叠氮硝胺发射药一般指是以硝化棉(NC)为粘结剂，以叠氮硝胺(DIANP)与硝化甘油(NG)为混合含能增塑剂的均质发射药^[1-2]。均质叠氮硝胺发射药由于起始热分解速率快、燃速高，在高装填密度和底部点火的条件下，未经表面处理的空白药容易产生较大的膛内压力波强度，严重时低温下导致膛压反常，限制了其在高膛压火炮上的应用^[2-4]。为了解决这个问题，在配方中引入与DIANP具有良好的物理、化学相容性的高能固体组分RDX，得到含RDX的叠氮硝胺发射药。这种含RDX的叠氮硝胺发射药具有高能、高强度、烧蚀性相对较小的特点，是一种综合性能较优的新型发射药^[2]。目前，关于新型发射药燃烧性能及燃烧特点的研究较少，而已有的研究^[5-7]表明RDX在起始燃烧分解阶段具有明显的吸热熔融效应，因此，为进一步了解RDX在这种新型发射药燃烧中的作用，本研究采用高压DSC与密闭爆发器燃烧试验方法，分析了RDX的引入对叠氮硝胺发射药热分解性能及起始燃烧性能的影响。

均质叠氮硝胺发射药的配方为DA3，DAR15、DAR25发射药分别是在DA3配方基础上按质量分数引入15%、25%的RDX，西安近代化学研究所研制。三种发射药的主要组份及能量示性数见表 1。

表 1(Tab. 1)

表 1 发射药配方组成及能量示性数 Tab. 1 Formulation and energy parameter of gun propellant gun propellant formulation RDX/% f/J·g-1 DA3 NC/DIANP/NG 0 1152 DAR15 NC/DIANP/NG/RDX 15 1178 DAR25 NC/DIANP/NG/RDX 25 1226 Note: f is impetus.

表 1 发射药配方组成及能量示性数 Tab.1 Formulation and energy parameter of gun propellant

样品制备采用半溶剂挤压成型工艺，主要包括吸收、压片、塑化及压伸成型等工艺过程，塑化过程中硝化棉与溶剂的质量比为1:(0.22~0.25)，乙醇和丙酮混合溶剂的质量比为1:1；考虑到单孔药的燃烧接近于恒面燃烧，选择的药型为18/1单孔管状药，将压伸成型的火药切成长40 mm的药管，烘干驱除溶剂和水分后，进行高压DSC和密闭爆发器试验。

采用美国TA公司DSC910S型高压差示扫描量热(PDSC)分析仪分析高压(3 MPa)条件下样品的热分解性能，铝质样品池，样品量 < 2 mg, 升温速率为10 ℃·min^-1，动态氮气气氛，流速为40 mL·min^-1。

采用100 mL火药密闭爆发器(自制)试验分析样品燃烧性能，按照GJB770B-2005 703密闭爆发器试验方法进行实验。装填密度为0.2 g·mL^-1，试验温度20 ℃，点火药包采用1.1 g硝化棉，正常点火压力为10 MPa。

3 MPa压力下RDX及叠氮硝胺发射药的PDSC曲线见图 1。由图 1a可见，RDX在202 ℃开始熔融吸热，约在206 ℃有一个较强的熔融吸热峰，在225 ℃开始放热分解，峰值温度约为236 ℃。由图 1b可见：DA3发射药在180~248 ℃区间只有一个明显的分解放热峰，峰值温度约为210 ℃，接近NC、DIANP、NG各单体的分解峰温^{[5, 8]}，认为是其混合物的分解；DAR15、DAR25发射药的热分解分为两个阶段，第一个放热峰在180~225 ℃区间，峰温约为210 ℃，与均质DA3发射药相同，主要是NC、DIANP及NG混合物的分解；第二个放热峰在225~248 ℃区间，峰温约为236 ℃，主要是RDX的热分解；在206 ℃下的RDX的熔融吸热峰被放热量大的NC、DIANP及NG混合物的分解峰所掩盖；随着RDX含量增加，第一阶段RDX的熔融吸热量就越大，同时由于NC、DIANP、NG等放热物质质量的减少，热分解放热量减少，而第二阶段的放热量增大。

图 1(Fig. 1)

图 1 RDX、DA3、DAR15和DAR25的PDSC曲线 Fig.1 PDSC curves of RDX, DA3, DAR15 and DAR25

综上所述，含RDX叠氮硝胺发射药的热分解过程分阶段进行，在180~225 ℃区间的第一阶段包括RDX的熔融吸热及NC、DIANP及NG等物质的分解放热，在225~248 ℃区间的第二阶段为RDX的放热分解。

燃速随压力的变化规律是表征发射药燃烧性能的主要特征量^[9-11]，已有的研究^[12]结果表明，发射药的燃速压力指数在不同的燃烧阶段是不同的。为进一步了解含RDX叠氮硝胺发射药的燃速压力指数变化规律，对三种样品DA3, DAR15, DAR25进行了密闭爆发器试验，得到了p-t曲线，进一步处理，得到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，得到不同压力段下的燃速压力指数n，结果见表 2。考虑到点火药和药型分裂后燃烧表面的影响^[13]，数据处理的合理取值范围应在相对燃烧质量Ψ=0.15到最大压力陡度(dp/dt)的最大值之间，表 2中的起始点为略大于Ψ=0.15的点。

