2，4-二硝基苯甲醚（DNAN）基熔鑄炸藥研究進展

蒙君煚，周 霖，曹同堂，王親會

（1.西安近代化學研究所，陜西 西安 710065；2.北京理工大學爆炸科學與技術國家重點實驗室，北京 100081；3.安徽東風機電科技股份有限公司，安徽 合肥 230022）

1 引言

將高能炸藥固相顆粒加入熔融載體炸藥中形成懸浮體，進行鑄裝的混合炸藥統(tǒng)稱為熔鑄炸藥。熔鑄炸藥具有熔化/混合時間短、工藝簡單、裝填加工容易、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，是目前各國軍事上廣泛使用的一類混合炸藥。20 世紀初，2，4，6-三硝基甲苯（TNT）基熔鑄炸藥在軍事領域得到了廣泛的認可［1］，大量裝填于各種殺傷彈、爆破彈、破甲彈、航彈、導彈戰(zhàn)斗部和水中兵器等［2］。進入70 年代以后，西方發(fā)達國家把提高武器系統(tǒng)在戰(zhàn)場上的生存能力和彈藥貯存、運輸及勤務處理的安全性作為武器裝備發(fā)展的方向［3-4］，彈藥不僅需要射程遠、精度高、威力大，還要滿足鈍感彈藥的要求。而傳統(tǒng)的TNT 基熔鑄炸藥在使用過程中暴露出的問題導致其不能滿足鈍感彈藥的要求，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）裝藥容易出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，密度不均勻，易產(chǎn)生縮孔疏松、氣孔和底隙等缺陷，不僅影響爆轟性能，而且影響使用安全性［5］；（2）力學性能不理想，彈性、韌性差，強度低，易脆，在受到機械應力、熱應力的作用時，容易發(fā)生內(nèi)部損傷、裂紋等現(xiàn)象［6］；（3）安全性能差，感度高，容易殉爆，易被破片或射流引爆，燃燒易轉為爆轟［7］；（4）毒性大，難降解，危害人體健康且容易造成環(huán)境污染［8］。因此，各國均致力于尋找物理與化學性能適宜的新型鈍感熔鑄載體炸藥（insensitive munitions，IM）來替代TNT。

2，4-二硝基苯甲醚（DNAN）是當前研究最為活躍的一種鈍感熔鑄載體炸藥，于1849 年首次合成，早在第二次世界大戰(zhàn)就被用于V-1 巡航導彈裝藥Amatol 40（DNAN/硝銨/黑索今（RDX）50/35/15），然而當時只是作為產(chǎn)能不足的TNT 替代物［9］。由于DNAN 能量低于TNT，二戰(zhàn)后很長一段時間無人問津。隨著鈍感彈藥的發(fā)展，這種含能材料引起了各國的廣泛關注，其優(yōu)點主要表現(xiàn)為［8，10］：（1）沖擊波感度和熱感度比TNT 低；（2）根據(jù)聯(lián)合國危險物品分類系統(tǒng)，DNAN 屬于4.1 類“易燃固體”，而TNT 為1.1 類“具有爆炸危險的爆炸物”，因此DNAN 運輸要求不及TNT 嚴格，運輸及存儲成本低。近幾年來，美國、澳大利亞、波蘭、挪威、中國等積極開展DNAN 基熔鑄炸藥技術研究，并成功研制出多種配方，部分配方的裝藥生產(chǎn)線業(yè)已建成并投產(chǎn)，為DNAN 基熔鑄炸藥的應用奠定了基礎。本文詳細介紹了DNAN 單質(zhì)的合成及性能，同時對DNAN 基熔鑄炸藥爆炸特性、安全性、安定性、貯存特性、易損性、力學特性及流變特性等最新研究進行了總結分析。

2 DNAN的合成及性能

2.1 DNAN的合成

研究表明，DNAN 可通過不同的合成方法從不同的原材料開始制備［11-12］。目前通用的方法是將氯苯在硝酸和硫酸的混酸中進行硝化反應，制取1-氯-2，4-二硝基苯（CDB），CDB 在甲醇中與氫氧化鈉發(fā)生親核取代制得DNAN。

