TATB基高聚物粘结炸药高温力学性能

为分析TATB基高聚物粘结炸药(PBX)在高温状态下的性能变化,对该高聚物粘结炸药在不同温度下的压缩性能、拉伸性能、蠕变性能及泊松比进行了测试,并采用扫描电子显微镜对其高温蠕变断面形貌进行了观察。结果表明,该高聚物粘结炸药的压缩强度、拉伸强度、抗蠕变持久应力及持久时间均随温度升高而降低,其泊松比随温度升高无明显变化; 在高温70 ℃、拉伸应力为3 MPa下,该PBX拉伸蠕变破坏模式主要为炸药颗粒与粘结剂脱粘,而在相同拉伸应力、温度为50 ℃和60 ℃下,其拉伸蠕变破坏模式还表现为炸药颗粒断裂。     

PBX压制过程中细观力学行为的二维数值模拟

应用圆形近似,建立了炸药颗粒随机分布的细观力学模型。进行了基于物质点法的奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)炸药压制过程中力学行为的数值模拟。重点分析了压制过程中体系的应力和温度的变化以及晶体颗粒的变形。模拟结果表明,压制过程可以分为整合和巩固两个阶段。在整合阶段,颗粒受到压力而重新排列,应力产生于颗粒与压缩面的接触部分,并形成了多条的应力链。应力链沿炸药颗粒间的接触面向上和向下传播,体系在受力的过程中温度逐渐升高,体系局部最大温升为10K。体系进入巩固阶段的塑性形变过程后,内部应力梯度减小,同时体系内部明显存在温差,最大温差为20K。     

热老化对TATB基高聚物粘结炸药力学性能的影响

对某TATB基高聚粘结炸药(PBX)进行了55～75℃加速老化试验,并对老化前后的样品进行了不同温度下压缩性能、拉伸性能和弯曲蠕变实验,用扫描电子显微镜对老化前后炸药高温拉伸断口形貌进行了观察。结果表明:长期高温贮存后,TATB基高聚物粘结炸药晶体与粘合剂仍具有良好的粘合界面,其模量、破坏强度、破坏应变和稳态蠕变速率等力学性能指标均未发生明显的变化。     

微纳米HMX基PBX力学、导热性能及药片撞击感度

为了研究微纳米尺度下颗粒尺寸对于炸药撞击感度的影响规律及作用机制,将三种奥克托今(HMX,粒径为100~300 nm,1~2μm,10~20μm)基高聚物粘接炸药(PBX)造型粉压制成表观密度分别为1.74 g·cm~(-3)与1.50 g·cm~(-3)的PBX样品,研究了HMX粒径与表观密度对PBX样品压缩力学性能、导热性能以及药片撞击感度的影响。使用扫描电镜观察了样品受落锤撞击前后的微观形貌,并通过自行设计的试验装置测试了落锤撞击加载过程中样品的受力情况。结果表明,PBX样品的压缩强度、压缩模量、导热系数及热扩散系数均随HMX粒径的减小而显著增大。在相同表观密度下,PBX样品的撞击感度随HMX粒径减小而明显降低;对于含同种粒径HMX的PBX样品,撞击感度随表观密度的增加而略微升高。撞击作用下HMX粒径较大的样品主要发生孔穴压缩与颗粒破碎,HMX粒径较小的样品主要发生颗粒层的剪切滑移。在相同撞击条件下,作用于试样力的峰值随表观密度的增大或粒径的减小而增大。认为炸药颗粒细化所带来的撞击感度降低是细化后炸药内部孔隙尺寸减小、孔隙结构均匀化程度提高以及导热性能提升等因素共同作用的结果。     

F2314粘结HMX的研究

分别用Ｆ２３１４、Ｆ２３１１粘结ＨＭＸ制作了两种ＰＢＸ造型粉,测定了造型粉的机械感变及其压制药柱的力学性能。结果表明,Ｆ２３１４对ＨＭＸ钝感效果略优于Ｆ２３１４,用Ｆ２３１４粘结ＨＭＸ的力学性能较好。     

