军用含能材料：武器发挥作战效能的关键，以第二代为主力、第三代走向量产

•含能材料是在一定外界刺激条件下，能够自持地进行快速放热化学反应的化学组成物，通常指火药、炸药和烟火药。目前，含能材料的发展经历了4代，第一代以1863年合成的梯恩梯（TNT）为标志，并从此以TNT当量为标准来表征含能材料的爆炸性能和弹药战斗部的毁伤威力；第二代以黑索金、奥克托今为典型代表，单位体积的化学能约为TNT的1.4-1.6倍；第三代以CL-20、DNTF等为典型代表，单位体积化学能约为TNT的1.7-1.9倍；第四代以化学合成方式制备的离子型全氮化合物、共价型全氮化合物和配套的新型氧化剂等组成。•炸药按照组成，可以分为单质炸药和混合炸药两大类。单质炸药中，梯恩梯（TNT）、黑索金（RDX）、奥克托今（HMX）是目前国外主要应用的三大单质炸药。混合炸药是指由两种或两种以上的物质组成的炸药，在常规武器的基本装药中，以黑索今为基的混合炸药是国内外发展的重点。20世纪80年代，美国投入巨资，完成了生产工艺的技术改造和炸药生产能力的拓展，使3种主要炸药的生产能力分别达到：TNT 33万吨，RDX 21万吨，HMX 2.8万吨。从需求端看，现代战争对弹药需求量依然巨大，俄乌战争已成“弹药消耗战”，2025年，军事专家王云飞表示，乌军每日消耗5000-6700发炮弹，若要压制俄军火力，每天需要炮弹至1万发。•含能材料供应商集中，“人机黑”改造需求迫切。国内含能材料供应商包括广东宏大、甘肃银光、庆阳化工等，国泰集团全资孙公司九江国泰也将建成3000-4300吨（多品种柔性）含能材料生产线，进入含能材料供应领域。含能材料生产过程中的硝化反应向有机化合物分子中引入硝基（-NO2），该反应过程普遍放热量较大，危险性较髙。从历史上看，高能量爆炸性物质的爆炸事故己经发生过多起，这些事故多发生在生产/运输及储存过程。2022年9月13日，中国兵器工业集团公司召开“人机隔离、机器换人、黑灯工厂”工作动员部署会。2024年9月，根据中国兵器工业集团新闻，公司紧前推进主战主用产品能力建设，稳步推动“人机隔离、机器换人、黑灯工厂”专项任务，35条黑灯产线开工建设，全面增强武器装备产业链供应链韧性和安全保供水平。•相关上市公司包括：含能材料厂商：广东宏大、国泰集团；硝化棉厂商：北化股份；“人机黑”改造及产线相关企业：佰奥智能、金奥博；推进剂、火工品厂商：长城军工、国科军工、新余国科等。•风险提示：市场需求不及预期；产能建设、达产不及预期；市场竞争加剧；原材料价格波动等。投资要点请参阅附注免责声明 含能材料：包括火药、起爆药、猛炸药等多种类型一需求：黑索金为混合炸药重要组成二相关上市公司四风险提示五供给：供应商集中，“人机黑”改造需求迫切三 目录 44含能材料：包括火药、起爆药、猛炸药等多种类型1.1含能材料包括火药、起爆药、猛炸药等多种类型1.2起爆药：外力激发和炸药引爆的桥梁1.3火药：通过燃烧产物快速扩散来达到驱动的效果1.4猛炸药：可以分为单质炸药和混合炸药两大类 一、含能材料：包括火药、起爆药、猛炸药等多种类型资料来源：陕西省国生商会，中邮证券研究所请参阅附注免责声明◼1.1含能材料包括火药、起爆药、猛炸药等多种类型•国军标GJB5720-2006定义含能材料是在一定外界刺激条件下，能够自持地进行快速放热化学反应的化学组成物，通常指火药、炸药和烟火药。兵器科学技术学科认为含能材料是含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物，能够独立进行化学反应并输出能量的化合物或混合物，主要包括炸药（单质炸药、混合炸药）、发射药和固体推进剂。