粒状发射药自包覆工艺技术

周龙宝，张永明，鲁厚芳

(1.四川大学 化工学院，成都 610065;2.泸州北方化学工业有限公司，四川 泸州 646605)

近年来，随着战争发展对身管武器要求的提高，特别是为满足高初速、低膛压以及各种温度条件下初速尽量一致的要求，越来越多的表面处理技术在发射药及其装药中得到应用［1-3］。就粒状发射药而言，国内外主要采用的表面处理技术有3 种。

1)小分子钝感材料渗透钝感技术。即在发射药表层渗透入一定量能量低、分子量较小的物质。根据发射药性质的不同，该工艺可以以水为分散介质进行钝感，也可以无需介质直接进行干钝感。

2)高分子钝感材料表面涂覆钝感技术［4-5］。即在发射药表层涂覆一层分子量低的物质，在一定的工艺条件下，这些物质全部或部分聚合成为高分子物质。该工艺同样可以以水为分散介质进行钝感，也可以无需介质直接进行干钝感。

3)“药包药”包覆技术。即将与发射药组分相同或相近的材料，以胶体的形式涂覆于粒状发射药表面。该工艺用于大粒度发射药，在不需要介质的情况下进行处理。

前2 种技术由于发射药各层次间成分的不同，在长期的储存中，容易产生迁移问题而导致发射药燃烧性能及装药内弹道性能的变化;第3 种技术由于采用在固体状态下进行涂覆，实践表明，生产过程中产生一定量的粉尘并挥发出有机溶剂，且工艺时间长达3 ～5 h，在降低生产成本、保护环境和安全生产方面均有较大的压力［6］。

为了克服以上问题，进行了一项全新的粒状发射药表面处理工艺技术研究，即液相“自包覆”工艺技术。

1 “自包覆”原理及工艺过程概述

粒状发射药“自包覆”原理:在水相中利用有机溶剂溶解发射药表层，溶液在表面张力和辅助机械搅拌作用下流动，封堵住药粒端面的小孔，实现“自包覆”。

包覆用粒状基体药仍旧通过传统的方法制取。液相包覆用设备主要为一台带搅拌的容器及其他辅助设备。“自包覆”时，先加入一定量的水，再加入一定比例的有机溶剂，开动搅拌后加入粒状发射药，直到规定的时间。

“自包覆”完毕后，取出药粒进行烘干等后处理工作，余下的混合液可采用蒸馏的方式进行溶剂的回收再利用，废水可随发射药生产过程中的其他废水一道进行集中处理，废渣(很少量，从废水中过滤)可进行烧毁处理或以适当的方式作为返工品使用，达到降低生产成本，清洁、环保生产的目的。

2 试验及现象分析

试验之初，准备了粒度分别为3 ～4 mm、10 ～15 mm 两种粒状发射药作为试验对象。试验过程中发现，粒度为3 ～4 mm 的粒状发射药由于药粒太小，试验过程中在很短的时间内(1 min 左右)即产生粘连现象，且不易分开，无法进行进一步的后处理试验。因此，未再对其进行深入研究，后续的试验仅以粒度10 ～15 mm 的发射药(19 孔)为对象进行。

a)“自包覆”工艺试验及现象分析

“自包覆”试验选用了与粒状药生产过程相一致的有机溶剂。通过调整溶剂与水的比例以及“自包覆”时间，先后进行了数轮的工艺试验，基本掌握了该粒状药“自包覆”的工艺特点，制得的样品烘干处理后如图1 所示。

图1 为从上千粒试验样品中随机抽取的6 粒样品。从图1(a)中可以看出，药粒端面上有少数孔未能全部闭合，可能是包覆过程中搅拌不均匀或工艺时间不足造成的，在后续的试验中可以加以解决(尽管如此，从下面的燃烧性能数据分析，该试验样品也基本取得了预期的效果)。