陳陸武［13］采用CDB 制備DNAN，但未對產(chǎn)物中所含的2，4-二硝基苯酚（DNP）做分離；而萬克玲等［14］采用CDB 為原料制備DNAN 和DNP，然后進一步分離得到DNAN。上述方法由于液堿的強堿性作用，加快了CDB 水解，副產(chǎn)品DNP 的含量增大，使得DNAN純度及收率降低；同時液堿的加入，使得反應用水量增大，母液不能持續(xù)循環(huán)套用，繼而產(chǎn)生大量廢水，對環(huán)境產(chǎn)生較大危害，后處理成本也相應增加。鑒于此，徐萬福等［15］對合成工藝進行了改進，不僅提高了DNAN的純度和收率，而且母液經(jīng)處理后可持續(xù)套用，符合清潔工業(yè)化生產(chǎn)要求，但仍是一種間斷合成DNAN的方法。方克雄等［16］對間斷合成法進行改進，發(fā)明了一種連續(xù)化合成DNAN的方法，主要包括合成、甲醇回收、洗滌、干燥以及制片包裝五個過程。

Heck 等［17］采用碳酸鉀法合成DNAN，即在甲醇中加入CDB，再少量多次加入碳酸鉀，回流反應一段時間，加入冰水冷卻析出產(chǎn)物。

2.2 DNAN的性能

DNAN 與TNT 的主要性能如表1 所示。

表1 DNAN 和TNT 的性能對比Table 1 The performance comparison between of DNAN and TNT

由表1 可知，與TNT 相比，DNAN 具有低氧平衡、低密度、低爆熱、低爆壓、低威力和高熔點等缺點。然而，DNAN的低氧平衡可通過添加氧化劑，如高氯酸銨（AP）來調(diào)節(jié)，氧化劑的加入還可提高體系的密度和能量。John 等［28］研究了AP 含量對DNAN/AP 體系爆轟能量的影響，發(fā)現(xiàn)隨著AP 含量的增加，體系爆轟能量增加，當AP 含量達到70%時，體系爆轟總能量達到最大值；當DNAN 與AP 的質(zhì)量比為55∶45 時，體系能量與TNT 接近。盡管DNAN的威力只有TNT 的90%［18］，但由于其粘度較低，因此可以通過增加高能固相顆粒的含量來提高DNAN 基熔鑄炸藥體系的總能量。DNAN 可與N-甲基-4-硝基苯胺（MNA）形成低共熔物，當DNAN 與MNA 的質(zhì)量比為33.75∶0.5 時，DNAN的熔點約降低10 ℃，與TNT 的熔點相當［29］。

DNAN的摩擦及撞擊感度與TNT 接近，沖擊波感度和熱感度優(yōu)于TNT，尤其是DNAN 較TNT 在熱安全性方面更鈍感。王紅星等［23］對DNAN的熱安全性進行了研究，認為DNAN 作為熔鑄載體炸藥，在其使用溫度范圍內(nèi)（100 ℃以下）具有良好的熱安全性。陳朗等［30］研究發(fā)現(xiàn)加熱速率對DNAN 炸藥點火前的狀態(tài)具有很大影響，因此在DNAN 炸藥的熱安全性分析中，應充分考慮加熱速率對熱安全性的影響。Zhang等［31］對DNAN 與TNT 的熱分解特性進行了對比研究，發(fā)現(xiàn)DNAN的熱穩(wěn)定性比TNT 更好，TNT 在分解反應時溫度突變明顯，更易發(fā)生安全事故。

DNAN的凝固點和導熱系數(shù)高于TNT，而相變潛熱和比熱容低于TNT。這表明在相同的凝固條件下，DNAN 比TNT 的凝固速率更快，可能產(chǎn)生比TNT 更嚴重的裝藥缺陷。

雖然DNAN的不可逆增長比TNT 更明顯，但經(jīng)過30 次溫度沖擊后其藥柱損傷比TNT ?。?7］。Coster［32］及Ward［33-34］等研究表明DNAN 在一定的溫度和壓強下包含六種晶體形態(tài)，在-7 ℃左右晶體形態(tài)從DNAN-Ⅱ突變?yōu)镈NAN-Ⅲ，這時DNAN 中的硝基會從無序轉變?yōu)橛行蚺帕?，導致分子單元體積增加。當在DNAN 中加入與其分子結構相似的物質(zhì)時，如5%的2，4-二硝基甲苯（DNT）或5% 的1，3-二硝基苯（DNB），可以抑制晶型的轉變；當加入5%的EDX-1時，晶體形態(tài)直到-53 ℃時仍沒有發(fā)生轉變。