固化温度对PBX炸药结构和力学性能的影响研究

PBX(高聚物粘结炸药)固化后的内部结构直接影响其安全性,影响PBX结构形成的外界因素成为控制PBX安全性的主要条件。本文研究了不同固化温度下PBX的粘结强度、压缩强度和微观结构。结果表明:固化温度从60℃逐渐增加至100℃时,分子量为1 500的HTPB的粘结强度从342k Pa降为280k Pa;分子量为2 800的HTPB的粘结强度从389k Pa降为310k Pa;分子量为3 400的HTPB的粘结强度从399k Pa降为352k Pa;分子量为4 000的HTPB的粘结强度从390k Pa降为354k Pa。在此温度区间内,随着温度的增加,固化后PBX沿径向的压缩强度梯度增加,PBX粘结剂出现鼓包和裂纹及固体颗粒的裸露现象。从PBX内部性能的均匀性和安全性考虑,选取固化温度为60℃的固化工艺。     

造型粉致密化成型中的密度演化规律研究(Ⅰ):加载曲线方程的构建

为了评价造型粉的可压性,以便经济高效地确定压制参数,开展了造型粉加载过程中的密度演化规律研究。首先以两种TATB基的PBX-A和PBX-B造型粉为研究对象,基于获得的三种压力下的常温载荷-位移数据,转换获取各自的压力-密度曲线;然后采用粉末冶金中的Kawakita方程和Gerdemann-Jablonski方程来分别构建两种造型粉的加载曲线方程;最后对两种方程的描述精度进行评估,分析其用于描述PBX造型粉压制过程中密度演化规律的适应性。结果表明,Kawakita方程和Gerdemann-Jablonski方程都可以高精度地描述PBX-A和PBX-B造型粉加载过程中的密度演化特性,但相比之下,Gerdemann-Jablonski方程优于Kawakita方程,二者对PBX-A造型粉拟合的平均相对误差为1.23%和1.79%,对PBX-B造型粉拟合的平均相对误差为0.95%和1.57%。Gerdemann-Jablonski方程不仅描述精度比Kawakita方程更高,而且方程参数还能反映出成型过程中的造型粉流动、重排和变形等特征。     

基于SVM算法的TATB基PBX单轴准静态应力应变关系

以1,3,5?三氨基?2,4,6?三硝基苯(TATB)基高聚物粘结炸药(PBX)材料为研究对象,在-40～75℃下开展了准静态的单轴拉伸、压缩试验,获得了预设17个温度点下的应力应变关系数据;以温度、应变为自变量,应力为因变量,基于支持向量机(SVM)算法对拉伸压缩条件下的应力应变关系进行了描述,并对构建的关系式进行了误差分析。结果表明,在-40～75℃内,材料的拉伸强度和压缩强度均随温度的升高而劣化,应力应变曲线的非线性和拉压非对称性特征变化明显;同时,采用一组参数基于SVM算法实现了不同温度下TATB基PBX拉伸压缩应力应变关系的描述,解决了模型参数常随温度变化的问题,构建的关系式平均绝对百分比误差不超过7.77%,相关系数均大于0.998,表现出了良好的适用性。     

压制PBX中炸药晶体损伤的研究进展

综述了压制高聚物粘结炸药(PBX)中炸药晶体在机械载荷作用下晶体的微(细)观结构演化,演化过程中损伤的表征和损伤对PBX炸药宏观性能的影响,讨论了压制压力、压制温度、晶体品质和粘结体系对PBX压制过程中晶体损伤的影响,在此基础上讨论了损伤机制和多种构建PBX中晶体损伤的物理模型,认为通过改变压制方式、压制温度、晶体品质和粘结体系可减少晶体压制损伤的产生;利用流形元法、离散元法、图像处理技术等可实现对PBX炸药进行较真实的建模。      

超临界RESS法包覆超细RDX工艺

采用超临界流体RESS法对超细黑索今(RDX)进行了包覆,研究了不同系统温度、溶液浓度、系统压力对包覆后超细RDX造型粉效果的影响,并对其进行撞击感度测试.结果表明,系统温度45℃以上,造型粉颗粒之间氟橡胶粘结在一起,分散性较差;氟橡胶浓度0.4 g/mL以上,其造型粉颗粒尺寸增大;系统压力降低到1 2 MPa以下,颗...     

