ポリマー結合爆薬

ポリマー結合爆薬は、 PBXまたはプラスチック結合爆薬とも呼ばれ、少量 (通常、重量の 5 ～ 10%) の合成ポリマーを使用して爆薬粉末をマトリックスで結合した爆薬です。PBXは通常、鋳造物に溶けにくい爆薬や、成形が難しい爆薬に使用されます。

PBXは、1952年にロスアラモス国立研究所で、ジイソオクチルフタレート（DEHP）可塑剤を含むポリスチレンに埋め込まれたRDXとして初めて開発されました。テフロンベースのバインダーを使用した HMX組成物は、1960年代と1970年代に砲弾やアポロ月面実験パッケージ（ALSEP）地震実験用に開発されましたが、^[1]後者の実験では通常、ヘキサニトロスチルベン（HNS）が使用されたとされています。^[2]

潜在的な利点

ポリマー結合爆薬にはいくつかの潜在的な利点があります。

ポリマーマトリックスがエラストマー（ゴム状材料）である場合、衝撃を吸収する傾向があるため、PBX は偶発的な爆発に対して非常に鈍感になり、鈍感な兵器に最適です。
硬質ポリマーを使用すると、非常に剛性が高く、厳しいストレス下でも正確なエンジニアリング形状を維持する PBX を製造できます。
PBX 粉末は室温で希望の形状にプレスできます。鋳造には通常、爆発物を危険にさらして溶かす作業が必要です。高圧プレスにより、ベース爆発物の理論上の結晶密度に非常に近い密度の材料を実現できます。
多くのPBXは機械加工しても安全で、固体ブロックを複雑な3次元形状に加工することができます。たとえば、 PBXのビレットは旋盤やCNCマシンで正確に成形できます。この技術は、現代の核兵器に必要な爆発レンズの機械加工に使用されています。 ^[3]

バインダー

フッ素ポリマー

フッ素ポリマーは、密度が高く（高い爆発速度をもたらす）、化学的に不活性（長期保存性と低老化をもたらす）であるため、結合剤として有利である。ガラス転移温度が室温以上であるため、やや脆い。このため、脆さが安全性に悪影響を及ぼさない低感度爆薬（例： TATB ）にのみ使用が制限される。また、加工が難しい。^[4]

エラストマー

エラストマーは、 HMXのような機械的に敏感な爆発物と一緒に使用する必要があります。マトリックスの弾性により、バルク材料の衝撃や摩擦に対する感度が低下します。ガラス転移温度は、温度動作範囲の下限（通常は-55℃以下）よりも低くなるように選択されます。しかし、架橋ゴムポリマーは、主にフリーラジカルの作用と微量の水蒸気による結合の加水分解によって、老化に敏感です。エスタンやヒドロキシル末端ポリブタジエン（HTPB）などのゴムは、これらの用途に広く使用されています。シリコーンゴムや熱可塑性ポリウレタンも使用されています。^[4]

フッ素エラストマー（例：Viton）は、両方の利点を兼ね備えています。

エネルギーポリマー

エネルギーポリマー（例：ポリマーのニトロ誘導体またはアジド誘導体）は、不活性バインダーと比較して爆発力を高めるためのバインダーとして使用できます。エネルギー可塑剤も使用できます。可塑剤を添加すると、爆発物の感度が低下し、加工性が向上します。^[1]

侮辱（爆発の潜在的な抑制要因）

爆発力は、機械的負荷の導入や温度の適用によって影響を受ける可能性があり、このような損傷は損傷と呼ばれます。低温での爆発物の熱損傷のメカニズムは主に熱機械的であり、高温では主に熱化学的です。

熱機械

熱機械メカニズムには、熱膨張による応力（熱勾配が関係する傾向があるため、熱膨張差）、成分の融解/凍結または昇華/凝縮、および結晶の相転移（たとえば、175 °C での HMX のベータ相からデルタ相への転移は、体積に大きな変化を伴い、結晶に広範囲にわたる亀裂を引き起こします）が含まれます。

熱化学

熱化学的変化には、爆薬と結合剤の分解、結合剤が軟化または溶融して強度が低下すること、または温度上昇によりポリマー鎖が架橋されて結合剤が硬化することなどがある。また、変化によって材料の多孔度が著しく変化することもあり、多孔度が増加する（結晶の破砕、成分の蒸発）か減少する（成分の溶融）かのいずれかである。結晶のサイズ分布も、例えばオストワルド熟成によって変化する可能性がある。熱化学的分解は、結晶の不均一性、例えば結晶成長領域間の粒内界面、結晶の損傷部分、または異なる材料（結晶/結合剤など）の界面から発生し始める。結晶に欠陥（亀裂、空隙、溶媒の混入など）があると、爆薬の機械的衝撃に対する感受性が増加する可能性がある。^[4]

PBXの例

参考文献

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