由高能硝胺RDX，HMX等作为氧化剂，含能热塑性弹性体(energetic thermoplastic elastomer, ETPE)作为黏结剂的ETPE发射药是目前高能低敏感发射药发展和应用的方向^[1-6]。由于ETPE发射药配方体系与传统的硝化棉/硝化甘油(NC/NG)体系发射药相比存在差别，使得其燃烧性能也与制式药有很大不同，给ETPE发射药的应用带来了困难。我国自20世纪70年代以来对ETPE发射药进行了多方面的研究，已取得了一定经验，但关于ETPE发射药燃烧规律研究甚少，因此，有必要对ETPE发射药燃烧规律开展系统研究，加快新型黏结剂发射药配方研究及应用研究的步伐，为新一代发射药及装药技术的发展打下基础。

ETPE发射药与RGD7硝胺发射药都含有高能硝胺粒子，配方体系不同在于黏结剂类型与高能炸药的组成和含量不同。为了更加准确地研究这种新型ETPE发射药的燃烧性能，本研究设计制备了以含能热塑性弹性体3，3-二叠氮甲基氧丁环(BAMO)/3-叠氮甲基-3-甲基氧丁环(AMMO)共聚物poly(BAMO/AMMO)为黏结剂，组配硝胺组分RDX、HMX，少量工艺添加剂等成份的ETPE发射药，选择在NC/NG的基础上添加RDX的RGD7硝胺发射药作为对比样品，通过密闭爆发器试验，并结合DSC^[7]对比研究了BAMO-AMMO基ETPE发射药燃烧特性。

BAMO/AMMO，西安近代化学研究所制备，纯度为99.5 %(液相色谱法)，数均相对分子质量25000，玻璃化温度-28.3 ℃，常温抗拉强度4.0~5.3 MPa，常温延伸率336 %~680 %；RDX(H级粒度d₅₀=45 μm)，工业纯，兰州白银银光化学材料厂；HMX，粒度d₅₀=125 μm，工业纯，八〇五厂。

ETPE发射药，RGD7硝胺发射药配方组成分别见表 1，表 2。

表 1(Tab. 1)

表 1 ETPE发射药实验配方 Tab. 1 Fomulations of the ETPE propellants containing BAMO/AMMO % samples RDX BAMO/AMMO others ETPE-1 75 22.5 2.5 ETPE-2 75(HMX) 22.5 2.5 ETPE-3 80.5 16 3.5 Note: TPEP is ETPE Propellant.

表 1 ETPE发射药实验配方 Tab.1 Fomulations of the ETPE propellants containing BAMO/AMMO

表 2(Tab. 2)

表 2 RGD7硝胺发射药配方 Tab. 2 Formulations of the nitramine propellants RGD7 % sample NC NG RDX NQ others RGD7 30.0 25.2 26.6 15.4 2.8

表 2 RGD7硝胺发射药配方 Tab.2 Formulations of the nitramine propellants RGD7

密闭爆发器，该实验装置容积为110.76 mL，装填密度为0.2 g·cm^-3，点火药2^# NC、药量1.1 g，点火压力10 MPa。在20 ℃下，测试TPEP和RGD7样品的静态燃烧性能，得到p-t曲线并根据药型尺寸经过一系列的数据处理，得到u-p曲线。

采用德国耐驰公司的DSC-204型差示扫描量热仪进行DSC分析，升温速率10 ℃·min^-1, 静态N₂气氛，样品质量20~30 mg。

表 1、表 2中样品密闭爆发器试验的p-t曲线如图 1所示，密闭爆发器实验处理的数据结果见表 3。

图 1(Fig. 1)

图 1 样品的p-t曲线 Fig.1 p-t curves of the samples

表 3(Tab. 3)

表 3 密闭爆发器实验的特征数据 Tab. 3 Characteristic data of propellants by closed bomb test sample t10/ms tm/ms pm/MPa ETPE-1 0.050 32.4 281.79 ETPE-2 0.030 36.4 284.31 ETPE-3 0.018 19.8 313.41 RGD7 0.005 4.0 294.91 Note: t10 is the time when the pressure is up to 10 MPa, tm is the time when the pressure is up to maximum. pm is the maximum pressure.

