金属燃烧剂是固体推进剂的重要组分之一，金属燃烧剂可以提高推进剂的能量和密度。可用的金属燃烧剂有锂、铍、硼、镁、铝等。铝粉的密度高、耗氧量低、燃烧焓高，可显著提高推进剂的比冲，而且铝粉的来源丰富，成本较低，因此被广泛应用在推进剂和火炸药中。Al粉在固体推进剂中的含量为0~20%。对静电来说，Al粉的导电性使得含铝推进剂对静电放电比较敏感。Al粉的熔点(933 K)及硬度较高，对推进剂的机械感度有一定影响。
关于Al粉对固体推进剂或火炸药安全性的影响，国内外已开展了相应的研究工作。如David等[1]通过差热-热重分析(TG-DTA)、差示扫描量热仪(DSC)和绝热加速量热仪(ARC)研究了不同粒径Al粉的热危险性，研究表明Al粉的平均粒径及钝化层(活性铝的含量)对其热危险性影响较大。Kent和Rat[2]研究表明，当Al的含量不变而粒度减小(即Al粒子的数量增加)时，推进剂对静电放电的敏感性增加。Langer等[3]研究表明，水下炸药RDX/GAP/Al/AP在各组分含量不变，只改变Al粉粒径时，随着Al粉粒径的减小，撞击感度和摩擦感度均升高。Covino和Hudsont[4]研究了含能材料静电危险性评估方法，认为推进剂中Al含量越多，介电常数越大，静电越敏感。王彩玲等[5]研究了Al粉含量对RDX炸药感度的影响，结果表明Al粉含量越多，摩擦感度越低，而撞击感度却随Al粉的加入呈非线性的变化; Al粉含量较少时，撞击感度增大，当Al粉含量增至10%时，撞击感度增至最大，随后，撞击感度随Al粉含量的增加呈明显降低趋势。王晨雪等[6]的研究结果表明，HTPB推进剂随着Al粉含量的升高，击穿电压变小，静电放电敏感性随之升高。党永战等[7]研究了Al粉含量对含Al改性双基(CMDB)推进剂机械感度的影响，表明有无Al粉以及Al粉的含量对推进剂撞击感度的影响很小; 而有无Al粉配方的摩擦感度有较大变化，但Al粉含量的变化对摩擦感度的影响很小。焦清介等[8]测试了闪光烟火药剂的感度，发现由铝粉配制的闪光烟火药剂对摩擦和冲击比较钝感，而静电火花和火焰感度随着铝粉粒度的减小而增大。由此可知，Al粉含量及粒径的变化对不同体系感度的影响规律不一致。
为了进一步研究Al粉对NEPE推进剂感度的影响，本课题组通过改变Al/HMX的相对含量和Al粒径，分析了Al粉对NEPE推进剂机械感度和静电火花感度的影响。
2 试验 2.1 试样制备NEPE推进剂的配方组成包括高氯酸铵(AP，d50=135 μm)、奥克托今(HMX，200目筛下物)、铝粉(Al d50=90，41，32，3 μm)、聚乙二醇(PEG)、混合硝酸酯(NG/BTTN)、固化剂和功能助剂等。上述原材料均为工业品。
NEPE推进剂样品采用手混制成，制备步骤为：首先把功能助剂、固化剂及N-15粘合剂混合均匀后，依次加入铝粉、AP、HMX进行混合，每添加一种固体填料，均需要混合均匀后再加入另外一种填料，待所有原材料添加完毕，再继续手混药浆约50 min，然后进行感度测试。
2.2 感度测试NEPE推进剂撞击感度、摩擦感度、静电火花感度分别采用卡斯特落锤仪、摆式摩擦仪和静电火花感度测试仪进行测试，执行标准分别为《复合固体推进剂撞击感度试验方法》 (QJ3039-1998)、《复合固体推进剂摩擦感度试验方法》(QJ2913-1997)和《复合固体推进剂静电火花感度试验方法》(QJ1469-1998)。
3 结果与讨论 3.1 Al/HMX相对含量对NEPE推进剂感度的影响改变粒径为90μm Al和HMX的相对含量，设计了4个NEPE推进剂配方(见表 1)，总固体含量为70%，固化参数为1.5。各配方感度测试结果见表 1。
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表 1 Al/HMX相对含量对NEPE推进剂感度的影响 Tab.1 Effects of Al/HMX relative content on the sensitivities of NEPE propellants |
由表 1可知，随着Al(90 μm)粉含量的增加(同时降低HMX的含量)，静电火花感度升高，摩擦感度降低，撞击感度规律不明显。为了验证此结论的正确性，进一步研究了41 μm的Al粉和HMX的相对含量改变时对感度的影响。设计了5个NEPE推进剂配方(见表 1)，总固体含量为70%，固化参数为1.5。各配方对应的感度测试结果如表 1。
