累时间是实现猛炸药取代起爆药的关键。虽然近年来关于无起爆药雷管的研究比较多，但这些研究无一例外都是通过在雷管结构中设置类似DDT管这样的强烈约束条件使猛炸药实现燃烧转爆轰，由于必须具有较大的尺寸、较高约束强度并添加PETN转爆药等结构，因此这种雷管往往结构复杂、成本高昂。

发明内容 

本发明提供一种安全环保型起爆药替代物及制备方法，本发明的起爆药替代物是一种由细颗粒猛炸药和高燃速添加剂两部分组成，重量百分比含量分别为10%～90%和10%～90%，最佳质量百分含量分别为50%～80%和50%～20%。其中细颗粒猛炸药为环三甲撑三硝胺（黑索今、RDX）、环四甲撑四硝胺（奥克托今、HMX）、环季戊四醇四硝酸酯（泰安、PETN）、三氨基三硝基苯（TATB）、六硝基六氮杂异伍兹烷（CL20）、3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮（NTO）、1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯（DADNE、Fox-7）中一种或几种；颗粒直径为0.10微米～100微米，最佳颗粒直径范围为0.5微米～10微米。其中的高燃速添加剂为由纳米铝粉或镁粉和纳米金属氧化物按化学计量比组成的纳米铝热剂；纳米铝粉和镁粉的平均颗粒直径为30纳米～200纳米；纳米金属氧化物为MnO₂、MoO₃、Co₃O₄、CuO、Fe₂O₃、NiO、WO₃、SnO₂、Bi₂O₃这些无毒或低毒金属氧化物中的一种或几种，纳米金属氧化物的平均颗粒直径为10纳米～200纳米；高燃速添加剂的燃烧速度为10m/s～1000m/s，最佳燃烧速度为100m/s～600m/s。

本发明的安全环保型起爆药替代物的制备方法由以下步骤组成：首先，将普通粒径的猛炸药进行细化处理，使其平均粒径降至10微米以下；其次，按化学计量比将纳米尺寸的金属氧化物和纳米铝粉或镁粉分散在溶剂中，采用超声波进行混合30分钟以上；然后，按比例将细化后的细颗粒猛炸药加入到上述的分散溶剂中，采用超声波进行混合30分钟以上；最后对混合均匀后的复合物进行干燥。本发明中所述的起爆药替代物配方还可以包含一种或几种其他的非必要成分，如高分子粘结剂、填料、溶剂等等，以用于改善复合物力学性能、抗静电性能、外观或实现方便包装。

本发明的基本设计原理如下：

几何燃烧理论是内弹道学中关于猛炸药燃烧最基本的理论模型，其基本思想包含是三个理想假设条件：一是所有炸药颗粒在相同的环境下燃烧；二是所有炸药颗粒表面同时点火燃烧；三是所有表面的燃烧速度相同。如按照这一理论，细颗粒炸药的表面积随着粒度尺寸减小而增加，如果炸药粒度降低两个数量级（如超细颗粒炸药），则表面积可增加四个数量级，因而燃烧速度也将以数量级增加，这就足以将压力积累时间缩短至快速燃烧转爆轰的范围。然而通常情况下由于装药过程压装使颗粒紧密堆积，细颗粒炸药的表面点火温度取决于热量传播，表面实际点火过程所需时间很长，因此该理论的第二项假设即表面点火同时性无法实现，故通常情况下超细炸药与普通炸药颗粒相比燃烧速度虽然有所增加，但增幅有限，远远达不到快速燃烧转爆轰的要求。