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一、研制背景：

1.1 起爆药简介

起爆药是含能材料的一个类别，其既具有猛炸药的某些性能，又与猛炸药有着大量的不同点。因此，要在猛炸药和起爆药之间划一明确的界线是不容易的。有些起爆药如二硝基重氮酚本来就是一种猛炸药，而太安又是一种在特定条件下具有起爆药性质的敏感猛炸药。但是就起爆药本身具有的特性而言，则可以认为：起爆药具有较快的DDT（燃烧转爆轰时间），爆轰成长阶段具有较高的爆速加速度，有着较高的起爆能力，对于简单的微小初始能量较为敏感以及大多数起爆药属于生成热为负值的吸热化合物。这几个方面构成起爆药区别于猛炸药的特殊本质。

按组成成分，起爆药又可分为单质起爆药和混合起爆药，其中单质起爆药指单一成分的起爆药，其分子中含有特征爆炸基团或敏感的含能基团；而混合起爆药是由几种成分通过干混、湿混、共沉淀包覆等方法而制成的一大类起爆药，有的是由两种以上单质起爆药或单质起爆药与非爆炸性物质组成，有的则全由爆炸性物质组成。

1.2 现有起爆药缺陷

历史上出现了许多种类的起爆药，如雷酸盐类：MF、SF；有机过氧化物类：TATP、HMTD；配合物类：NiCP、BNCP、NHN、NH4CuNT；叠氮盐类：LA、SA；以及共晶/共沉淀的D·S、K·D等。

上述起爆药均存在一些明显且难以解决的性能缺陷，如感度高、安定性差、毒性大、制备复杂、起爆性能差、成本高等。其中起爆性能-安全性-工艺简便程度是贯穿整个含能材料发展的主要矛盾，三者难以调和。要么牺牲起爆性能，如民爆行业选择NHN，要么工艺极度复杂，如合成时长超过10h的NH4CuNT、BNCP等，而牺牲安全性能是绝对不可接受的，在此不过多赘述。

1.3 研制历程

本文共同作者dracula1429（下称D版）和哈哈哈哈哈士奇（下称哈士奇）关于新型起爆药体系的研究始于2018年中旬，D版在论坛发表了：https://www.kechuang.org/t/82795 文章，帖子内对于三乙烯二胺·铵·三高氯酸盐（下称SA）的燃爆性能做了较为详细的测试和理论分析。之后，哈士奇在与D版的交流中提出，现有起爆药主要以开发单质起爆药为主，而结构相对简单的单质起爆药，前人之述备矣，开发新的复杂结构对于工艺要求又是一个难题，是否能以SY、SA共晶起爆药为例，将两种或多种非起爆药含能材料以共晶等方法形成致密结构，达到1+1＞2的效果，即分子间起爆药。由此二人一拍即合，并进行了相关前期工作的调研。

而后，在2018年8月，二人共同参与了科创论坛北京年会，借此将分子间起爆药的构想和设计思路公开，并集思广益补充了相关细节，提出了以下概念。

（1）分子间炸药是由氧化剂组分和可燃剂组分在分子层面均匀混合而成的炸药，其爆轰反应在可燃剂与氧化剂（或两项）的分子间进行，它的爆轰反应速度能达到理论计算值，克服了混合炸药反应界面较厚的问题，可在能量水平、安全性及成本三方面实现较好的平衡，使混合炸药具有较佳的综合性能。

分子间起爆药是将分子间炸药与起爆药概念结合的产物，是一种将氧化、还原类高能化合物以分子水平相结合，利用其巨大的接触面积，使其获得起爆药性质的特殊混合物。

（2）其概念区别与一般的K-D、D-S等共晶/共沉淀起爆药，后者的混合体系中本身具有一种或多种单质起爆药，而分子间起爆药是利用两种或更多的非起爆药类高能化合物通过氢键、Π-Π堆叠、卤键、范德华力等，进行分子层面结合而获得起爆药性质的体系。

年会之后，二人便开始各自进行相关实验，相关数据互通有无，D版工作内容为原理分析、筛选合成和性能测试，哈士奇工作内容为筛选合成，实验过程中不乏一些性质有趣的产物，最终在2018年11月，筛选出一款集高能钝感、绿色环保、工艺简便和成本低廉为一体的起爆药：六亚甲基四胺·铵·三高氯酸盐，缩写为WA或AHP。