Trzciński 等［35］分別對DNAN 和TNT 炸藥進行了圓筒試驗，結果表明DNAN的金屬加速能力比TNT 低25%左右。Mishra 等［36］也對比了DNAN 與TNT 的爆炸特性，但其實驗得到的爆速值比Trzciński 低，這是因為Trzciński 將DNAN 藥柱置于直徑25 mm，壁厚2.5 mm 的銅管中進行測試，導致側向稀疏波對反應區(qū)的消弱作用減小。王紅星等［37］對DNAN 與常用炸藥的相容性進行了測試，結果表明DNAN 與TNT、RDX、HMX、DNTF、AP、A1 粉等均相容。因此，在進行DNAN 基炸藥配方設計時，常用炸藥組分皆可適用，能量可調(diào)節(jié)范圍大。Grau 等［38］研究了DNAN 對不同含能材料的溶解度，結果表明在100 ℃下100 g 熔融的DNAN 分別可以溶解RDX13.7 g、奧克托今（HMX）3.02 g、3-硝基-1，2，4-三唑-5-酮（NTO）0.222 g、硝基胍（NQ）0.45 g 及AP 0.088 g。Xing 等［39］研究表明DNAN的熔化相變潛熱為20.2 kJ?mol-1，凝固相變潛熱為19.7 kJ?mol-1，DNAN 在83～353 K 時比熱容與溫度的關系為C=0.3135+2.65×10-3T。趙凱等［40］通過納米壓痕試驗與數(shù)值模擬研究了DNAN 和TNT 晶體在常溫常壓下的力學性能，發(fā)現(xiàn)DNAN的剛性大于TNT，塑性變形能力低于TNT，所以，DNAN 與TNT 相比呈現(xiàn)出又硬又脆的特點。

此外，隨著DNAN 基熔鑄炸藥裝備應用增加，其毒性及對環(huán)境沖擊也受到了研究者的廣泛關注。Johnson 等［41］分別從口服、吸入、遺傳及代謝等方面論述了DNAN 對人體的危害，認為DNAN 會導致體重減輕、貧血和神經(jīng)受損。Hawari［42］，Dodard［43］及Olivares［44］等研究了DNAN 對生態(tài)環(huán)境的危害，結果顯示盡管DNAN 比TNT 更易溶解，但其疏水性較低且更易形成氨基衍生物，因此毒性比TNT 低。

3 DNAN 基熔鑄炸藥的性能

3.1 爆炸特性

20 世紀80 年代，美國匹克汀尼兵工廠（Picatinny Arsenal）會同美國阿連特技術系統(tǒng)公司（alliant techsystems inc，ATK）等多家單位按照鈍感彈藥標準研制了以DNAN 為基的Picatinny Arsenal Explosive（PAX）系列新型熔鑄炸藥［45］，包括：PAX-21［46］（DNAN/AP/RDX 34（/30（200～400 μm））（/5（100 μm）+31（8 μm）））、PAX-41［47］（DNAN/MNA/RDX 34.75/0.25（/44（100 μm）+21（3 μm）））及PAX-48［48］（DNAN/NTO/HMX 35/53/12）。自2005 年開始，美國陸軍又在“通用低成本不敏感炸藥（common low-cost insensitive munitions explosive，CLIMEx）”項目的支持下推出以DNAN 為基的Insensitive Melt-cast Explosive（IMX）系列熔鑄炸藥，包括IMX-101［46］（DNAN/NTO/NQ 43（/6（＜20 μm）+14（360 μm））（/37（300 μm）））及IMX-104［46］（DNAN/NTO/RDX 32（/53（300 μm））（/15（4 μm）））。上述炸藥的爆炸特性如表2 所示。

Pelletier［49］及Vézina［50］等采用Cheetah5.0 程序計算得到IMX-104、PAX-48 和OSX-12（DNAN/NTO /RDX/Al）的爆炸性能，結果見表3（表中數(shù)值為相對于B 炸藥的百分數(shù)）。由表3 可知，IMX-104、PAX-48 和OSX-12 的爆速、爆壓和格尼系數(shù)均低于B 炸藥。

此外，Vincent 等［51］通過平板實驗研究了IMX-104炸藥的爆速與直徑的關系，得到了爆速與爆轟波陣面曲率的關系。Furnish等［52］采用輕氣炮驅動銅片撞擊待測試樣，得到了IMX-101和IMX-104未反應炸藥的狀態(tài)方程。