HNIW/FOX-7基高能低易损性PBX的老化性能

为研究炸药老化后对武器可靠性和安全性的影响,按照GJB736.8-90火工品试验方法71℃试验法对HNIW/FOX-7基高能低易损性压装PBX进行了7、14、21 d以及28 d的老化试验。对老化前后PBX造型粉的表观形貌和热分解性能进行了表征,且对造型粉进行了FTIR和XRD测试,测定了PBX药柱老化前后的尺寸和质量变化率及力学性能变化。结果表明,老化后HNIW/FOX-7基PBX药柱仍有效,质量变化率和尺寸变化率均小于1%,符合美军标MIL-STD-1751的评价标准;老化PBX造型粉表面形貌随着老化时间增加,裂纹增多,不平整;但PBX造型粉的分子结构和晶型未改变;随着老化时间的增加,其活化能下降都不超过10%,具有较好的热稳定性;老化7、14、21 d以及28 d后HNIW基PBX的抗压强度(σ_c)分别增加3.18、3.40、3.67 MPa和3.79 MPa,弹性模量(E)分别增加0.65、0.79、0.91 GPa和0.96 GPa,σ_c、E的变化率与老化时间成正相关,经老化试验后PBX药柱的抗压强度增加。     

温度对压装RDX基含铝炸药力学性能的影响

为了分析温度对压装RDX基含铝炸药的性能变化规律,对该炸药在不同温度下的抗压、抗拉性能及泊松比进行了测试,并对拉伸试验后的样品进行了形貌观察。结果表明:在高温下,压装RDX基含铝炸药粘结剂软化,炸药颗粒与高分子粘结剂界面作用减弱,其拉伸强度和抗压强度性能均随温度升高而降低;在拉伸试验中,从低温到高温状态,该炸药的泊松比随温度升高却变化不大;高温下,炸药断面损伤形式表现为炸药颗粒与粘结剂脱粘。     

炸药件力学性能各向同异性试验研究

测试了等静压和模压两种不同工艺成型的炸药件不同方向取样的力学性能,测试结果表明:在等静压炸药件不同方向上取样的拉伸和压缩强度没有明显差异,可以认为等静压炸药件的力学性能是各向同性的;对于模压炸药件,虽然不同方向取样的压缩强度没有明显差异,但是不同方向取样的拉伸强度却存在显著差异,因此,模压炸药件的力学性能并非是各向同性的,而是各向异性的。     

非线性超声技术检测TATB基PBX微损伤

针对高聚物粘结炸药(PBX)初始损伤及疲劳损伤问题,利用自行建立的非线性超声测试装置,对模压成型的两种密度三氨基三硝基苯(TATB)基PBX圆柱形试样及其在压缩疲劳过程中的非线性超声参量进行了测试,用断貌分析和计算机断层扫描(CT)验证了非线性超声检测结果。结果表明,与内部初始损伤程度较低的TATB基PBX试样相比,内部存在明显界面损伤的TATB基PBX试样的非线性超声系数明显偏高,非线性超声系数与TATB基PBX初始损伤程度之间有一定的相关性;在TATB基PBX试样疲劳加载至即将产生微裂纹时,非线性超声系数急剧增加并在产生宏观裂纹时达到极值,显示非线性超声参量可监测TATB基PBX疲劳损伤发展过程;TATB基PBX初始损伤程度不同其疲劳损伤速度和发展过程也不尽相同。     

高聚物粘结炸药压缩疲劳特性试验研究

介绍了高聚物粘结炸药(PBX)压缩疲劳特性试验方法,以JB-9014炸药为研究对象,分别进行最大应力σmax为20.98,22.30,23.60,25.50,26.50 MPa,频率为2Hz的正弦波加载方式下的疲劳试验,得到了JB-9014炸药的压缩疲劳S-N曲线。从S-N曲线推知JB-9014炸药在σmax=20.98 MPa(相当于70％的破坏应力)时,压缩疲劳极限N为2.8×106,说明JB-9014炸药有良好的耐疲劳性能。     

低压热处理对PBX炸药件密度及内部质量的影响

高聚物粘结炸药(PBX)时效处理会造成炸药件尺寸长大,密度降低,甚至可能扩大裂纹和分层等初始缺陷.为了解决以上问题,开展成型炸药件低压热处理研究.将炸药件放入等静压后处理机,在恒定温度下施加5～10 MPa压力,保压2～4 h,处理1～3次.实验结果表明: 采用这种后处理方法能在短时间内有效释放PBX炸药件内应力,相对密度从96.53%～98.83%提高到99%以上,并能抑制长大,改善炸药件内部质量.     