1.4 WA性能

中文名称：六亚甲基四胺 · 铵 · 三高氯酸盐（乌洛托品 · 铵 · 三高氯酸盐）

英文名称：Ammonium Hexamethylenetetramine  Triperchlorate

缩写：WA、LAG、AHTP、AHP等

化学式：C6H14N4 · NH4 · （ClO4）3       C6H18N5Cl3O12

外观：无色晶体

密度：1.858g/cm3 *

熔点：185℃（分解）

生成焓：-573.77kJ/mol *

爆速：8540m/s *

爆热：5240kJ/kg *

爆压：33GPa *

爆容：745L/kg *

溶解性：微溶

极限药量：对RDX约70mg

撞击感度：类似RDX

摩擦感度：类似RDX

注：带 * 为计算值。

二 合成部分

三 测试与表征

3.1 起爆性质验证

通过对周围介质的毁伤程度判断特定条件下的WA是否能完成DDT，并以此验证作为其是否能作为起爆药的验证。

（1）将WA手压至Ф12*7.5的不锈钢管内，以电桥丝引燃，根据壳体碎片判断发生爆轰；

（2）取100mg的WA手压入Ф8*6的6061铝合金管内以电桥丝引燃，根据壳体碎片判断发生爆轰；

（3）将WA手压入Ф7.5*5.5的塑料管内以电桥丝引燃，根据壳体碎片判断发生爆轰；

（4）将WA手压入4.5*2.5mm的塑料管内以电桥丝引燃，根据壳体碎片判断发生爆轰；

（5）将WA手压入Ф7.5*5.5的塑料管内以导火索引燃，根据壳体碎片判断发生仅发生爆燃；

（6）将WA手压入Ф8*6的6061铝合金管内以导火索引燃，堵头被喷出，WA未完全燃烧；

（7）使用三层铝箔对100mg的WA进行弱约束，置于明火上持续加热，WA仅发生燃烧。

测试表明WA可在较小的直径和较弱的约束下形成DDT，展现了起爆药的最基础性质。但又有别于传统起爆药易于DDT的性质，安全性较好。

 图3 由爆轰产生的典型壳体碎片

3.2 爆炸性能验证

在Ф8*6的6061铝合金管内压入1.05g的测试药剂，装药密度1.58g/cm3，而后装入300mg松装SA作为起爆药，以10*30*40mm的6061铝合金排作为SSRT验证板，测试结果见下表。

测试表明WA具有优秀的爆轰性能，接近现役典型高能材料RDX的能量水平。

3.3 抗压死性能

将410mg的WA压入Ф8*6的6061铝合金管中，装药密度1.68g/cm3。抖入微量WA作为点火药，经桥丝点火后堵头被顶起约0.5cm，高密度WA未能爆轰；抖入微量NHN作为点火药，经桥丝点火后堵头被顶起约0.5cm，高密度WA未能爆轰。

装入300mg的SA作为起爆药，经桥丝点火后WA发生爆轰，但在2mm厚不锈钢验证板上仅留下凹痕，背面无崩落，推测发生了极弱的爆轰。

测试表明WA在压到较高密度后丧失了起爆药的一系列特性且底部输出能力会剧烈衰减，使用中存在最佳密度区间。

3.4 吸湿性测试

将WA置于冬季室内环境两个月后，没有观察到吸湿性。

将1000mg的WA置于温度25℃、湿度60%的环境中24h，增重0.0021g，吸湿率0.21%。

测试表明WA相较于其他高氯酸盐其吸湿性极低，应用时不需要过多的防潮措施。

3.5 金属相容性测试

将铁、铜、铅、铝、6061铝合金埋入WA中，三天后铁腐蚀严重，铜、铅、铝与6061铝合金表面依然有光泽；3个月后铅表面发灰，铜、铝与6061铝合金表面依然有光泽；1年后铜表面发黑，铝与6061铝合金表面依然有光泽；4年后铜表面发黑未进一步腐蚀，铝与6061铝合金表面依然有光泽。

    测试表明WA与铝及6061铝合金相容性极佳，与铜的相容性需进一步探讨，使用时应避免与铁质器具接触。

3.6  热安定性部分

按GJB5891.13-2006火工品药剂试验方法第13部分方法，称取1.9999g和2.0001g的WA试样，75度鼓风加热48h后，均失重0.0007g，失重率0.035%。加热后外观性状无肉眼可见变化。

150℃鼓风加热3h后无变色；熔点185度，熔化时颜色变为黄色开始分解，持续分解后颜色加深，最终变为黑色粘稠油状液体，冷却后黑色粘稠油状液体凝固且点燃后出现喷射状火焰。

   测试表明WA在熔点以下有着较好的热安定性，达到熔点后则会快速分解。

3.7  感度测试

3.7.1  撞击感度

自制740g落锤，撞击截面直径7mm，测得药剂感度如下表

测试结果表明，WA作为起爆药具有极低的撞击感度，其撞击感度接近RDX，且在撞击激发下极难爆炸，是一种非常安全的起爆药。

3.7.2  火焰感度

待更新

3.7.3  静电感度

待更新

3.8 极限药量 

无加强帽存在下，WA对100MPa压力下RDX（黑索金）极限起爆药量为80mg，如按照GJB 5891.19-2006标准进行的起爆药极限起爆药量测定中，使用49MPa、加强帽、LTNR点火状态下，推测WA对RDX极限药量可达70mg或更低。

