CN1173167A - 军用推进剂作为新型爆破剂的用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不可预计的发明,将小粒径的单基或三基推进剂与引爆管和助爆剂混合,制备一种具有很高商业价值的爆破剂。所得爆破剂具有很好的性能价格比。

Description

军用推进剂作为新型爆破剂的用途

本发明涉及一种单基和三基的无烟粉末战术军火型枪用推进剂的新用途。在本发明中这种具有很少(如果有的话)商业价值的军用推进剂本身被用作爆破剂。在本发明中，已表明这类推进剂是可引爆的并成为一种具有很好的性能价格比的工业用新型爆破剂。

许多年以来，最普遍的处理军用推进剂的方法是露天燃烧/露天引爆或焚烧。其中每种方法都是处理炸药的方法。这些方法受到限制，不仅是这些方法引起的排放物问题及法规上的关注。更为甚者，具有潜在用途的推进剂被白白浪费了。

在未来几年里，有许多军用推进剂将因裁军和武器拆卸而销毁。将军用推进剂加入到预包装的爆破产品中提供了处理军用推进剂最受控制、安全和对环境有利的方法。此外，贮存的军用推进剂作为工业爆破剂的新用途将是一种极经济的处理军用推进剂的方法，通过该方法，制备了具有极高性能价格比的工业爆炸物。

总的来说，有三种类型的无烟粉末军用枪枝推进剂：单基、双基和三基。单基推进剂基本上由单一炸药成分如硝基纤维素，以及通常的稳定剂及添加剂如增塑剂、燃烧速率改性剂及闪光抑制剂构成。双基推进剂除了硝基纤维素之外，通常还含有第二种炸药如硝化甘油或另一种硝基酯，以及一种或多种上述的添加剂。三基推进剂除了硝基纤维素之外，一般含有相当数量的其它两种高效炸药，如硝化甘油、硝基胍和HMX，并且还有一种或多种上述的添加剂。

工业炸药或爆破剂在全美国被用于采矿业(采煤、采石、金属矿和非金属矿的开采)和建筑业。根据美国矿业局(BOM)的统计，全国每年使用大约4百万磅工业炸药。事实上，现在使用的工业炸药都是基于硝酸铵。

本发明涉及一种基本上由小颗粒单基或三基推进剂以及引爆管和助爆剂组成的组合物用于制备具有很高工业价值的爆破剂的用途。所得的爆破剂具有很高的性能价格比。

在本发明中，单基推进剂基本由以下组分组成：至少约75wt％的硝基纤维素炸药，以及稳定剂，其它添加剂如增塑剂、燃烧速度改性剂、稳定剂、闪光抑制剂，这些添加剂含量较少。三基推进剂基本上由以下组分组成：至少约15wt％硝基纤维素，至少约10wt％的第二种硝基酯和至少约25wt％(不超过50-60％)高效炸药如硝基胍、RXD、HMX，以及稳定剂和其它添加剂如增塑剂、燃烧速率改性剂、稳定剂、闪光抑制剂等。

如上所述的单基或三基推进剂与引爆管和助爆剂混合以制得爆破剂。不能预计的是，上述单基或三基推进剂在与引爆管和助爆剂混合之后将引爆。

另一方面，本发明涉及一种通过制备基本上由单基或三基推进剂以及引爆管和助爆剂组成的爆破剂组合物来处理战术军火型枪枝推进剂的方法，否则，这些推进剂将成为环境垃圾。

在整个说明书中，以下术语用于描述本发明。

术语“单基推进剂”用于描述这样一种推进剂组合物(无烟粉末战术军火型枪枝推进剂)，它基本上由以下组分组成：至少75wt％硝基纤维素炸药，以及少量添加剂如增塑剂、燃烧速率改性剂、稳定剂、闪光抑制剂等。在本发明中，单基堆进剂一般与引爆管及助爆剂一起使用。

下面两种组合物是本发明中很有用的单基推进剂。

                    组合物#1       组合物#2

组分                含量          含量

硝基纤维素          85.00+2.00    90.00+2.00

硫酸钾              1.00+0.30     -

碳酸铅              1.00+0.20     -

二苯基胺

二硝基甲苯          10.00+2.00    8.00+2.00

对苯二甲酸二丁酯    5.00+1.00     2.00+1.00

术语“双基推进剂”用来描述以下推进剂组合物，它基本由以下组分组成：至少约50wt％的硝基纤维素炸药，至少约10wt％的选自硝化甘油、二硝酸二甘醇酯的第二种硝基酯，以及少量的添加剂如增塑剂、燃烧速率改性剂、稳定剂、闪光抑制剂等。在本发明中，双基推进剂可以包括含量少于约50wt％，优选少于约30wt％的单基或三基推进剂作为少量组分。