液压致裂法在PBX炸药拉伸强度测试中的适用性

为解决高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosive,PBX)拉伸强度测试中哑铃直拉法(GJB772A-1997)测试效率不高以及巴西试验测试精度欠佳的问题,基于液压致裂原理自主搭建了测试平台,发展了拉伸强度液压致裂测试方法,实现了PBX炸药的拉伸强度的准确测试。为验证该测试方法的有效性,以某PBX模拟材料哑铃试样为研究对象,在同一发试样中先后进行了标准直拉法和液压致裂法拉伸强度测试实验,并将测试结果进行对比。结果表明,液压致裂法测得的拉伸强度((9.49±0.24)MPa)与直拉法测得的拉伸强度((9.24±0.43)MPa)相对误差仅为2.70%,具有很好的测试精度。液压致裂法可在单发哑铃的残样上获得至少四个有效的拉伸强度数据,相较于直拉法具有测试用量少、测试效率高的特点,且测试稳定性良好,表明该测试方法兼具了哑铃直拉法的高精度和巴西试验的低用量高效率,同时可作为一种原位测试手段广泛运用于配方研制以及结构件不同位置的拉伸强度测试。     

苯乙烯共聚物改性TATB基PBX的抗热冲击性能

为改善TATB基高聚物粘结炸药(PBX)的抗热冲击性能,采用苯乙烯共聚物对TATB基PBX进行改性。分析了TATB基PBX及其苯乙烯共聚物改性配方的拉伸力学性能及热物理性能,并对改性前后配方的抗热冲击性能进行了比较。采用Agari串联模型对TATB基PBX及其苯乙烯共聚物改性配方的导热行为进行了模拟。结果表明,加入高玻璃化转变温度和高力学强度的苯乙烯共聚物可以明显提高TATB基PBX的拉伸强度和弹性模量,同时降低线膨胀系数和导热系数。理论预测模型和试验数据吻合良好。添加质量分数为1%的苯乙烯共聚物后,常温下TATB基PBX的抗热应力因子由10.72 W·m~(-1)提高到13.16 W·m~(-1)。随着温度升高,TATB基PBX的抗热冲击性能逐渐下降。在玻璃化温度范围转变范围(323~343 K),TATB基PBX的抗热应力因子显著降低。加入苯乙烯共聚物可以抑制323~343 K温度范围内TATB基PBX的抗热应力因子的下降程度。     

壳体约束下浇注PBX的温度适应性

为研究壳体约束条件下浇注高聚物黏结炸药(PBX)的温度适应性能,制备了组分为奥克托今(HMX)/端羟基聚丁二烯(HTPB)/2,4-甲基二异氰酸酯(TDI)的炸药,分别装填Ф20 mm×20 mm、Ф15 mm×65 mm、Ф100 mm×200 mm、Ф150 mm×300 mm和Ф200 mm×400 mm五种尺寸的试样,其中后者三种较大尺寸的试样还分为无缺陷和有预制缺陷两种形式。利用-55~70℃温度冲击和温度循环试验,研究了浇注PBX的内部损伤、壳体外部温度和应变以及炸药尺寸、密度和力学性能变化。结果表明,温度冲击和温度循环试验后,浇注PBX没有明显的热损伤,原有缺陷也没有明显扩展;随着试验件尺寸的增大,通过升降温达到温度平衡所需的时间延长,高低温应变变化呈现减小的趋势。试验后炸药密度增大0.001 g·cm~(-3),拉伸强度和压缩强度分别提高了0.12 MPa和0.55 MPa。