表 3 密闭爆发器实验的特征数据 Tab.3 Characteristic data of propellants by closed bomb test

从图 1可以看出，ETPE发射药和硝胺发射药燃烧规律相似。与ETPE发射药的三个样品相比较，RGD7硝胺发射药的p-t曲线较陡，燃烧时间短，压力上升快。而ETPE发射药点火延迟时间长，比较难点火，燃烧时非同时着火^[8]，造成ETPE发射药的p-t曲线在起始阶段，压力上升较慢，燃烧时间较长。

从表 3还可以得知, ETPE发射药三个样品达到最大压力的燃烧时间由长及短依次有：t_m2＞t_m1＞t_m3。由于TPEP-3 RDX含量高达80.5%，能量较高，最大压力也最大，故达到最大压力需要的时间也最短。

图 2为样品的u-p曲线，利用最小二乘法对u-p曲线进行非线性指数式(y=a·x^b)拟合，得到了50~220 MPa下的燃速压力指数n及燃速系数u₁，结果见表 4。

图 2(Fig. 2)

图 2 样品的u-p曲线 Fig.2 u-p curves of the samples

表 4(Tab. 4)

表 4 不同样品的燃速压力曲线拟合结果 Tab. 4 Simulation results of u-p curves of the samples sample u1/(cm·s-1·Pa-n) n burning rate formula(u=u1pn) r ETPE-1 0.0205 1.2256 u=0.0205p1.2256 0.9991 ETPE-2 0.0105 1.3244 u=0.0105p1.3244 0.9858 ETPE-3 0.0344 1.1811 u=0.0344p1.1811 0.9938 RGD7 0.2031 0.8513 u=0.2031p0.8531 0.9976

表 4 不同样品的燃速压力曲线拟合结果 Tab.4 Simulation results of u-p curves of the samples

从图 2可以看出，样品的燃速随着压力的增加呈指数式增加。与ETPE发射药三个样品比较，在50~220 MPa的压力范围内，相同压力下，RGD7硝胺发射药的燃速比ETPE发射药的快。而对于ETPE发射药来说，相同压力下，RDX含量较高的样品ETPE-3的燃速高于RDX含量较低的ETPE-1。

从表 4可以看出，与RGD7硝胺发射药相比，ETPE发射药的燃速压力指数较高，均大于1，表现出随着压力的增加，燃速对压力变化较敏感。而RGD7硝胺发射药样品的压力指数略小于1，燃速系数则远远大于ETPE发射药的三个样品，说明黏结剂对燃速有重大影响。

发射药的燃速取决于发射药的组分^[9]。ETPE发射药和RGD7硝胺发射药之间燃速存在差异可以从发射药主要组分热分解行为中找到原因。图 3，图 4给出了ETPE发射药和RGD7硝胺发射药在常压下的DSC曲线。

图 3(Fig. 3)

图 3 ETPE发射药的DSC曲线 Fig.3 DSC curves of ETPE propellants

图 4(Fig. 4)

图 4 RGD7发射药的DSC曲线 Fig.4 DSC curve of RGD7 propellant

从图 3可以看出，对于含RDX的ETPE-1、ETPE-3样品，在起始分解状态204 ℃左右有一个吸热峰，应为RDX的吸热熔融峰^[10]，与燃烧性能对应的在点火燃烧初期，首先RDX熔融吸收点火热量，使体系中BAMO/AMMO黏结剂获得的热量较少，待RDX吸收的热量足够使自身熔融，紧接着的放热峰为熔融态的RDX爆燃放热分解峰。由于含能黏结剂BAMO/AMMO分解温度(263 ℃)相对RDX较高^[11]，随着温度进一步升高，BAMO/AMMO黏结剂体系经历较长的热量积累过程后才进入缓慢分解放热状态。由于ETPE发射药中RDX含量相对较高，热量积累的过程也就相对长，这便是ETPE发射药的p-t曲线较缓，燃烧时间较长，压力上升慢的主要原因之一。而且ETPE发射药氧系数较低^[12]，燃烧时部分可燃元素不能完全被氧化。因此，在中低压下(50~200 MPa)，ETPE发射药的燃烧较慢，燃速低。从图 3还可以看出，对于RDX含量不同的ETPE发射药，RDX含量对起始的吸热熔融峰影响不大。但RDX含量越高，吸热量越大。而放热分解峰峰形基本相同，RDX含量较低的TPEP-1放热峰较TPEP-3放热峰前移，说明ETPE发射药的放热主要取决于作为主体组分的RDX以及其含量。与TPEP-1, TPEP-3相比，TPEP-2由于含有HMX，DSC曲线呈现陡峭的尖峰，193.6 ℃有一个微弱的吸热峰，但并不完全，这是因为HMX的熔融吸热过程的大部分为紧跟着的快速放热分解过程掩盖。