繼美國之后，2006年，澳大利亞國防科學與技術組織（defence science and technology organization，DSTO）的Davies［53-54］和Provatas［55］等也對DNAN基熔鑄炸藥進行了研究，形成了Australian Research Explosive（ARX）系列配方，分別為ARX-4027（DNAN/MNA/RDX=39.75/0.25/60）、ARX-4028（DNAN/MNA/NTO=29.75/0.25/70） 和 ARX-4029 （DNAN/MNA/RDX/NTO=29.75/0.25/5/65）。表4 為ARX 系列熔鑄炸藥的爆炸特性。由表4 可知，ARX 系列炸藥的能量比B 炸藥低，但其爆轟臨界直徑大，不易起爆。

表2 美國幾種DNAN 基炸藥的爆炸特性［20］Table 2 Explosion characteristics of several DNAN-based explosives of USA［20］

表3 IMX-104、PAX-48 和OSX-12 的爆炸特性［49-50］Table 3 Explosion characteristics of IMX-104，PAX-48 and OSX-12［49-50］

表4 澳大利亞ARX 系列炸藥爆炸特性［53-55］Table 4 Explosion characteristics of ARX series explosives of Australian［53-55］

2015 年，挪威防務研究中心（defence research establishment）的Johansen［56］及Nevstad 等［57-59］也開展了DNAN 基熔鑄炸藥研究，形成了melt cast explosive（MCX）系列配方，包括MCX-6100（DNAN/NTO/RDX=32/53/15）、MCX-8100（DNAN/NTO/HMX=35/53/12） 、 MCX-6002 （TNT/NTO/RDX=34/51/15） 和MCX-8001（TNT/NTO/HMX=36/52/12），并對其爆速、爆壓、爆轟臨界直徑及格尼系數(shù)進行了測試，結果見表5。 如表5 所示，當配方組份含量接近時（MCX-6100 與 MCX-6002 相似，MCX-8100 與MCX-8001 相似），DNAN 基炸藥的爆炸能量小于TNT基炸藥。

表5 挪威MCX 系列炸藥爆炸特性［56-59］Table 5 Explosion characteristics of MCX series explosives of Norway［56-59］

國內(nèi)關于DNAN 基熔鑄炸藥研究起步較晚，且主要針對基礎科學問題進行研究，公開的配方未見報道。2014 年，西安近代化學研究所高杰等［60］測試了6 種鋁粉含量不同的DNAN 基熔鑄炸藥爆速、爆壓及空中爆炸的沖擊波參數(shù)，發(fā)現(xiàn)DNAN 基熔鑄炸藥空中爆炸威力（Δp?I）與反應度和反應區(qū)間的乘積（λ?L）具有較好一致性。認為可以考慮從提高反應度和增大反應區(qū)間來提高DNAN 基含鋁熔鑄炸藥的爆炸威力。2016年，北京理工大學李東偉等［61-62］采用Fortran BKW代碼計算了Octol（TNT/HMX 30/70）炸藥和DNAN基熔鑄炸藥（DNAN/HMX 20/80）的爆速和爆壓，結果表明該DNAN 基炸藥的爆炸能量高于Octol，這主要因該DNAN 基熔鑄炸藥含有更高的固含量（80%的HMX）。張偉等［63］使用連續(xù)導線法獲得了炸藥組分、含量等因素對DNAN 基熔鑄炸藥爆轟臨界直徑的影響規(guī)律。Cao 等［64-65］通過拉格朗日分析測試系統(tǒng)對DNAN 基熔鑄炸藥的沖擊起爆特性進行了研究，得到了加載壓力、RDX 顆粒尺寸和晶體質(zhì)量、鋁粉顆粒尺寸和載體炸藥對待測炸藥沖擊起爆特性的影響規(guī)律；同時采用水下爆炸實驗測試得到不同長徑比的傳爆藥對爆炸總能量的影響規(guī)律，最后擬合得到爆炸總能量與長徑比的函數(shù)關系，可以用于指導傳爆藥設計。

3.2 安全性

Samuels［20］、Lee［66］及Singh［67］等對美國多種DNAN基熔鑄炸藥的安全性進行了測試，實驗結果見表6。由表6 可知，上述幾種炸藥的撞擊、沖擊波感度都小于B 炸藥，其中PAX-21及IMX-104的摩擦感度大于B炸藥。

