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Polymer-bonded explosive

Polymer-bonded explosives , also called PBX or plastic-bonded explosives , are explosive materials in which explosive powder is bound together in a matrix using small quantities...

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Polymer-bonded explosives, also called PBX or plastic-bonded explosives, are explosive materials in which explosive powder is bound together in a matrix using small quantities (typically 5–10% by weight) of a synthetic polymer. PBXs are normally used for explosive materials that are not easily melted into a casting, or are otherwise difficult to form.

PBX was first developed in 1952 at Los Alamos National Laboratory, as RDX embedded in polystyrene with diisooctyl phthalate (DEHP) plasticizer. HMX compositions with teflon-based binders were developed in 1960s and 1970s for gun shells and for Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) seismic experiments,[1] although the latter experiments are usually cited as using hexanitrostilbene (HNS).[2]

Potential advantages

Polymer-bonded explosives have several potential advantages:

  • If the polymer matrix is an elastomer (rubbery material), it tends to absorb shocks, making the PBX very insensitive to accidental detonation, and thus ideal for insensitive munitions.
  • Hard polymers can produce PBX that is very rigid and maintains a precisely engineered shape even under severe stress.
  • PBX powders can be pressed into a desired shape at room temperature; casting normally requires hazardous melting of the explosive. High pressure pressing can achieve density for the material very close to the theoretical crystal density of the base explosive material.
  • Many PBXes are safe to machine; turning solid blocks into complex three-dimensional shapes. For example, a billet of PBX can be precisely shaped on a lathe or CNC machine. This technique is used to machine explosive lenses necessary for modern nuclear weapons.[3]

Binders

Fluoropolymers

Fluoropolymers are advantageous as binders due to their high density (yielding high detonation velocity) and inert chemical behavior (yielding long shelf stability and low aging). They are somewhat brittle, as their glass transition temperature is at room temperature or above. This limits their use to insensitive explosives (e.g. TATB) where the brittleness does not have detrimental effects on safety. They are also difficult to process.[4]

Elastomers

Los elastómeros deben utilizarse con explosivos más sensibles mecánicamente, como el HMX . La elasticidad de la matriz reduce la sensibilidad del material a los golpes y la fricción; su temperatura de transición vítrea se elige por debajo del límite inferior del rango de temperatura de trabajo (normalmente por debajo de -55  °C). Sin embargo, los polímeros de caucho reticulado son sensibles al envejecimiento, principalmente por la acción de radicales libres y por la hidrólisis de los enlaces por trazas de vapor de agua. Cauchos como el Estane o el polibutadieno con terminación hidroxilo (HTPB) se utilizan ampliamente para estas aplicaciones. También se utilizan cauchos de silicona y poliuretanos termoplásticos . [ 4 ]

Los fluoroelastómeros , como por ejemplo el Viton , combinan las ventajas de ambos.

Polímeros energéticos

Los polímeros energéticos (por ejemplo, derivados nitro o azido de polímeros) pueden utilizarse como aglutinantes para aumentar la potencia explosiva en comparación con los aglutinantes inertes. También pueden utilizarse plastificantes energéticos . La adición de un plastificante reduce la sensibilidad del explosivo y mejora su procesabilidad. [ 1 ]

Insultos (inhibidores potenciales de explosiones)

El rendimiento explosivo puede verse afectado por la aplicación de cargas mecánicas o de temperatura; estos daños se denominan agresiones térmicas . El mecanismo de una agresión térmica a bajas temperaturas en un explosivo es principalmente termomecánico, mientras que a temperaturas más elevadas es principalmente termoquímico.

Termomecánico

Los mecanismos termomecánicos implican tensiones debidas a la expansión térmica (en concreto, expansiones térmicas diferenciales, ya que suelen intervenir gradientes térmicos), fusión/congelación o sublimación/condensación de componentes y transiciones de fase de cristales (por ejemplo, la transición del HMX de la fase beta a la fase delta a 175  °C implica un gran cambio de volumen y provoca un agrietamiento extenso de sus cristales).

Termoquímico

Los cambios termoquímicos implican la descomposición de los explosivos y aglutinantes, la pérdida de resistencia del aglutinante al ablandarse o fundirse, o su endurecimiento si el aumento de temperatura provoca la reticulación de las cadenas poliméricas. Estos cambios también pueden alterar significativamente la porosidad del material, ya sea aumentándola (fractura de cristales, vaporización de componentes) o disminuyéndola (fusión de componentes). La distribución del tamaño de los cristales también puede modificarse, por ejemplo, mediante la maduración de Ostwald . La descomposición termoquímica comienza a producirse en las no homogeneidades de los cristales, como las interfaces intragranulares entre las zonas de crecimiento cristalino, en las partes dañadas de los cristales o en las interfaces de diferentes materiales (por ejemplo, cristal/aglutinante). La presencia de defectos en los cristales (grietas, huecos, inclusiones de disolvente, etc.) puede aumentar la sensibilidad del explosivo a los impactos mecánicos. [ 4 ]

