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1、轻武器发射药的配方和工艺 缪国 平 陈网根 一 概况 目前国外正式装备的 轻武器发射药 从 组分 上说 有单基药和双 基药 从药形上说 有 压仲成型的粒状药 和搅拌成刑 的球形药 近年来 轻武 器发展的趋势是重 量 轻 口径小 初速 高 美 苏 等国都竟相发展了自己 的小 口径高速 弹丸的轻武器 为了达到 初速 高 对发射药一般考虑下 列途径 提高质盆火药 力因为 二 这 包括提 高燃 温和降低 燃气平 均分 子量 目前 轻武器发 射药 的火药力为 一 计算火焰温度达 燃气 平均 分子量在 左右 增加装填 密度提高容积火药力 对于单 孔挤压 药装 填密度一般为 以 下 而球形药的装填密度则接近
2、 于 因而提高了装药量与弹丸质量之比 明显地提 高了初 速 改进压力行程曲线 通过 阻燃 剂 包覆层和几何形状 来达到增燃 性 充分 利用发 射药 的能量 由于球 形药 具 有高装填密度和 由深度钝 感带来的增 燃性和低烧蚀性能 提高了初速 延 长了身管寿命 加 之工艺过程 简单 安全 经济效益高 比单基挤压 粒 状 药有明显的 优越 性 因 此 弓 起世界各国 的普遍重视 已广泛 应 用于各种轻武器 目前美国球形药已经 基本 取代了枪用压伸小粒药 如 自动步 枪弹 药 步 枪弹用 的 杀伤 燃 烧弹用 的 英寸轻 武 器弹用的 等 球形 药并已列入美军标 准 北约 已决定采用比利时国家兵工
3、厂 年在 型 枪弹基 础上改进而成的 型 枪弹 装球形药 苏 联部队 年已装备 班用轻 机枪和步枪 枪弹装药是扁球形 药 法 日 等国 球形药也 正在取代 压伸小粒药 英 德 等国对球 形 药的研究也十分 活 跃 另外 比利时 已建成专门的 克莱门球形药 厂 球 形药配方 其组分有单 双基 实用的主 要是双 基 三基球 形 药也有不少研究 近 期 由于有机合成的进展 不少人工合成 的新 组份用于 轻武器发射药 最近 美国还 透露了 完全不用硝化纤维素和硝 化甘油的 全 合成材料的球形 药配方 近年来 轻 武器发 射 药的表 面处理 和添加 剂的 使用研 究和理 论研究 都 有较大 进展 不 但
4、改 进了球形药 的弹道性能和 其他 综合性能 而且提 出了机理分析和建立了区别于以往 概 念的数 学模型 球形药生产工艺 也不断改 进 在提出工序 新工 艺的同时 已试成了连 续化生产工艺 二 配方 基本配方 美国球形药的基本配方 了 一 万 组分 口 拭训 犷 飞了 中心发 火步枪弹 八 一 上 八 口 几 主 一 八 工 八 月 甘 通 占 八七 几 甘 几 华华 工 左 工 匕 一 泞 工 匕八匕 口 人叶 才 内 工 八 行了 一 丹 甘 内 曰 任 丹 甘 土 工八 八 古 硝 化纤维 素 氮量 硝 化甘油 苯二 甲酸二丁醋 二硝基甲苯 二苯胺 石 墨 钾钾 钙 钠酸酸酸 硫硝酸 碳
5、 硫 二氧化锡 挥 分 总 水 美国 军 用标准 卜 一 规定了 球形药的 冠方和检猫 标准 了 配方 锡 水全分石挥墨 氧二化丁二锡 醋苯二 甲 酸 胺苯二 硝化 甘 油 碳 酸 钙 硫 钠酸 钾硫酸 钾硝酸 二 硝基甲 苯 硝化 纤维素 分 西德 球形药的基本 配方 组分 硝 化纤维 素 氮量 硝化甘油 苯二甲酸 二丁 醋 二苯胺 硝酸钾 硫酸钾 比利时克菜 门球形 药厂生 产的 球形药一般含硝化纤维素 硝化甘油 其余组 分是二 硝基 甲苯 二苯胺 乙酸乙醋 硫酸钠 硫 酸钾 二氧 化锡等 不少资料都介绍和分析论证了球形药的基本配方 如美国的 步枪 弹 发 射药 和 航弹用球形药 衬 国