以下两种组合物是两种代表性的双基推进剂，它可以较少含量用于本发明中。

                  组合物#1      组合物#2

组分              含量          含量

硝基纤维素        77.45±2.00   52.15±1.50

硝化甘油          19.50±1.00   43.00±1.50

乙基中定剂        0.60±0.15    0.60±0.15

硝酸钡            1.40±0.25    -

硝酸钾            0.75±0.20    1.25±0.25

石墨              0.30±0.10    -

对苯二甲酸二乙酯  -             3.00±0.50

术语“三基推进剂”用来描述以下推进剂组合物，它基本上由以下组分组成：至少约15wt％硝基纤维素炸药，至少约10wt％第二种硝基酯，至少25wt％的高效炸药如硝基胍、RDX和HMX，以及少量添加剂的如增塑剂、燃烧速度改性剂、稳定剂、闪光抑制剂等。在本发明中，三基纤维素一般与引爆管和助爆剂一起使用。

以下两种组合物是可用于本发明中的代表性三基推进剂。

                 组合物#1      组合物#2

组分             含量          含量

硝基纤维素       20.00±1.30   28.00±1.30

硝化甘油         19.00±1.00   22.50±1.00

硝基胍           54.70±1.00   47.70±1.00

乙基中定剂       6.00±0.30    1.50±0.10

硫酸钾           -             1.00±0.30

术语“引爆管”用来指代能够产生足够冲击能量以引爆炸药物质的装置。引爆管一般包括一个爆破雷管，它含有一个铝或其它金属壳，以及炸药物质(如叠氮化铅，五硝酸季戊四醇酯(PETN))。与爆破雷管相连的是能够携带足以引燃导火线的脉冲能量的金属丝或引信，而引燃的导火线又引爆在爆破雷管中的炸药物质。而引爆管又产生一些冲击波形式的足够的力，以引爆炸药。在本发明中，由引爆管产生的压力足以引爆助爆剂。用于本发明的引爆管在工业中是标准的，并可从许多工业爆炸装备供应商处购得，例如ICI炸药，Dallas，Texas，Dyno Nobel，Salt lake City，Utah，AustinPowder，Cleveland，Ohio及有关公司。

术语“助爆剂”用来指代邻近引爆管放置的材料，它含有足够物质以提供引爆本发明爆破剂中的单基或三基推进剂的能量。通常，在本发明的中使用至少约1/6磅至5磅甚至更多的助爆剂就足以引发单基和/或三基推进剂的起爆反应。典型的助爆剂包括例如，TNT和PETN(50/50或55/45重量)的混合物，以及达那炸药或其它的雷管敏感物质。助爆剂通常用合适的引发装置如电子或非电子引爆管或引爆弦引爆。

术语“小颗粒”用来指代本发明中单基或三基推进剂颗粒的尺寸。根据本发明的一方面，令人惊奇地发现具有粒径约1/16英寸至约1英寸的单基或三基推进剂在与引爆管和助爆剂混合之后，将制得爆破物质，所述推进剂的粒径优选地为约1/8英寸至约1/2英寸。粒径在上述范围之外的单基和三基推进剂可以少量组分(低于约50wt％)引入本发明中。

术语“第二种硝基酯”用来指代用于本发明中的三基推进剂中与硝基纤维素和高效炸药共存的化合物。典型的第二种硝基酯包括硝化甘油，二硝酸二甘醇酯。

本发明涉及一种新发明，即具有粒径范围约1/16英寸至约1英寸，优选地约为1/8英寸至约1/2英寸的单基或三基推进剂在与引爆管和助爆剂混合之后，可以引爆。这种新型爆破剂具有工业价值并可作为廉价的工业炸药而使用。将单基或三基推进剂用作爆破剂代表了一种新的廉价处理军用推进剂的方式。

用于本发明中的硝基纤维素炸药是一种含有约10.5-14wt％，优选约12-13wt％氮的硝化的纤维素。一般而言，用于本发明中的单基推进剂含至少约75wt％的硝基纤维素，而三基推进剂含至少约15wt％的硝基纤维素。单基纤维素还可含有少量的增塑剂，燃烧速率改性剂，稳定剂，闪光抑制剂以及其它添加剂。本领域普通技术人员很容易识别这些添加剂，因为当这些添加剂以有效量存在时，它们会赋予最终推进剂以一定的特性。此外，单基和三基推进剂还可包括少量的双基推进剂以及其它添加剂，如润滑剂，例如石墨等。

本发明的爆破剂可以直接使用或包装在塑料、纸、或其它包装材料中使用。适合用于本发明的粒径的单基或三基推进剂在以干物质包装时，会产生一些空隙体积(由于尺寸和形状的不规则性)。优选地，包装是直径约1.5英寸或更大的圆筒形。爆炸剂可以下面形式使用：干态包装的推进剂，或者，也可以用水，水性盐或其它溶液或液体加入到包装材料中以填充空隙体积。

在使用本发明的新型爆破剂时，颗粒形式的单基和/或三基推进剂可以通过将一定的数量放入爆破孔中而直接使用，爆破孔应有足以使爆炸发生的直径。一般而言，爆破孔至少有2英寸的直径，但可以随着所用推进剂类型及其灵敏性而变化。