Algunos ejemplos de centralitas telefónicas

References

  1. 1 2 Akhavan, Jacqueline (2004-01-01). La química de los explosivos (2.ª  ed.). Royal Society of Chemistry. ISBN 978-0-85404-640-9Archivado del original el 15 de febrero de 2023. Consultado el 13 de diciembre de 2021 .
  2. ↑ James R. Bates; WW Lauderdale; Harold Kernaghan (abril de 1979). "Informe de terminación del ALSEP (Paquete de experimentos de la superficie lunar del Apolo)" (pdf-8,81 mb) . Oficina de Información Científica y Técnica de la NASA. Archivado (PDF) del original el 13 de enero de 2010. Recuperado el 29 de junio de 2014 .
  3. 1 2 3 Carey Sublette (1999-02-20). "4.1.6.2.2.5 Explosivos" . 4. Ingeniería y diseño de armas nucleares: 4.1 Elementos del diseño de armas de fisión . Recuperado el 2010-02-08 .
  4. 1 2 3 4 5 6 Blaine Asay, ed. (2009). Iniciación de explosivos sin choque . Springer Berlin Heidelberg. ISBN 978-3-540-88089-9.
  5. ↑ Sweeney, Kevin P. (agosto de 2016). Municiones en miniatura: ¿Está el ejército estadounidense preparado para apoyar operaciones de combate importantes? (PDF) (Tesis). Air Command and Staff College, Air University. S2CID 115831591 . 
  6. ↑ Kolev, Stefan K.; Tsonev, Tsvetomir T. (2022). "Explosivo de explosión mejorada aluminizada basado en un aglutinante de polisiloxano" . Propellants, Explosives, Pyrotechnics . 47 (2). doi : 10.1002/prep.202100195 . S2CID 244902961 . 
  7. ↑ Patente estadounidense 6523477B1 , George W. Brooks y Eric E. Roach, "Ojiva penetradora insensible de rendimiento mejorado", emitida el 25 de febrero de 2003, asignada a Lockheed Martin Corporation . 
  8. ↑ Unidad de Detonación Abierta del Área Técnica 36 — SUPLEMENTO 2-1 Explosivos de Residuos Detonados en el Área Técnica 36 (PDF) (Informe). Septiembre de 1999. pág. 2. Archivado (PDF) del original el 1 de octubre de 2022. 
  9. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Área Técnica 36 Unidad de Detonación Abierta — SUPLEMENTO 2-1 Explosivos de Residuos Detonados en el Área Técnica 36 , ​​pág. 2.
  10. ↑ HK Otsuki; E Eagan-McNeill (mayo de 1997). Un plan para elaborar una evaluación de riesgos (Informe). Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. pág. 6. UCRL-JC-127467. Archivado del original el 29 de septiembre de 2022. 
  11. ↑ Sarah C. Chinn; Thomas S. Wilson; Robert S. Maxwell (marzo de 2006). "Análisis de la degradación inducida por radiación en fluoropolímeros FPC-461 mediante RMN multinuclear de temperatura variable" . Polymer Degradation and Stability . 91 (3): 541– 547. doi : 10.1016/j.polymdegradstab.2005.01.058 . Archivado del original el 17 de abril de 2022. Consultado el 9 de septiembre de 2019 .
  12. ↑ Anders W. Lundberg. "Los explosivos de alta potencia en la vigilancia de depósitos indican constancia" (PDF) . Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL). Archivado (PDF) del original el 10 de octubre de 2012. Consultado el 2 de marzo de 2014 .
  13. ↑ Cinética del envejecimiento de PBX 9404 Archivado el 11/02/2017 en Wayback Machine Alan K. Burnhamn; Laurence E. Fried. LLNL, Sin clasificar, 24/04/2007 (pdf)
  14. ↑ Janes (26 de julio de 2022), "Bombas de uso general Mk 80 (BLU-110/111/117/126/129)" , Armamento Janes: Lanzamiento aéreo , Coulsdon , Surrey : Jane's Group UK Limited , consultado el 29 de mayo de 2023.
  15. 1 2 3 Área técnica 36 Unidad de detonación abierta — SUPLEMENTO 2-1 Explosivos de desecho detonados en el área técnica 36 , ​​pág. 3.
  • Cooper, Paul W. Ingeniería de explosivos . Nueva York: Wiley-VCH, 1996. ISBN 0-471-18636-8.
  • Norris, Robert S., Hans M. Kristensen y Joshua Handler. "La familia de bombas B61" , http://thebulletin.org , The Bulletin of the Atomic Scientists , enero/febrero de 2003.