图表1：含能材料的种类分类代表性炸药主要特点起爆药雷汞、氮化铅、梯恩尔斯感度最灵敏，受轻微的撞击、摩擦或火花即能爆炸，极易由燃烧转为爆轰炸药高级黑索今、太恩、特屈儿威力最大、感度比起爆药小，容易由燃烧转为爆轰中级梯恩梯、梯黑炸药威力中等，感度通常也中等，能由燃烧转为爆轰低级硝铵炸药、乳化炸药威力较小，感度通常较迟钝，能由燃烧转为爆轰火药无烟火药（胶体火药）感度较灵敏，主要爆炸形式是燃烧，不易由燃烧转为爆轰有烟火药（黑火药）火焰感度、机械感度灵敏，爆炸形式是燃烧，能由燃烧转为爆轰烟火药照明剂、燃烧剂、发烟剂、信号剂感度一般迟钝，燃烧产生烟火，不易由燃烧转为爆轰 5用途装填雷管和火帽装填雷管、导爆索、特种弹药和配制混合炸药装填弹药、地雷、材料爆破，制作混合炸药用于土石爆破主要用作发射药用作延期药、导火索药芯等装填烟火器材 一、含能材料：包括火药、起爆药、猛炸药等多种类型资料来源：《含能材料发展的若干思考》-肖川等，中邮证券研究所请参阅附注免责声明◼1.1含能材料包括火药、起爆药、猛炸药等多种类型•含能材料发展源于中国古代发明的黑火药，推动武器和战争形态从冷兵器跨入热武器；起步于近代化学的蓬勃发展，1863年J.威尔勃兰德发明了TNT（梯恩梯），催生了现代枪炮弹药，1899年德国人亨宁发明了RDX（黑索金），有力推动了火箭、导弹等武器诞生，成为现代制导武器主用含能材料；1941年，德国科学家在RDX生产中发现了HMX（奥克托今），爆轰性能相比RDX有大幅提升；20世纪70年代后，随着安全弹药发展急需，陆续研制出TATB、LLM-105等耐热/不敏感化合物；1987年美国合成了CL-20，成为当前可批产的能量密度最高的含能化合物。图表2：含能材料发展的一些标志性事件时间事件备注1742年Glauber制备苦味酸染料意外爆炸1863年瑞典Nobel制造硝化甘油爆破工程应用1888年苦味酸用于英国弹药中，称为Liddite近代后膛炮弹1891年德国开始制造TNT现代弹药的起点1920年德国Herz制备RDX1943年德国Bechmann制备HMX综合性能最佳1987年美国尼尔森首次合成CL-201998年美国克里斯特团队合成出全球首个全氮正离子盐全氮含能材料研究的起点 6 一、含能材料：包括火药、起爆药、猛炸药等多种类型资料来源：科普中国，中邮证券研究所请参阅附注免责声明◼1.2起爆药：外力激发和炸药引爆的桥梁•起爆药是外力激发和炸药引爆的桥梁。起爆药的爆速较炸药低，但是燃烧转爆轰快。常规起爆药的爆速一般在2000m/s-5000m/s，而炸药的爆速一般在7000m/s-9000m/s。但起爆药燃烧转爆轰所需时间极短，一般只需要微秒或纳秒，即起爆药爆炸变化加速度的增长比猛炸药快得多。新型的起爆药更加强调安全可靠、环保无毒以及功能多样化，直接推动了先进火工品和现代高新武器的发展。1800年，英国人爱德华·霍华德公开了雷汞的制作方法和性质，作为第一种真正意义上的起爆药，应用延续至一战结束。缺点：安定性能相对较差、有剧毒，含雷汞的击发药易腐蚀炮膛和药筒。图表3：雷汞单质图表4：装药含叠氮化铅的电雷管1891年，T.Cuitius首先制得了叠氮化铅并逐渐推广至军事领域。至1946年，更安全，工艺性更好的糊精叠氮化铅已完全实现了多批号的大规模生产。至今，叠氮化铅基的起爆药仍是军民产品中运用最广泛的起爆药。➢1930年前后，苏联、德国等军事大国都开始正式生产斯蒂芬酸铅、四氮烯等无腐蚀无雷汞击发药；➢20世纪70年代以后，安全钝感性的起爆药迎来了新一轮的研发热，各无重金属的环保型药剂、激光雷管专用的高氯酸·四氨·双(5-硝基四唑)合钴(Ⅲ)（BNCP）及其改性物、冲击片雷管专用起爆药、粒度仅30nm的纳米击发药等各种新式起爆药先后出现，使先进火工品得以向更高的安全性和可靠性、微型集成化、信息智能化和数字化的方向发展。 7 一、含能材料：包括火药、起爆药、猛炸药等多种类型资料来源：科普中国，中邮证券研究所请参阅附注免责声明◼1.3火药：通过燃烧产物快速扩散来达到驱动的效果•火药是通过燃烧产物快速扩散来达到驱动的效果。火药的化学反应速率较炸药低，相比于炸药动辄数千米每秒的推进速度，火药的反应速度一般在数十米到数百米每秒。这也决定了炸药是通过冲击波迅速膨胀达到破坏效应，而火药是通过燃烧产物快速扩散来达到驱动的效果。