6、的 步枪弹球形药 等 法 国火炸药公司生产的球形药 除 步枪弹 球形药外 还有 步机枪弹 球形 药 冲锋枪弹 球形药 机关炮弹 球形药 步机枪弹 椭球形药 冲锋枪弹 椭 球形药 表面 处理和 添加剂 为了改善球形药 和 其他轻武器发射药的 弹道性能 和物理 化学安定性等综合性能 在基本 祝方的 基础 上 研究采用了表面处理 的钝感 剂和各种 添加剂 表面处理主要是钝 感处理 近 年来对钝感机理和钝感剂在药粒中的渗透 进行了多方面 的研究和测定 美国 陆军 军械研究和发展司令部用显 微照 相法对 球形药进行了切片照 相 切片厚度为 一 协 测定表 明 钝化层 是清晰的 得出钝感 剂 在药 粒外表
7、面 钓渗入深度分别是 士 和 士 钝 感剂浓度对渗入 深度有一定影 响 用不同 部位 的切片 分别 进行提取 然后用 气相 色谱和质谱仪分析 钝 感剂 含量可 得出钝感剂渗 入药粒的浓度分布曲线 曲线表明 钝感剂在表 层中浓度几乎不 变 而在边界 线上急剧下降 此曲线符合多种 球形药 渗入深度数据以平均和标准偏 差 的形式 给出 用作电子计算机的输入数据 以便 进行内 弹道计算 侧定浓度曲线的方法除 自动射线照 相法外 还可 用 电子显微镜法 和同位素法 祠位素法是将 弓 加入 钝感剂如 工 和苯二甲酸二辛醋 五 钝感 剂带着 向药 粒里 渗透 然后用卜闪烁计进行测定 结果表明 钝感剂系的迁
8、移趋势 工 乙醇 工 丙醇 l 乙醇 亚 丙 醇 用红外光谱测定 表明 钝感 剂向药粒里 渗透时 不是单纯 的物理作 用 而是在 D BP 的拨基与硝化纤维素中未醋化的轻基之间形成了氢键 B r o d m a n 还证明 在硝化纤维素里未 咱化的经基 间也形成了氢键 硝 化纤维素里羚 基间的相互作用强度比钝 感剂 与硝 化纤维素 间 相互作用强度要 弱得多 而硝化纤维素与硝化甘油间未形成氢键 由于氢键的形成 所以钝感剂向药粒 里渗透时 其浓度不 是直 线分布 研究证 明 钝感 别迁移具有化学作用 在测定钝感剂渗入深度和 浓度分布的基 础上 198 年美国陆军军械研究和发展 司令部提 出了H
9、i rs chf el de r 一sh e rman法 和B LA KE 规则 8 用来计算钝感 层和 非饨感层的热化学和 燃速特性 对球形药w C 87 0 得出了四种 燃速 一绝热 火焰 温度的关系式 这 些关系式对内弹道 计算是很有用的 钝感剂机理 的 深入研究 推进了各种 钝感剂选择 应用 及钝感工 艺 的发展 除D BP外 用作双基球形药 钝 感剂的苯二甲酸醋还有 苯 二 甲酸二异丁 醋 苯二甲酸二 笨醋 后者渗入药粒较浅 适用于硝化甘 油含量较高的商业球形药 高温贮存中 D BP 易扩散 使弹道性能下降 为了提高高温贮存性能 采用了有机醋交联 钝感剂 使钝感剂和药体交联在一起 如
10、美国H er c u l e s公 司 的线 性聚醋 钝感 剂 分子钝 量1500一30000 熔点 87 3C 用 量0 5 1 0 示例 10磅药 含10 N G 55 25乡 Ne 0 75 n BP 1 K 50 加2磅水 加0 43磅聚 醋 含新 戊基乙二醇49 9 己二 酸34 9 十二烷酸1 5 硬脂酸一油酸混合物0 3 的二氯甲烷溶液 浓度5 0 放入转鼓转动 加热到 3 9 0分钟 用于5 5 6 mm中心发火步枪弹用球形药 6 0 贮 存6星期 膛 曰增 高仅 1 而用D BP处理增高23 6 美国D uPon t 公司 采用二丙酸乙醋 和不饱 和有机醋如二甲 基丙烯 酸乙
11、醋 2 这些有机醋应 是 水 溶性的 一般是熔 点 20 0 有 2个醋 基 和2个烯基 的不饱和有机醋 如二甲基丙烯酸乙醋 不饱和有机醋还可与K N o 并 用 2 加 入量 在KNO 4 5 时为3 0 西德球形 药则 采 用全无机钝感 剂 经处理 的球形 药 初速不变 膛压却显著 下降 还有采用 金属有机酸 盐类如6 5 树脂酸铜和3 5 蔡酸铅的混 合物 加入量约3 5 8 0年 美国 又透露 采用有机胺类钝感剂 2 毛 通 式 RN H CH C H N H x C H C H NR 丫C H C H N H R 式 中R CH CH CH 5 1 O C H 3 x 5 5 0 y