由表 1可知，41 μm的Al粉含量越多(同时HMX的含量越少)，摩擦感度越低，静电火花感度越高，撞击感度变化不大。除撞击感度外，41 μm Al粉含量变化得到的结论与90 μm的Al粉含量变化得到的结论一致。因为在推进剂中，Al粉相对HMX导电性较强，Al粉含量越多，推进剂的导电性越好，对静电放电越敏感。Al粉硬度大、光滑度较高，当Al粉表面与HMX、AP接触时，可有效降低HMX、AP因塑性变形而产生的粘性流动，从而使摩擦系数降低，减少了摩擦作用下热点产生的几率; 此外，Al粉导热系数较高，Al粉含量越多，摩擦产生的热量越不易积聚，热点越不易形成，故随着Al粉含量的增加，摩擦感度降低。
3.2 Al粉粒径对NEPE推进剂感度的影响在NEPE推进剂配方中，各固体质量分数不变，即Al粉17%，AP为16%，HMX为37%，NG/BTTN/PEG为29.4%，其他小组分为0.6%，只改变Al粉粒径，设计了4个NEPE推进剂配方，固化参数为1.5。各配方对应的感度测试结果见表 2。由表 2可知，随着Al粉粒径的增大，摩擦感度呈降低趋势，撞击感度变化的规律不明显; 静电火花感度逐渐升高，此结论与文献[2]Kent和Rat的研究结果相反，分析原因可能为Al粉粒径越小，粘合剂包覆Al粉效果越好，而粒径较大的Al粉包覆效果相对较差，在静电电压作用下，导电性相对较好。为了验证此推测的正确性，对不同粒径的纯Al粉以及Al粉与粘合剂的混合物(质量比为1:2)测试其静电火花感度，结果见表 3。
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表 2 Al粉粒径对NEPE推进剂感度的影响 Tab.2 Effects of particle size of Al powder on the sensitivities of NEPE propellants |
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表 3 不同粒径的Al粉及Al粉与粘合剂混合后的NEPE推进剂静电火花感度 Tab.3 Electric spark sensitivities of NEPE propellant containing Al powder with different particle sizes and Al/bind mixture |
由表 3可知，纯Al粉的静电火花感度随着Al粉粒径的增大呈降低趋势; 而Al粉与粘合剂混合后，静电火花感度随着Al粉粒径的增大逐渐升高，这表明粘合剂对不同粒径的Al粉包覆程度不同，粒径越小包覆效果越好，静电火花感度越低。
4 结论研究了NEPE推进剂配方中Al/HMX相对含量及Al粒径改变时对感度的影响，得到如下结论：
(1) 随着Al粉含量从0~24%(同时降低HMX含量)增加，NEPE推进剂静电火花感度升高，摩擦感度降低。
(2) 随着Al粉粒径从3~90 μm增大，NEPE推进剂摩擦感度降低。
(3) Al粉粒径和Al粉含量改变时，NEPE推进剂撞击感度的变化规律不明显。
(4) 粘合剂对Al粉起一定包覆作用，小粒径Al粉较大粒径Al粉包覆效果好，导致含有小粒径Al粉的NEPE推进剂配方静电火花感度降低，而含有大粒径Al粉的NEPE推进剂配方静电火花感度升高。
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The effects of the content and particle size of Al powder in formulation on the impact sensitivity,friction sensitivity and electrostatic spark sensitivity of NEPE propellant were studied by specifictions of standardization methods QJ3039-1998,QJ2913-1997 and QJ1469-1998.