[科普中国]-均质火药

火药，在外界能量作用下能迅速燃烧，产生大量高温气体的能源材料。在特定条件下火药能发生爆轰。最古老的火药为黑火药，是中国古代四大发明之一，由硝酸钾、硫磺、木炭混合组成，当今仍在广泛应用。现代火药品种很多，组成复杂，通常由粘结剂、氧化剂、燃料和固化剂、防老剂、安定剂、燃速调节剂等添加组分组成。

火药按物理结构分为均质火药和异质火药。均质火药各组分溶解塑化为单相体，如单基和双基发射药即为均质火药。

简介这一类火药是以硝化纤维素为基础的火药。它是由硝化纤维素、溶剂、化学安定剂等主要成分所组成。

硝化纤维素与溶剂作用，经溶解塑化、压实和成型等工艺制成结构均匀、密度较大并具有一定燃烧规律特生的火药。成品中只含硝化纤维素一种能量成分的称为单基药，以硝化纤维素和硝化甘油两种能量成分的火药称为双基药；以硝化纤维素、硝化甘油或再加上另一种能量组分（如，硝基胍、吉纳等）的火药，称为三基药或多基药。

硝化纤维素通常指的是硝化棉，亦即棉纤维素经硝化而得到棉纤维硝酸酯。此外，也有用木纤维素硝酸酯做火药的。1

分类及组成单基火药单基火药简称单基药。单基药中含有硝化纤维素（1号和2号混合硝化棉）90%以上，故俗称硝化纤维素火药。是用醇-醚混合溶剂塑化硝化纤维素而制得。使硝化纤维素质量均匀，结构致密，是现在枪和炮大量使用的火药。由于用的是挥发性溶剂，亦称为易挥发性溶剂火药。制成火药成品后，易挥发性溶剂就是多余的了，必须驱除。单基药时联周是在贮存过程中残留的溶剂会逐渐挥发，易引起弹道性能发生变化。制出的药粒收缩率大，药粒不易规则，所以，常用石墨进行光泽，以增加火药的假密度、光滑性和导电性。

以硝化纤维素为唯一能量组成的火药称为单基火药，单基火药的主要成分有：

①硝化纤维素：硝化纤维素是纤维素经过硝化反应后制成的纤维素硝酸酯，它是这类火药的主要成分，通常占90%以上，也是这类火药提供能量的唯一成分。

②化学安定剂：火药在长期储存过程中，硝化纤维素会自动分解，加入化学安定剂后，可以减缓或抑制这种分解反应的进行，从而提高火药的化学安定性。单基火药中常用的安定剂是二苯胺。

③消焰剂：消焰剂加入后，可以减少武器发射后二次火焰的生成。常用的消焰剂有硝酸钾、碳酸钾、硫酸钾、草酸钾及树脂等。

④降温剂：降温剂的加入使火药燃烧温度降低，以减少高温对枪膛、炮膛的烧蚀作用。常用的降温剂有二硝基甲苯、樟脑和地蜡等。

⑤钝感剂：加入钝感剂的作用是控制火药的燃烧速度由表及里逐渐增加，达到所谓的渐猛性燃烧特性，从而改进火药内弹道性能，使初速增加或膛压降低。单基火药常用的钝感剂为樟脑。

⑥光泽剂：为了提高火药的流散性，使火药便于装药以及在药筒内提高其装填密度，并且减小静电积聚的危险，加入了光泽剂。通常的光泽剂是石墨。

关于单基药中的其它组分，如钝感剂、消焰剂和降温剂等都依不同的要求而具体规定。

制造单基药的周期较长。单基药在炮膛内燃烧时腐蚀性较低。2

双基火药双基火药简称双基药。它主要是由硝化纤维素、硝化甘油等组成。硝化纤维索经硝化甘油溶解塑化而制造结构均匀的火药。硝化甘油是能量成分，同时它又是难于挥发的溶剂，故亦称为难挥发性容剂火药。

以硝化纤维素和硝化甘油（或硝化二乙二醇或其他含能增塑剂）为主要成分的火药称为双基火药，其主要成分是：

①硝化纤维素：这是双基火药的能量成分之一，通常用34硝化棉，其含氮量为11.8%～12.1%（通称弱棉），因其在硝化甘油中较易溶解，药料塑化质量好，易制成均匀性良好的火药。

②主溶剂（增塑剂）：它起溶解（增塑）硝化纤维素的作用，同时也是双基药的另一能量组成，常用的主溶剂有硝化甘油、硝化二乙二醇等。

③助溶剂（或称辅助增塑剂）：它的作用是增加硝化纤维素在主溶剂中的溶解度，常用的助溶剂有二硝基甲苯、苯二甲酸类、二乙醇硝胺二硝酸酯（通常称吉纳）等。

④化学安定剂：它是起减缓或抑制硝化纤维素及硝化甘油缓慢热分解的作用，双基火药中一般用中定剂而不是用二苯胺，因为二苯胺碱性较强，能使硝化甘油皂化。

⑤其他附加剂：其中有为改进工艺性能而加入的工艺附加剂（如凡士林），有为改善火药燃烧性能而加入的燃烧催化剂和燃烧稳定剂（如氧化铅、氧化镁、氧化铜、氧化铁、苯二甲酸铅、碳化钙等），消焰剂（如硫酸钾），钝感剂（如樟脑、二硝基甲苯、树脂、苯二甲酸二丁酯等），以及为提高火药导电性能和火药粒的流散性而加入的少量石墨。

如果使用氮量高的硝化纤维素（俗称强棉）与硝化甘油做双基药，需要借助挥发性溶剂完成制造过程，此药称为柯达型火药。

氨量低的硝化纤维素（俗称羽棉）与硝化甘油制成的火药称为巴利斯太型火药。这种火药制造简单且制造周期短，能量较大，药粒较规整，弹道性能变化小；但对炮膛烧蚀性大。它广泛地应用于各种枪和炮以及火箭、导弹装药中。2

三基或多基药硝化二乙二醇是最早加入到双基药中，它部分地或全部代替硝化甘油，以改善双基药对火炮的烧蚀性。所谓“G”火药就是这类火药，它的燃烧速度和热量均低。此外，还可将硝基胍加入到双基药中。所谓有基胍火药（亦称顾多火药）就是含有硝基胍的双基药，

这种火药随硝基胍含量增多而机械性也逐渐变坏。1

均质火药的加工性质均质火药中的高分子化合物主要是硝化纤维素，它是一种高分子炸药，常温时处于玻璃态，温度升高时可以分解但不熔融粘流，故它只能以溶剂或增塑剂溶塑成为可粘流的药料方可进行成型加工。

1、硝化纤维素的溶解与增塑

硝化纤维素的溶解与增塑服从聚合物溶解与增塑的一般规律。

实验证明，硝化纤维素在溶剂中的溶解是自动进行的；溶液的浓度不随时间变化；溶液是均一相的与热力学稳定体系。因此，可以用热力学判据判断硝化纤维素与溶剂及增塑剂的相溶性。

由热力学可知，在恒压下，自发进行的等温过程，溶解体系的自由能ΔG应该降低，即

ΔG=ΔH -TΔS