12、 1 5 聚合物分子量2000一3000 由乙撑亚胺和3一氯丙基三甲氧基 硅烷反应合成 8 0 年美国发表了对各种 轻武器发射药 钝感处理后的热 化学和燃速特径进行了全面 测定的 结果 25 除表面 钝感处理外 为了改善轻 武器发射药的综合性能 常采用各种添加剂 如减少枪 膛 烧蚀的缓蚀剂 27 瑞典用锌和锌 的化合 物 2吕 Z n o z n s z n P o 乙二酸锌和 钾 酸锌 比利 时用M go和510 2 美 国用C aso C a Co 3 Ti o 稳定或改 进子单 比 能 的减 敏剂 和弹道改 进剂 减少燃气 成烟的消焰剂 加拿大还采用8 75 25 聚 乙烯 醇缩丁醛 三
13、聚氰 酞胺 甲醛树 脂包覆 球形药粒 以提 高初速 降低膛几 修值 上述研究 表明 对于球 形药和其他 轻武器 发射药的配方研究 不但应 重 视 改善弹道性 能 而且应重视 改善综 合性能 有利于使研 究的 新药迅速投入使用 装备部 队 3 新 配方 动 向 巾千轻 武器单兵 或近程发 射 的特点 要求发射药燃气无毒 无烟 因此 当前新型 轻武器 发射药配方 组分 仍以C H 0 N 系 统为主 即以C H o N的新 合成物来取代或部 分取代消 化纤维 素 硝 化甘 油等传统组分 近期由于 固体 火箭推进 剂迅速发展 在 高能 化的同讨逐步 向 无烟化发展 因而 一 些推 进剂新组分 正在转
14、用于 轻武器发射药 在N C NG 双基 配方的基础上 加 进硝 基孤目前仍在继 续研究 还加进甲基纤维素 作湿润剂 苯 二 甲酸烷基 醋作增 塑剂 1981 年美国H r c u l e s公 司发表 了一种钝感 的三基药 配 方 含N C 28 409石 NG18 77 旦 石 硝基肌51 27 法国火炸药公 司研制 的硝 酸钱发射药已用作手 枪等轻 武器发射 药 7 基 本 配方 N H N O 5 0 NC 1 3 1 夕 百N 5 0 时 火药力1 0 7 x 1 0 焦耳 公斤 等 容 火 焰温度 325oK N H 4 No 3 39 NC59 宇 昌粉2 时为1 85 Xlo
15、焦耳 公斤 3350K 为了防止 N H 4N O 3结块 可采用N C预 包覆 为了减小吸湿性 还可 采用P v N 聚乙烯 醇硝酸 醋 部分或全部 代替N H N 0 3 PvN 的吸湿性比N C还要低 9 0 相对湿度时 PvN 吸 湿性为0 6 2 1 3 1 5 N的NC为2 H M x 是 无烟固体推进 剂的主 要 组分 现已推广用于 轻 武器发射药 H M x 直接加入M1 8 球形药 提高了火药力 比较如下 表 N G 还可以全部去掉 而以N C与一种合成 聚 合物粘 合剂加HMx形成 新 的不 含NG的轻武 器发射药 吕 如用叠氮化缩水 甘油 与NC组分比2 i一1 4 基本
16、 配方 Nc3 8 叠氮化 缩水甘油20 H M X22 三 氨基肌硝 酸醋20 火 焰温度2483K 火药 力1 07 X lo k g d m kg 法国研制了以N C为基木组 分 以硝基 肌或 硝基孤一HM x 组合取代 NG 的2 0m m炮发射 组 分 及性 发射药 N G H Mx D NT D B 容火焰 温度 K 1 一 1 2 57 7 1 1 1 5 g 1 28 9 火药力 kg dm kg 爆热 keal k g M 180 97 x 10772 改性M 1 8 1 07 欠 1 0 820 带本文 作者 注 爆 热数据 似 偏低 药 r 基木配方 硝 基皿75 5 H M X 7 5 NC 12 6 N 1 3 性能 火 药方 1 2okg d m kg 定容火焰温度2552K 冲击感度0 38kg一 m 热安定性65 o o Z ml ga s g h r 爆发点19o c 5秒 进而又 发展了完全用合成材料作组分 的球形药 如1981 8 n 美国聚 硫橡胶公 司发 表为 以聚丙烯 酸 醋为拈合剂的球形药 基 本配方是 甲基丙烯酸十二烷基醋1了 04 异丁
