同紅海，都振華，王 寅

（陜西應用物理化學研究所 應用物理化學國家級重點實驗室，陜西 西安，710061）

爆炸箔起爆器（EFI）誕生于20世紀60年代，又稱沖擊片雷管。與傳統(tǒng)雷管和起爆器相比，爆炸箔起爆器具有安全、瞬發(fā)度高等優(yōu)點。六硝基茋 （HNS）是爆炸箔起爆器的主要裝藥，它是一種熱穩(wěn)定性很好的炸藥，對窄脈沖沖擊有較高的感度[1-3]，是美軍標MIL-STD-1316E規(guī)定的直列式傳爆序列許用傳爆藥[4]。美軍標MIL-STD-23659E附錄A[5]對爆炸箔起爆器的鑒定試驗中包括了熱烤爆試驗項目，但是有關爆炸箔起爆器熱烤安全性研究的文獻較少。雖然 HNS是一種耐熱炸藥，但是研究其在高溫環(huán)境中的熱響應對于爆炸箔起爆器的安全性評估和設計具有重要意義。

1 試驗

1.1 藥劑

試驗所用 HNS-Ⅳ平均粒徑0.3μm。對該藥劑進行了差示掃描量熱（DSC）分析，以獲得 HNS-Ⅳ的分解放熱溫度峰。DSC分析曲線如圖1所示。

從圖1中可以看到2個溫度峰：第1個溫度峰起始點出現(xiàn)在 317℃附近，該溫度峰值為319℃，該溫度峰顯示的是 HNS-Ⅳ熔化相變吸收熱量產(chǎn)生的溫度最低點；第2個溫度峰值為351℃，該溫度峰顯示的是HNS-Ⅳ分解反應放熱產(chǎn)生的溫度最高點。

圖1 HNS-Ⅳ的DSC曲線Fig.1 DSC curve of HNS-IV

1.2 試驗裝置

熱烤試驗裝置主要包括加熱爐、控溫儀、熱電偶、防爆罐等。控溫儀控溫精度±1℃，熱電偶位于加熱爐工作室內(nèi)，可以測量工作室內(nèi)溫度及其變化。熱烤試驗所用裝置如圖2所示。

圖2 熱烤試驗裝置圖Fig.2 Schematic of experimental set-up

1.3 試樣

HNS-Ⅳ炸藥裝藥密度在90%TMD時，具有較高的窄脈沖起爆感度，爆炸箔起爆器裝藥密度一般選擇90%TMD[6]。因此在試驗中，爆炸箔起爆器試樣裝藥密度為 1.566g/cm3（90%TMD），按不同裝藥量進行試驗。試樣如圖3所示。

圖3 爆炸箔起爆器試樣Fig.3 EFI samples for cook-off test

1.4 試驗方法

爆炸箔起爆器熱烤試驗缺乏相關標準和條件，因此只能根據(jù)試樣和現(xiàn)有條件確定試驗方法。根據(jù)HNS-Ⅳ的DSC分析曲線，其分解放熱峰在351℃附近，試驗目的是研究當環(huán)境溫度高于 HNS-Ⅳ分解放熱峰溫度時，爆炸箔起爆器裝藥量與熱烤反應程度之間的關系。使用兩種升溫方式進行試驗：方式1是將試樣放于爆炸罐內(nèi)，一起置于加熱爐內(nèi)，加熱爐從室溫開始升溫至450℃，升溫速率為20/mi℃n，考查爆炸箔起爆器的熱烤反應程度。若時間達到30min，沒有聽見反應聲響，停止該次試驗。方式2是將加熱爐工作室溫度設定為450℃，待工作室內(nèi)溫度達到設定溫度時，將裝有試樣的防爆罐放入加熱爐，進行熱烤試驗，記錄反應現(xiàn)象。