以下实施例用于说明本发明，而不是用来以任何方式对本发明进行限制。

                      实施例1

                推进剂作爆破剂的用途

为了证实在工业炸药中利用或回收战术军火型枪枝推进剂的可行性，由IOWA Army Ammunition plant购得LKL推进剂。LKL推进剂说明如下：

LKL M865F

单基推进剂炸药

直径＝9mm

长度＝10mm

爆炸热量＝880卡/克

推进剂配方如下：

成分                        wt％

硝基纤维素(13.2±0.1％N)   93.3±2.5

二硝基甲苯                 3.5±1.5或-0.5

对苯二甲酸二丁酯           1.0±0.3

二苯基胺                   1.5±0.3

硫酸钾                     1.2±0.3

石墨釉                     至多0.2

通过确定该推进剂本身是否可作为炸药而引爆来评价它。将推进剂倒入纸板作的试管中，并装填半磅浇注助爆剂。倒入的推进剂证实有约1.00克/毫升的平均堆积密度。推进剂丸测得的颗粒密度为1.55克/毫升。引爆试验表明，LKL推进剂在以4英寸未承压装料时，能够引爆。当在装料的推进剂柱中加水，未承压4英寸VOD由20000英尺/秒增加到23000英尺/秒。当将水加入Nitropel^tm TNT柱(可由ICI Explosives购得的炸药丸工业爆破剂)中时，可得到类似的VOD增量。

除了VOD试验之外，还在水下能量试验中评价了LKL推进剂丸的爆炸能量。将LKL丸装入直径6英寸的1加仑塑料罐中，并装入1磅浇注助爆剂。在用空气或水填充丸间间隙时，丸都能爆炸。这些试验数据列于下表1。为了对比，以类似包装(干和湿)爆炸Nitropel^tm丸状TNT。

                        表I

                  水下能量试验数据

这些能量试验数据是在直径6英寸的未加压装料(6英寸×1加仑罐，对于ANFO、TNT和LKL推进剂而言)下测得，并加有1磅Trojan浇注助爆剂。装料在25℃下爆炸。试验数据列于下表。产品         密度(千克/米³)     VOD(米/秒)ANFO(标准)     910                3,810LKL干          1010               6,100LKL湿          1010               7,120Nitropel干     1000               4,880Nitropel湿     1000               6,100产品       冲击能量   鼓泡能量  总共可得到的能量ANFO(标准)    348      519        867LKL干         405      456        861LKL湿         467      446        913Nitropel干    399      460        859Nitropel湿    460      470        930

以上所有能量数值均为卡/克。

在这些试验中，发现LKL单基推进剂能够在4英寸未加压装料下引爆，并且VOD为20000英尺/秒(干)，以及23400英尺/秒(湿)。在这种条件下，其密度、速度和水下能量值可与Nitropel^tmTNT炸药丸相比，这表明在炮眼装料情况下，LKL丸可以用作Nitropel的替代物。

Claims (14)

1.一种爆破剂，包括粒径在约1/16英寸到约1英寸的单基或三基推进剂，以及引爆管和助爆剂。

2.根据权利要求1的爆破剂，其中所述的推进剂是一种包括至少约75wt％的硝基纤维素的单基推进剂。

3.根据权利要求1的爆破剂，其中所述的推进剂是一种三基推进剂，它基本上由以下组分组成：至少约15wt％的硝基纤维素以及至少约10wt％的第二种硝基酯和至少约25wt％的选自硝基胍、RDX和HMX的高效炸药。

4.根据权利要求1，2或3的爆破剂，其中所述的爆破剂是预包装的。

5.根据权利要求4的爆破剂，其中所述的预包装的爆破剂还混有水或含水盐溶液以填充空隙体积。

6.根据权利要求1-5中任一项的爆破剂，它还包括少量的双基推进剂。

7.根据权利要求1-6中任一项的爆破剂，其中所述的助爆剂是TNT和PETN的混合物。

8.一种将过剩单基或三基推进剂用作爆破剂的方法，否则其中的推进剂将成为环境垃圾，所述方法包括将粒径为约1/16英寸到约1英寸的单基或三基推进剂与引爆管和助爆剂混合。

9.根据权利要求8的方法，其中所述的推进剂是一种包括至少约75wt％的硝基纤维素的单基推进剂。

10.根据权利要求8的方法，其中所述的推进剂是一种三基推进剂，它基本上由以下组分组成：至少约15wt％的硝基纤维素以及至少约10wt％的第二种硝基酯和至少约25wt％的选自硝基胍、RDX和HMX的高效炸药。

11.根据权利要求8，9或10的方法，其中所述爆破剂是预包装的。

12.根据权利要求11的方法，其中所述的预包装的爆破剂还混有水或含水盐溶液以填充空隙体积。

13.根据权利要求8-12中任一项的方法，它还包括少量的双基推进剂。

14.根据权利要求8-13中任一项的方法，其中所述的助爆剂是TNT和PETN的混合物。