表 2(Tab. 2)

表 2 RDX对叠氮硝胺发射药压力指数的影响 Tab. 2 Effect of RDX on pressure exponent of azidonitramine gun propellant propellant p/MPa pdpm /MPa pm /MPa 40~80 80~120 120~pdpm 40pdpm DA3 0.9019 0.9618 1.0182 0.9520 239.7 287.1 DAR15 0.9677 0.9785 0.9891 0.9665 261.4 297.4 DAR25 1.0015 1.0096 0.9611 0.9922 264.1 300.5 Note: n is pressure exponent. pdpm is the pressure corresponding with maximum dp/dt, pm is maximum pressure.

表 2 RDX对叠氮硝胺发射药压力指数的影响 Tab.2 Effect of RDX on pressure exponent of azidonitramine gun propellant

从表 2可知，含RDX的叠氮硝胺发射药与均质叠氮硝胺发射药燃烧特点明显不同，在低压及中压段(40~80 MPa、80~120 MPa)，RDX引入使叠氮硝胺发射药压力指数增大，在低压段DAR15、DAR25发射药相比DA3发射药压力指数分别增加7.3%、11.0%；在中压段DAR15、DAR25发射药相比DA3发射药压力指数分别增加1.7%、5.0%，随RDX含量的增加，发射药压力指数增大比例越大；在高压段(120~p_dpm)，RDX引入使叠氮硝胺发射药压力指数减小，DAR15、DAR25发射药相比DA3发射药压力指数分别减小2.9%、5.6%，随RDX含量的增加，发射药压力指数减小比例越大；从整个压力段(40~p_dpm)得出的燃速压力指数平均值来看，RDX引入使叠氮硝胺发射药压力指数升高，随RDX含量增加变化比例越大。

发射药燃速压力指数的变化与发射药的燃烧性能密切相关，进一步分析其燃速压力关系及燃气生成规律可发现，RDX的引入有利于降低叠氮硝胺发射药起始燃速及燃气生成猛度。图 2为密闭爆发器实验处理的燃速与压力的对数曲线，分析其燃速压力关系可知，RDX的加入降低了叠氮硝胺发射药的起始燃速，低压下DAR15、DAR25发射药燃速低于DA3发射药，随压力的升高DAR15、DAR25发射药的燃速增长比DA3药快，在高压阶段DAR15、DAR25发射药燃速高于DA3发射药，随RDX含量增加低压下燃速降低越多，高压下燃速升高越快。图 3为密闭爆发器实验处理的Γ-Ψ曲线(Γ为气体生成猛度，是标志火药燃烧规律的函数；Ψ为火药燃烧掉的百分数)。分析图 3可发现，RDX的引入降低了叠氮硝胺发射药起始燃气生成猛度，提高了其燃烧渐增性，随RDX增加其燃烧渐增性越明显。RDX的引入改善了均质叠氮硝胺发射药由于燃速高、起始燃气生成猛度大而导致的装药安全性差的缺陷，可提高其装药安全性。

图 2(Fig. 2)

图 2 三种发射药的lnu-lnp曲线 Fig.2 lnu vs lnp curves of gun propellants

图 3(Fig. 3)

图 3 三种发射药的Γ-Ψ曲线 Fig.3 Γ vs Ψ curves of gun propellants

结合上述结果，分析认为：在发射药的实际燃烧过程中，其燃烧表面首先发生热分解反应，在点火燃烧初期，产生的压力较低，含RDX的叠氮硝胺发射药中RDX需要熔融吸热后分解气化，从而降低了发射药低压下的分解速率；随着压力升高，RDX很快完成熔融分解过程，其初始的吸热过程减弱乃至消失，由于RDX引入提高了均质药的能量，导致含RDX叠氮硝胺发射药在高压下燃速高于均质药；发射药中RDX含量越大，其低压下熔融吸热就越多，发射药分解速率就越慢，燃速就越低；RDX含量越多发射药能量就越高，其高压下分解速率就越快，燃速就越高。

(1) 含RDX的叠氮硝胺发射药的热分解分为两个阶段，第一阶段主要是NC、DIANP及NG混合物的热分解，第二阶段主要是RDX的热分解，随着RDX含量增加，第一阶段的热分解放热量减少，第二阶段的热分解放热量增加。

(2) 含RDX的叠氮硝胺发射药相比均质基体药，在中、低压段(40~120 MPa)压力指数升高，在高压段(120 MPa~p_dpm)压力指数减小，随RDX含量的增加，压力指数变化比例越大。

(3) 含RDX叠氮硝胺发射药燃速压力指数的变化反映在其燃烧特点上就是，RDX的引入降低了叠氮硝胺发射药的起始燃速及起始燃气生成猛度，提高了其燃烧渐增性，改善了均质叠氮硝胺发射药由于燃速高、起始燃气生成猛度大而导致的装药安全性差的缺陷，提高了其装药安全性。