从图 4可知，对于同样含有RDX的RGD7硝胺发射药，由于RDX和NC/NG的热分解温度不同，热分解曲线呈现双放热峰，且具有不同时性。第一阶段194 ℃的放热分解峰温主要是NC/NG的放热分解，第二阶段为RDX的分解放热峰240 ℃，204.8 ℃的熔融吸热峰不明显，即RDX的分解滞后于NC/NG。

从RGD7硝胺发射药的DSC曲线可以看出，由于RDX的分解放热峰温(240.3 ℃)高于NC/NG(194 ℃)^[13]，使RGD7在分解过程中保持了RDX和NC/NG各自的独立特性，RDX在凝聚相中的分解极为微弱，RDX颗粒易被气流冲离表面，抛向气相中直接爆燃进行反应。由于NC/NG初始阶段放热量大，燃烧较快，燃速较高，而RDX在凝聚相中参与的反应很少，基本是在气相中完成分解；在高压时，气相反应放出的热量反馈到燃烧表面热量较大，凝聚相与气相反应的相互作用增强，导致高压下燃速增大，使燃速增加产生转折现象。而由于RGD7硝胺发射药在低压下燃速较ETPE发射药较高，且在配方中加入的NQ能够在药体表面形成熔融层，从而在高温火焰区和燃烧表面之间形成低温的“冷层”，使RDX经历液化再分解的过程，较厚的熔融层覆盖在发射药燃烧表面，又抑制了RDX的爆燃，从而使RGD7发射药的燃速压力指数降低^[14-16]。

综合上述分析，可以发现含RDX硝胺粒子的发射药燃烧表面是固、液、气三相共存的燃烧状态。在低压下，凝聚相升温速率较低，RDX的分解较慢；在高压下，升温速率较快，发射药的燃速由RDX的分解速率决定。

与RGD7硝胺发射药对比研究发现，ETPE发射药燃速压力指数较高的原因为：黏结剂Poly(BAMO/AMMO)滞后于RDX分解，低压下RDX熔融吸热，ETPE发射药燃速较低；而随着燃烧的进行，高压下RDX发生气相中的爆燃，气相热反馈与凝聚相热分解加剧，放热增大，燃速变化快，且较低压下燃速变化较高。

因此，应寻找合适的途径加速RDX和含能黏结剂在低压下的分解，从而提高ETPE发射药在低压下的燃速；抑制RDX在高压下的爆燃，降低发射药在高压下的燃速，改善单一氧化剂的热分解过程，并与发射药黏结剂的热分解历程相匹配，使发射药的各组分在很大压力范围内保持较好地协调分解，避免燃速变化随着压力区间的变化而出现波动，从而降低含硝胺组分的发射药的燃速压力指数。

(1) 与RGD7硝胺发射药相比，BAMO/AMMO基ETPE发射药的p-t曲线起始阶段上升较缓，燃烧时间较长；在50~220 MPa的压力范围内，相同压力下，ETPE发射药的燃速均比RGD7低；ETPE发射药的燃速压力指数较高，均大于1，表现出随着压力的增加燃速对压力变化较敏感。

(2) ETPE发射药在燃烧初期，RDX的熔融吸热，且黏结剂Poly(BAMO-AMMO)滞后于RDX分解，故低压下燃速较低。高压下RDX发生气相中的爆燃，气相热反馈与凝聚相热分解加剧，放热增大，燃速变化快，且较高压下燃速变化较高，因此ETPE发射药燃速压力指数较高。

(3) 对于RGD7硝胺发射药，RDX的熔融吸热峰(204.8 ℃)不明显，且分解放热峰(240 ℃)滞后于NC/NG(194 ℃)，而ETPE发射药中RDX熔融吸收点火热量，poly(BAMO/AMMO)分解温度(263 ℃)高于RDX(240 ℃)。

(4) 应寻找合适的途径使ETPE发射药的黏结剂与固体组分在使用压力范围内保持较好地协调分解，降低ETPE发射药的燃速压力指数。