表6 美國幾種DNAN 基炸藥安全性［20，66-67］Table 6 Safety characteristics of several DNAN-based explosives of USA［20，66-67］

Provatas 等［68-69］對ARX 系列熔鑄炸藥的安全性進行了測試，結果見表7。由表7 可知，ARX 系列炸藥的熱分解溫度均高于B 炸藥，其中含有NTO 的配方ARX-4028 及ARX-4029 感度明顯低于B 炸藥與ARX-4027，而B 炸藥與ARX-4027 感度基本相同。

Mishra 等［36］對DNAN 基與TNT 基熔鑄炸藥的感度進行了對比研究，表明DNAN 基炸藥的摩擦感度與TNT 基炸藥相當，但撞擊感度更低。對于NTO 及1，1-二氨基-2，2-二硝基乙烯（FOX-7），DNAN/NTO、DNAN/FOX-7 的沖擊波感度明顯低于TNT/NTO、TNT/FOX-7，認為沖擊波感度與主體炸藥及載體炸藥相關；對于HMX、RDX，當使用DNAN 代替TNT 后，沖擊波感度降低可以忽略，認為沖擊波感度主要決定于高能炸藥，載體炸藥對其影響很小。

表7 ARX 系列熔鑄炸藥的安全性［68-69］Table 7 Safety characteristics of ARX series explosives［68-69］

3.3 安定性

3.3.1 真空安定性（vacuum thermal stability VTS）

Fung［70］等采用MIL-STD-1751A（1061）方法對IMX-101、IMX-104 及OSX-12 炸藥VTS 進行了測試，結果見表8。由表8 可知，幾種DNAN 基炸藥放氣量都小于B 炸藥，而且均滿足小于2 mL?g-1的安定性的要求。Provatas等［71］還對ARX 系列炸藥做了真空安定性分析，發(fā)現(xiàn)ARX 系列炸藥放氣量均大于B 炸藥，但滿足安定性的要求。

表8 IMX-101、IMX-104 及OSX-12 炸藥真空安定性［70］Table 8Vacuum thermal stability（VTS） of IMX-101，IMX-104 and OSX-12［70］

3.3.2 烤燃試驗（cook-off test）

Lee［66］對IMX-101 進行了可變約束條件下（variable confinement cook-off test，VCCT）快烤（10 ℃?s-1）和慢烤試驗（3.3 ℃?h-1），結果表明在烤燃實驗中，IMX-101 發(fā)生了燃燒或爆燃，而A5 炸藥（RDX/硬脂酸（SA）98.5/1.5）則發(fā)生了爆轟。因此IMX-101 熱不敏感特性優(yōu)于A5 炸藥。Singh 等［67］對IMX-104 進行VCCT快烤（10 ℃?s-1）和慢烤試驗（3.3 ℃?h-1），結果表明IMX-104 發(fā)生了燃燒或爆燃，而A5 炸藥發(fā)生了爆轟或部分爆轟，B 炸藥則從爆炸轉為爆轟。因此IMX-104 炸藥的熱不敏感特性優(yōu)于B 炸藥及A5 炸藥。Pelletier等［49，72］對PAX-48進行了VCCT慢烤實驗（25 ℃?h-1），結果表明PAX-48 發(fā)生了燃燒反應，而B 炸藥則發(fā)生爆轟反應。因此PAX-48炸藥的熱不敏感特性優(yōu)于B 炸藥。

烤燃實驗的另一種方法為一升烤燃實驗（one li-ter cook-off test），將1350 g 待測炸藥裝填于一升圓底燒瓶中，放置于加熱爐中加熱。首先將樣品快速加熱（至少10 ℃?min-1）到其熔點之上（10～20 ℃）并保持約5 h，然后以3.3 ℃?h-1的速率升溫，采用熱電偶及高速相機記錄其反應過程。通過該方法不僅可以能夠得到自加熱溫度，而且能夠了解熱分解反應的劇烈程度。Lee［66］通過一升烤燃實驗，得到IMX-101 炸藥的自加熱溫度為145 ℃。Singh 等［67］通過一升烤燃實驗發(fā)現(xiàn)Frank-Kamenetskii 模型可對IMX-104 自加熱起始溫度進行準確預測。