2 結(jié)果及討論

2.1 試驗結(jié)果

試樣熱烤反應程度主要依靠試驗過程中試樣聲響和藥柱套變形、破碎程度來判定。試驗過程中無聲響，藥柱套無藥劑殘留，則試樣反應程度為完全分解；試驗過程中聲響不明顯，藥柱套內(nèi)有藥劑殘留，試驗裝置有熏黑痕跡，則試樣反應程度為不完全爆燃；試驗過程中有明顯聲響，藥柱套內(nèi)無藥劑殘留，管殼底破裂，則試樣反應程度為爆燃；試驗過程中有較大聲響，藥柱套破碎，管殼明顯膨脹、變形，則試樣反應程度為爆炸。不同裝藥量的爆炸箔起爆器的熱烤試驗結(jié)果見表1。

表1 爆炸箔起爆器熱烤試驗結(jié)果Tab.1 Cook-off test results of EFI

從表1中可以看出藥量34mg時，藥柱完全熱分解，無燃燒和爆燃現(xiàn)象；藥量45～133mg時，熱烤試驗結(jié)果處于爆燃和不完全爆燃過渡區(qū)；藥量 181mg時，藥柱產(chǎn)生爆燃；藥量大于220mg時，藥柱爆炸。

爆炸箔起爆器反應程度高于燃燒時的試驗數(shù)據(jù)如圖4所示。

從圖4可以看出，不同裝藥量的爆炸箔起爆器熱烤反應程度高于燃燒時，其時間均值為24.05min，標準偏差0.8min。

圖4 熱烤試驗結(jié)果分析Fig.4 Statistical analysis of cook-off test result

2.2 討論

從試驗結(jié)果可以看出，升溫方式對試樣的熱烤試驗結(jié)果有一定影響。先放入試樣，再升溫的試驗方法（方式1），試樣反應程度相對較輕，反應時間相對較長。當溫度達到設定值后，再將試樣放入箱式電阻爐的試驗方法（方式2），試樣反應程度相對劇烈，反應時間相對較短。這是因為方式1試樣的升溫速率較方式2的升溫速率慢，達到HNS-Ⅳ的分解溫度時，反應熱積累沒有后者的熱積累快，這對試樣的熱烤反應程度具有一定影響。炸藥密閉條件下，熱分解反應放熱和分解氣體大量積累，溫度和壓力升高，這種分解和放熱可能導致鏈式反應，即從熱分解轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵?，隨著藥量的增加，燃燒可以轉(zhuǎn)變?yōu)楸?。如果藥量足夠大、密封性好、約束足夠，則藥柱可以由燃燒轉(zhuǎn)為爆燃，進而形成爆轟。藥柱未密封時，熱分解反應放熱和分解氣體無法積累，藥柱周圍溫度上升速率不夠，壓力增加不大，藥量較少時，無法達到爆燃所需溫度和壓力，藥柱最終全部熱分解。需要更多的藥量，炸藥才能從熱分解反應轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵蛘弑肌?/p>

根據(jù)試驗結(jié)果，如果要求爆炸箔起爆器在熱環(huán)境中的反應程度不高于爆燃，則其裝藥量應小于180mg；如果要求反應程度不能高于燃燒，則其裝藥量應小于 45mg。這只是根據(jù)試驗結(jié)果得出的初步結(jié)論，對具體應用環(huán)境還需進行更進一步的研究，以得出符合實際使用環(huán)境的安全裝藥量。

3 結(jié)論

由試驗結(jié)果和分析可以得出如下結(jié)論：（1）裝藥量越大，爆炸箔起爆器的熱烤反應程度越劇烈；（2）升溫速率越快，爆炸箔起爆器熱烤反應時間越短、反應程度越劇烈。

[1]Steven M H, Sandra E K. Development of an ultrafine HNS for use in modern slapper detonators[R]. AIAA 2003-240,2003.

[2]王治平，歐陽登煥，彭德志. HNS炸藥的小面積短脈沖沖擊引爆特性[J].爆炸與沖擊,1987,7(2):154-159.

[3]王晶禹,黃浩,王培勇,等. 高純納米 HNS的制備與表征[J].含能材料,2008,16(3):258-261.

[4]MIL-STD-1316E Fuze safety design criteria[S],1998.

[5]MIL-STD-23659E Initiators, electric, general design specification for[S],2007.

[6]同紅海,褚恩義,任西,等.裝藥參數(shù)對爆炸箔起爆器性能的影響[J].含能材料,2009,17(2):218-221.