在十九世纪以前，黑火药是唯一的一种火药；十九世纪中叶，瑞士化学家舍恩拜无意中发现，普通的棉花纤维经硝酸硝化之后就拥有了像黑火药一样的快速燃烧性，经典火药“硝化纤维”就此诞生。•经过多位科学家的改良，“单基药”这种全新的无烟火药逐步解决了安全性较差，不便于成型等问题，并在第一次世界大战中取代了传统黑火药。战争的需求进一步推动了火药的发展，加入硝化甘油的“双基药”、加入硝基胍的“三基药”等材料诞生，使火药种类更加丰富，燃速、爆容等综合性能更优异的火药逐渐登上历史舞台，同时人们又通过改变发射药的形状和内部结构以进一步提升发射药的燃烧性能。•目前，在许多口径的枪械和火炮中，仍以各种粒装、管状或片状的硝化棉系单、双基发射药作为发射动力源。 8 一、含能材料：包括火药、起爆药、猛炸药等多种类型资料来源：科普中国，中邮证券研究所请参阅附注免责声明◼1.4猛炸药：可以分为单质炸药和混合炸药两大类•猛炸药与其他的含能材料相比，最大的特征为爆炸的主要形式是爆轰，一旦被起爆，就会产生较高的爆速和强烈的破坏威力；另一方面，猛炸药的感度一般较低，在日常的振动和轻微碰撞时，均能保持稳定，使用时，通常需要借助起爆药的作用才能激发爆轰。•炸药按照组成，可以分为单质炸药和混合炸药两大类。单质炸药的分子内有特殊的分子基团，具有不稳定性，在外界一定的热能和机械能的刺激下即可分解，引起爆炸反应。例如三硝基甲苯（TNT）、三硝基苯酚（苦味酸）、三硝基苯甲硝铵（特屈儿）、环三亚甲基三硝铵（黑索金）等都是具有一个或多个硝基的化合物。单质炸药在多数情况下不能同时满足功能性、工艺性、安全性等各项指标，往往在单质炸药中加入其它添加剂以提高炸药的综合性能。➢二战以后，混合炸药的主体仍是TNT、黑索金、奥克托今等，但由于颗粒造型、表面处理、分子调整等技术的发展，以上述传统炸药为基体的新型混合炸药不断出现。图表5：装有黑梯铝混合炸药的炮弹 9 一、含能材料：包括火药、起爆药、猛炸药等多种类型资料来源：《含能材料发展的若干思考》-肖川等，中邮证券研究所请参阅附注免责声明◼1.4猛炸药：可以分为单质炸药和混合炸药两大类•含能材料的发展经历了4代，目前以第二代应用最为广泛。➢第一代：以1863年合成的TNT为标志，并从此以TNT当量为标准来表征含能材料的爆炸性能和弹药战斗部的毁伤威力；➢第二代：以RDX、HMX为典型代表，单位体积的化学能约为TNT的1.4-1.6倍，以其为主要成分的炸药装药密度一般不小于1.65g/cm3；➢第三代：以CL-20、DNTF等为典型代表，单位体积化学能约为TNT的1.7-1.9倍，以其为主要成分的炸药装药密度一般不小于1.9g/cm3；➢第四代：以化学合成方式制备的离子型全氮化合物、共价型全氮化合物和配套的新型氧化剂等组成。其中，离子型化合物以NA5、NC5等为典型代表，共价型化合物以链式氮化物如NL8、NL11等为典型代表，新型氧化剂则以OFN、ODC等为典型代表。其能量主要源于氮-氮键能，能量释放方式发生了重大变化，火炸药应用后的装药密度预计不小于2.0g/cm3。 10 需求：黑索金为混合炸药重要组成2.1 TNT、黑索金、奥克托今是三大主要单质炸药2.2混合炸药：RDX为重要组成2.3需求：现代战争对弹药需求量依然巨大 二、火炸药的需求资料来源：《黑索今的合成及驱酸过程研究》-李婷婷，《熔铸载体炸药的研究进展》-陈方等，《黑索今工业生产技术进展》-米向超等，中邮证券研究所请参阅附注免责声明◼2.1 TNT、黑索金、奥克托今是三大主要单质炸药•目前已知的含能材料主要是以-NO2奥克托今（HMX）是目前国外主要应用的三大单质炸药。20世纪80年代，美国投入巨资，完成了生产工艺的技术改造和炸药生产能力的拓展，使3种主要炸药的生产能力分别达到：TNT 33万吨，RDX 21万吨，HMX 2.8万吨。•梯恩梯（TNT）化学名称为三硝基甲苯，于1863年首次合成，熔点80.8℃，密度1.64g/cm3，爆速6940m/s，爆压19GPa，