3.4 貯存特性

3.4.1 老化實驗

Lee［66］對IMX-101 進行了加速老化試驗，并測試老化后的各項性能指標，結果見表9。由表9 可知，IMX-101 加速老化試驗后，放熱起始溫度略有降低；摩擦感度在1～3 月時間內(nèi)升高，隨后摩擦感度又降低；撞擊感度和靜電感度基本無變化，而沖擊波感度變化較小；抗壓強度均提高?？傮w而言，IMX-101 抗老化性能較好，具有良好的貯存性能。

表9 IMX-101 在70 °C 下密封老化試驗結果［66］Table 9 Aged test results of IMX-101 70 °C in sealed container［66］

Singh［67］等對IMX-104 在70 ℃下進行了為期4 個月的加速老化試驗，并測試了老化后的各項感度，實驗結果如表10 所示。由表10 可知，在加速老化實驗后，IMX-104 撞感與摩感均增加。

Provatas［68-69］等對ARX 系列炸藥進行了12 個月加速老化試驗，試驗條件包含兩種：（1）60 ℃恒溫干燥，（2）在30～44 ℃、濕度14%～44% 條件下晝夜循環(huán)。每三個月檢測一次炸藥的密度、感度、藥柱力學強度等性能，結果如表11 所示。結果表明，在條件1 下，ARX 系列炸藥的撞感提高，摩感降低，而B 炸藥表現(xiàn)出與其截然相反的性質(zhì)；在條件2 下，ARX 系列炸藥的撞感及摩感均降低，B 炸藥表現(xiàn)出與其相同的性質(zhì)；在上述兩種條件下，ARX 系列炸藥的密度損失小于B 炸藥，兩種炸藥的抗壓強度均降低。

表10 IMX-104 老化實驗結果［67］Table 10 Aged test results of IMX-104［67］

表11 澳大利亞ARX 系列熔鑄炸藥老化實驗結果［68-69］Table 11 Aged test results of ARX series explosives of Australian［68-69］

Nevstad等［56］對MCX系列炸藥進行了為期6個月老化試驗，試驗條件為71 ℃恒溫干燥。實驗結束對四種炸藥的質(zhì)量、感度、自發(fā)火溫度、滲油性等性能進行了測試，結果如表12 所示。由表12 可知，當配方組份含量接近時，DNAN 基炸藥的質(zhì)量損失及滲油性均低于TNT基炸藥。因此，DNAN基熔鑄炸藥具有更好的貯存性能。

表12 挪威MCX 系列熔鑄炸藥老化實驗結果［56］Table 12 Aged results of MCX series explosives in Norway［56］

3.4.2 不可逆膨脹

依據(jù)北約不敏感彈藥標準AOP-7（202.01.010），炸藥的不可逆膨脹不應超過1%，而傳統(tǒng)的TNT 基熔鑄炸藥不能滿足這一要求。Samuels［27］研究了美國幾種DNAN 基熔鑄炸藥的不可逆膨脹，將裸露藥柱在-54～71 ℃下循環(huán)30 或98 次，得到其體積變化，結果如表13 所示。由表13 可知，PAX-48、PAX-21、IMX-101 及IMX-104 的體積變化明顯低于B 炸藥。Samuels 同時發(fā)現(xiàn)當循環(huán)超過40 次后，IMX 配方在藥柱表面包覆一層白色粉體；在98 次循環(huán)過程中，IMX-104、TNT、B 炸藥的體積近似線性增長，試驗后B炸藥的體積增長最大，且藥柱出現(xiàn)裂紋。

表13 美國幾種DNAN 基熔鑄炸藥的不可逆膨脹［27］Table 13Irreversible growth test results of several DNAN-based explosives of USA［27］

3.4.3 滲油性

Samuels［20］采用MIL-STD-1751A（1661）方法，研究了美國幾種DNAN 基熔鑄炸藥的滲油特性，結果見表14。盡管國內(nèi)外對滲油性標準并沒有給出標準判據(jù)，但是普遍認為不應超過0.1%［20］。由表14 可知，DNAN 基熔鑄炸藥的滲油性明顯優(yōu)于B 炸藥，且PAX-48、IMX-101、IMX-104 滲油均沒有超過0.1%。

表14 美國幾種DNAN 基熔鑄炸藥的滲油性［20］Table 14 Exudation test results of several DNAN-based explosives of USA［20］