图1(b)为在距发射药端面约0.5mm 处的横切面，图1(c)为过药粒中心孔的药粒纵切面(由于手工操作的原因，纵切面并非一个平整的平面，而是存在一定的凹凸)。从这2 个剖面图分析，试验前预期可能出现的溶液、水等进入发射药内孔深处，并造成内孔深处堵塞的现象并没有出现。从而可以判定，在药粒发射药加入到混合液中以后，在表面张力的作用下，混合液无法进入到药孔中，且混合液中的溶剂很快即完成了对药粒表层的溶解，溶液封孔后，物料更难向内孔深入，并促使溶液在发射药表面继续聚集，并达到理想的厚度。这一点，从对试验样品相关成分的分析中也可得到进一步的验证。

图1 “自包覆”样品实物

b)成分分析

将试验样品放置于烘箱中烘干24 h 后。进行相关成分分析，结果见表1。

表1 试验样品相关分析结果

由表1 可见，发射药水分含量满足了指标要求，说明试验过程中混合液并未进入发射药的内孔;另外，烘干时间相对于基体粒状药生产时(＞72 h)大大减少，也说明水分基本集中于药粒表面，即包覆层中，并未进入到药粒内部。至于样品中溶剂含量的偏高，主要是由于样品“自包覆”处理后立即进入烘箱进行烘干，缺少了生产过程中所必需的驱溶过程造成的，我们将在后续试验中加以解决。

c)燃烧性能试验

对试验样品进行了与粒状药(试验前)的对比试验及试验样品自身的高、常、低温试验。

液相包覆药与粒状药的密闭爆发器对比试验:试验样品为试1#。装填密度为0.2 g/cm3，试验温度为常温。试验曲线见图2，试验数据见表2。

图2 试验样品与粒状药的对比燃烧曲线

从试验曲线及数据分析，“自包覆”后的发射药具有较好的缓燃效果，这有利于提高发射药的弹道效率，降低武器的膛压。

液相包覆药高、低、常温密闭爆发器试验:试验样品为试2#。试装填密度为0. 2 g/cm3，试验温度为常温、高温(+50℃)、低温(-40℃)。试验曲线见图3，试验数据见表3。

图3 试验样品高、常、低温燃烧性能曲线

从试验数据及曲线分析，该粒状发射药经过“自包覆”后，对降低发射药温度系数取到了一定的效果，特别是在控制高温燃烧速率方面效果比较明显，但在低温燃烧增长率方面略显不足，主要原因为试验样品的包覆层偏薄以及少数药孔未能完全封堵。

另外，通过表2 及表3 中试1#及试2#样品试验数据的对比可以看出，样品性能基本接近，能确保将来工艺的稳定性。

表2 液相包覆样品及基体药密爆试验数据

表3 试验样品高、常、低温密爆试验数据

3 结束语

通过对发射药“自包覆”工艺技术的探索性研究及试验，基本确定了发射药“自包覆”的可行性。粒状药经过“自包覆”后，取到了较好的缓燃效果，燃速温度系数也得到了有效降低。该工艺将整个包覆过程置于水相中，在常温下进行，有利于溶剂回收、环境保护、安全生产及对操作人员身体的保护;此外，从已进行的试验可以断定，自包覆所需时间极短(主要工艺过程仅需10 ～20 min)，可显著提高其生产效率，工艺性能良好。

［1］八○一教研室. 内弹道学［Z］. 上海:华东工程学院，1983.

［2］王泽山.火药装药设计原理［M］.北京:兵器工业出版社，1995.

［3］王泽山.火药燃烧原理［M］.北京:北京理工大学出版社，1997.

［4］谭敏，邓维平，张永明.粒状发射药自动化混同工艺混合均匀度［J］.四川兵工学报，2009(3):81-83.

［5］陈明华，刘礼斌. 樟脑钝感发射药燃烧性能参数测试与计算［J］.四川兵工学报，2009(12):14-15.

［6］杨三斌. 降低大弧厚粒状药温度系数的复合钝感技术［J］.四川兵工学报，2010(12):42-44.