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(zhì)go2、燃燒性質(zhì)go3、安定性go1、發(fā)射藥的能量性質(zhì)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(shù)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(chǎn)生的工質(zhì)的性質(zhì)和數(shù)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(shù)發(fā)射藥的能量性質(zhì)都在下述范圍之內(nèi)：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(shù)據(jù)是幾種發(fā)射藥的能量示性數(shù)，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(yīng)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(yīng)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(guān)系為式中：nH2O——1kg火藥爆發(fā)產(chǎn)物中水的質(zhì)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(yīng)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(guān)系為

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

式中：ng——1kg火藥燃燒產(chǎn)物中氣態(tài)產(chǎn)物物質(zhì)的量；R——摩爾氣體常數(shù)；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(guān)，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(guān)；（2）爆熱與物質(zhì)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(yīng)所放出的熱，而充分燃燒是指某物質(zhì)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(zhuǎn)變?yōu)轱@能的多少，轉(zhuǎn)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(jīng)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(zhì)發(fā)射藥反應(yīng)的主要形式是燃燒反應(yīng)，燃燒產(chǎn)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(zhuǎn)化為彈丸的動能和后座能等其它形式的能量。在能功轉(zhuǎn)換的過程中，發(fā)射藥只有部分能量轉(zhuǎn)換為彈丸所需要的動能，其轉(zhuǎn)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(zhì)。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(shù)n0.7550.6500.652因為燃燒過程關(guān)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(xiàn)于燃燒氣體的生成速率，即體現(xiàn)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(yīng)，具有敏感性與不安定性,所以發(fā)現(xiàn)各種發(fā)射藥敏感性與不安定性的實質(zhì)、保持其物理和化學性質(zhì)的相對不變、發(fā)展安全使用技術(shù)等，是火藥研究的一項重要內(nèi)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(zhì)，并可能誘發(fā)燃燒和爆炸反應(yīng)。生產(chǎn)、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(chǎn)品的穩(wěn)定性。考慮發(fā)射藥的化學安定性，應(yīng)首先注意發(fā)射藥的熱分解反應(yīng)，因為它和發(fā)射藥的感度一樣是導(dǎo)致爆發(fā)反應(yīng)的重要因素。也要注意發(fā)射藥在組分和結(jié)構(gòu)上發(fā)生的變化，不能把劣質(zhì)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(yīng)。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(yīng)，這是一個單分子的吸熱反應(yīng)，并釋放出NO2，在初始反應(yīng)之后是分解產(chǎn)物之間的反應(yīng)，是放熱反應(yīng)，總的反應(yīng)是放熱的，反應(yīng)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(yīng)的放射量Q=Q1+Q2-Q0。產(chǎn)生熱分解的NO2又可以加速發(fā)射藥自身的分解反應(yīng)，所以發(fā)射藥熱分解反應(yīng)是自動催化的放熱反應(yīng)。有三個反應(yīng)出現(xiàn)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(yīng)。如果放出的熱量不能及時地排放，熱量的積聚便使系統(tǒng)的溫度升高，自動催化再加速反應(yīng)，則很容易達到含能材料的爆發(fā)點。熱分解反應(yīng)是發(fā)射藥自身的特征，無法改變，而自動催化則既是關(guān)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(yīng)的有效方法，即在熱分解反應(yīng)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(yīng)，生成穩(wěn)定、不對熱分解反應(yīng)有任何影響之產(chǎn)物的物質(zhì)。加入的物質(zhì)被稱為安定劑，它雖然不能制止發(fā)射藥的熱分解反應(yīng)，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(chǎn)物NO2的反應(yīng)，開始形成二苯亞硝胺，最后的產(chǎn)物是2，4，-三硝基二苯胺。反應(yīng)過程出現(xiàn)一系列中間產(chǎn)物，這些產(chǎn)物分別為黃色、橙黃色、藍色或是黑藍色物質(zhì)，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(chǎn)物作用形成的最終產(chǎn)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(yīng)外，發(fā)射藥還伴隨有水解反應(yīng)，空氣中的水分遇到發(fā)射藥而發(fā)生如下反應(yīng)：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(yīng)，形成HNO3和HNO2，在這兩種生成硝酸的反應(yīng)中，后者是主要的。反應(yīng)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(jù)理論計算，實驗以及實際使用的經(jīng)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(shù)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(shù)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(zhì)，一旦安定劑數(shù)量減少或是消失，發(fā)射藥的自動催化反應(yīng)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(nèi)容。組分遷移會改變預(yù)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(zhì)的混合物，由于組分分布不均、結(jié)構(gòu)中物質(zhì)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(xiàn)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(zhì)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(zhì)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(jù)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(xiàn)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(xiàn)，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