3.5 易損性

易損性包括六項：快烤、慢烤、子彈撞擊、破片撞擊、殉爆、熱碎片撞擊。表15 所示為幾種DNAN 基熔鑄炸藥的易損性測試結果。

表15 美國幾種DNAN 基熔鑄炸藥的易損性測試結果［73］Table 15 IM tests results of several DNAN-based explosives of USA［73］

Nita 研究表明PAX-48 五項（破片撞擊無實驗結果）與IMX-104 六項指標通過了易損性考核，IMX-101通過了最初的子彈撞擊測試方法（一發(fā)子彈測試），但是沒有通過新的測試方法（三發(fā)子彈測試），而B 炸藥六項指標都未通過考核。因此，DNAN 基熔鑄炸藥的不敏感特性明顯優(yōu)于B 炸藥。

3.6 力學特性

Pelletier 等［72］通過抗壓強度測試，研究了IMX-101、PAX-48 和B 炸藥的力學特性，結果如表16所示。由表16 可知，IMX-101 及PAX-48 的壓縮力學性能約為B 炸藥的2 倍，其剛性大于B 炸藥。

Provatas 等［69］分別測試了ARX-4027、ARX-4028、ARX-4029 的力學特性，并與B 炸藥進行了對比，試驗結果如表17 所示。由表17 可知，ARX 系列炸藥的抗壓強度都大于B 炸藥。

表16 IMX-101、PAX-48 和B 炸藥壓縮力學性能對比［72］Table 16Mechanical characteristics of compression for IMX-101，PAX-48 and comp.B［72］

表17 澳大利亞ARX 系列炸藥力學特性［69］Table 17 Mechanical characteristics of ARX series explosives of Australian［69］

Zhu 等［75］通過巴西實驗與數(shù)字圖像相關法研究了DNAN/HMX（20/80）熔鑄炸藥在不同溫度時的力學性能，結果表明溫度升高時，DNAN/HMX 炸藥的抗拉強度及彈性模量降低，而泊松比增加。Qian 等［76］采用數(shù)值模擬與實驗相結合的方法研究了界面強度對DNAN/RDX 炸藥力學性能的影響，結果表明添加劑季戊四醇丙烯醛樹脂（APER）可以在DNAN 與RDX 之間形成高強度的界面黏結能，從而增加DNAN/RDX 炸藥的機械強度和韌性。蒙君煚等［77-78］采用壓力澆鑄與真空澆鑄的成型工藝，研究其對DNAN 基熔鑄炸藥抗拉強度的影響規(guī)律。結果表明當成型壓力達到0.8 MPa 時，DNAN/HMX 炸藥抗拉強度提高了9.9%，DNAN/RDX 炸藥降低了40.8%，當真空度達到0.08 MPa 時，DNAN/RDX 炸藥提高了14.3%。蒙君煚等［79-80］同時發(fā)現(xiàn)在DNAN/HMX（20/80）熔鑄炸藥中加入1%脫水山梨醇單硬脂酸酯聚氧乙烯醚（吐溫60）和1%乙酸丁酸纖維素（CAB）可使炸藥拉伸強度及剪切強度增大。這主要是因為功能助劑可增強界面黏附功，黏附功越大則藥柱的抗拉強度越大，藥柱斷裂模式由穿晶/沿晶混合斷裂向純粹穿晶斷裂轉變。

3.7 流變特性

表18 給出了美國幾種DNAN 基熔鑄炸藥的流出粘度。

Pelletier 等［72，83］研究了 IMX-104、PAX-48 及PAX-34［84］（DNAN/NTO/HMX/三氨基三硝基苯（TATB））炸藥的表觀粘度及沉降特性，同時研究了其流動性，結果如表19 所示。

表18 美國幾種DNAN 基熔鑄炸藥的流出粘度［81-82］Table 18 Efflux viscosity of several DNAN-based explosives of USA［81-82］

表19 IMX-104、PAX-48 及PAX-34 粘度測試結果［72，83］Table 19 Viscosity tests results of IMX-104，PAX-48 and PAX-34［72，83］

由表19 可知，IMX-104 初始粘度較大，PAX-48 及PAX-34 初始粘度較小，但IMX-104、PAX-48 沉降不明顯，PAX-34 在15 min 后粘度增加了209%。流動性結果表明IMX-104、PAX-48 更加均勻，流動穩(wěn)定；PAX-34 澆鑄過程中沉降明顯，上部DNAN 液體較多粘度小，底部粘度大。