3.9 结构验证

限于有限的硬件资源，无法进行单晶XRD来表征其具体结构，为验证该化合物为共晶，二人参考相关资料，提出了以下几点验证方案：

3.9.1 熔点差异

共晶化合物其物化性质区别于简单混合物，其晶体应具有单一的熔点，使用显微熔点仪以0.2℃/min速率升温，观察得到以下现象。

乌洛托品二高氯酸盐纯净物在166.5℃时熔化并分解，此时WA无熔化现象，温度升至185℃时，WA晶体自表面开始熔化，无不熔物。

3.9.2 晶型差异

对于晶体混合物，其粉末XRD图谱应显示有较多杂峰，而共晶物，其晶体均一，有较为纯净的特征峰。

 图4 WA粉末XRD衍射图谱

四 工业优势

1、 WA中所选用的两种用于合成共晶盐的化合物均属于含能材料，但是开放点燃时仅具有燃烧性质，较为安全，单独存在时无法作为起爆药使用，使用共晶手段达到极为致密的混合状态后，形成的共晶盐可以作为起爆药使用,且更为钝感和安全。

2、 WA不含重金属，生产、使用更加绿色环保。

3、 WA起爆药使用大宗化工原料，材料来源广泛，制造成本低，工艺简单，产率高，利于工业生产。

4、 WA在二次制备时可以采用上一次制备的反应溶液，即母液可以循环利用，并且由于所用反应溶剂为水，又在常温、浓（饱和）溶液下进行，在二次反应时，使用上一次的反应液，可以提高反应得率。母液经多次循环后产生有限废液，处理方便，对环境友好，生产上的优越性非常突出。

5、 WA起爆药在雷管壳体被人为改装/破坏或不使用制式雷管壳体时，难以作为引爆物使用，降低了意外流入民间后被不法分子利用的风险，增加了社会安全保障。

其他：

    在开发前期，二人讨论的内容越来越天马行空，从适用于爱好者，制备简单且安全，并且能替代HMTD的起爆药，到符合国内民爆行业现状的起爆药，再到对于起爆药新体系的探究......对于起爆药的指标越来越严格，摊子铺的越来越大，导致以二人精力和资源难以应对，很多预期设想没有实现，也留下一些遗憾，但从项目的出发点来看，成果远超预期。

作为一个起爆药，首先就要保证其应不易溶于水，在项目中期的设计合成阶段，二人以前期收集学习的离子键能、离子键长、晶体学、结合能等资料为理论基础，进行了一系列结构组合的合成尝试，但均以失败告终，十数种结构、体系不同的产物经验证全部非共晶，并且易溶于水，以至于二人怀疑这个路线是否存在本质缺陷；而后二人开始放飞自我，以个人经验开始了后续设计和制备。期间出现了诸如HEDC性能的起爆药、溶液中即可DDT的起爆药、含水20%仍可自持速燃的含能树脂等等“奇葩”材料，其中原理和性能，有待日后开发。

在开发的中期阶段，二人合成出一些具有起爆药性质的材料，但是都或多或少的存在一些缺陷，如感度过高、溶解度较高、制备困难等。其中文中所述的起爆药WA被合成后，较慢燃速不具有起爆药的典型特征，二人初期并未将其作为有价值的潜在材料进行下一步测试，而是将工作重心放在其他组合的制备上。不久之后，D版在摸底测试时，将WA进行了装管测试，结果发现其少量装药在强约束条件下方可DDT，并进行了更进一步的测试，收集到优秀的数据。由此，正式诞生了WA起爆药。

由3.8.1中可知，WA的组分之一，乌洛托品二高氯酸盐纯净物在166.5℃时熔化并分解，此时可观察到其颜色逐渐变黄，表面产生白雾，并生成刺激性气体甲醛，而WA在185℃才会出现上述现象，可由以下原理解释：

AP中的铵根离子能够有效的抑制乌洛托品的分解。乌洛托品在酸性条件下分解为NH4+和甲醛，该过程为可逆过程，在体系中引入NH4+，可将平衡向左移动，从而抑制乌洛托品的分解。

作为对照，同为共晶盐的乌洛托品-肼高氯酸盐共晶化合物在55℃时变色分解，证明高氯酸铵中铵离子的引入可在化学动力学上有效抑制乌洛托品盐的分解。

WA生产工艺流程图

由于开发日期较早，至今已近6年，期间又出现一些不可抗力因素，该物质二人选择最近公布，很多早期数据因为载体损坏等原因现已无法查证，故本贴内容有部分缺失或模糊描述，二人如果能在日后“复活”资料载体，将更新补充本帖内容。

感谢坛友在下松田诚一 uid: 87229，对文中粉末XRD实验的无偿支持。