Vézina 等［50］對OSX-12 進行了表觀粘度測試與沉降實驗，發(fā)現(xiàn)OSX-12 初始粘度較高，經(jīng)過15 min 沉淀后，粘度增加明顯，有明顯的沉降現(xiàn)象，化學成分分析表明，沉淀物主要為NTO、Al，表面漂浮物主要為DNAN。

表20 給出了挪威MCX 系列熔鑄炸藥的流出粘度。由表20 可知，當配方組分含量接近時，DNAN 基熔鑄炸藥的流出粘度較低，流動性好。

表20 挪威MCX 系列炸藥的流出粘度［56］Table 20 Efflux viscosity of MCX series explosives of Norway［56］

Pelletier 等［49］對比了ARX-4027 與B 炸藥的粘度，結果表明ARX-4027 粘度較小，沉降不明顯。Ferlazzo等［47］研究了顆粒極配對DNAN 基熔鑄炸藥粘度的影響，結果表明當固含量為65%時，隨著細顆粒RDX 或HMX（3 μm）含量增加，藥漿粘度增加。Nicolich 等［85］研究表明當DNAN 含量為40%，AP 含量在0～30%變化時，RDX 含量超過剩余組分（RDX 和Al粉）的50%會導致粘度急劇增加，流動性及可加工性變差。Hathawa等［86］發(fā)現(xiàn)隨著固相顆粒比表面積的增加，DNAN 基熔鑄炸藥的粘度增加。蒙君煚等［87］研究了HMX 固含量、體系溫度、HMX 粒度、HMX 顆粒級配及功能助劑等對DNAN/HMX 懸浮液流變性的影響規(guī)律，并通過顆粒級配使其固含量達到80%而保持良好的流動性。

4 結論與展望

裝填不敏感熔鑄炸藥取代TNT 基炸藥是炸藥技術發(fā)展的一個重要方向。DNAN 基新型熔鑄炸藥的成功推出和應用，不僅解決了TNT 基熔鑄炸藥感度高、毒性大等問題，而且為各類武器彈藥提供了一種工藝簡單、裝填密度大的低成本炸藥。目前，各國DNAN 基熔鑄炸藥進入大規(guī)模裝備應用，既是炸藥裝藥技術發(fā)展的一次重大突破，也標志著傳統(tǒng)熔鑄炸藥的換裝計劃正式啟動，其意義在于：一是全面推動大口徑炮彈和迫擊炮彈藥炸藥裝藥的更新?lián)Q代；二是加快了不敏感彈藥的裝備進程；三是大幅提升了武器彈藥的使用安全性；四是有效降低彈藥全壽命周期的維護成本。

目前，DNAN 基熔鑄炸藥在配方設計、物化性質(zhì)、安全特性及爆炸特性等方面已經(jīng)取得了一定成果，但仍有許多地方有待研究者繼續(xù)努力探索和研究。

（1）如何提高固體顆粒含量同時降低藥漿粘度

DNAN 基熔鑄炸藥雖然具有不敏感特性，但其威力比同類型TNT 基炸藥低。因此提高DNAN 基熔鑄炸藥威力一直是主要研究方向，為了實現(xiàn)此目的就必須提高熔鑄炸藥的高能固相顆粒含量（如HMX、RDX），但是提高固含量的同時藥漿的粘度也同時增大，而熔鑄炸藥的流變性是影響其澆鑄性能、成型性能和裝藥質(zhì)量的主要因素，因此必須綜合考慮這兩方面因素。

（2）如何提高固液界面特性

界面特性與熔鑄炸藥的力學性能、安全性能、裝藥質(zhì)量密切相關。由于DNAN 自身力學性能差，因此必須形成適用于DNAN 基熔鑄炸藥的功能助劑體系，從而改善界面特性，提高固液界面粘結強度。

（3）如何提高藥柱的裝藥質(zhì)量

藥柱的縮孔、疏松、裂紋等是影響炸藥發(fā)射安全性的主要因素，為了提高DNAN 基熔鑄炸藥裝藥質(zhì)量，減少藥柱內(nèi)部縮孔、疏松、裂紋，這就要求對DNAN 基熔鑄炸藥凝固過程進行研究，其中包括凝固過程中溫度場、縮孔疏松等，并對成型過程工藝技術進行優(yōu)化，形成適用于DNAN 基熔鑄炸藥的裝藥技術。