高聚物黏结粉末分步压装成型件性能研究

为获得高聚物黏结粉末分步压装成型技术条件,主要研究了工艺条件对分步压装成型件性能的影响,探索了分步压装成型技术特点。结果说明,分步压装成型界面清晰,无裂纹等质量缺陷,界面结合紧密;而采用一次成型的成型件成型界面比较弯曲、不规则;分步压装可以有效改善模压法一次成型的装药质量,解决模压法成型件的轴向密度均匀性问题,有效提高装药质量;分步压装的预成型压力值对成型件界面的影响非常重要,预成型压力值应为成型压力的45%～60%。     

TATB造型颗粒温等静压成型X射线微层析成像

与传统钢模成型相比,温等静压成型是一种获得致密、均匀高聚物粘结炸药的更优方法,为温等静压成型高聚物粘结炸药精密物理性能研究提供细观结构基础,利用X射线微层析成像技术研究了三氨基三硝基苯(TATB)造型颗粒经温等静压成型圆柱样品的三维细观结构。结果显示,TATB造型颗粒经过温压后仍保留完整,典型形态呈多边体,压实颗粒间有高密度薄层、颗粒接触数最大达到12。CT图像分析表明,压实颗粒尺寸轴向分布保持不变,径向存在沿轴心方向的密度降和压力降;层面密度离散性高于1.15%,但体密度趋向均匀;分析内部力链分布情况,发现了温等静压成型过程TATB造型颗粒呈现等向压缩特征;基于细观颗粒接触角统计了颗粒接触数,证实了压实颗粒构形态及其排列趋向各向同性,但局部颗粒仍存在剪切压缩状态。     

TATB颗粒温压成形PBX的初始细观损伤

用X射线微层析成像(X-μCT)技术无损研究了TATB造型颗粒经单、双向钢模温压(UWDC和BWDC)法和软模温等静压(IWSC)法成形的高聚物粘结炸药(PBX)三维微细结构特征。结果表明,单向、双向压法压成的PBX内部存在初始细小裂纹和一些残余孔隙。初始损伤尺度范围从百微米至毫米。在相同温度(85℃)和压力(90 MPa)下,UWDC和BWDC法可产生初始细观损伤,但IWSC法能避免初始细观损伤。     

某HMX基PBX温压时效处理过程变形规律数值模拟

为掌握高聚物粘结炸药(PBX)内部弹性应变向塑性应变转化规律,应用时温等效原理推导80℃的HMX基PBX蠕变曲线,并由ANSYS有限元软件拟合得到基于修正时间硬化理论的蠕变模型,用此模型对温压时效处理过程的HMX基PBX加热加压阶段变形情况进行模拟,结果显示:温压时效处理(80℃、10MPa)使HMX基PBX产生应力加载方向的压缩变形,炸药柱直径和高度分别减小0.476mm和1.306mm,密度增大约0.047g·cm-3,表明温压时效处理方法能够对PBX起到加速蠕变的作用。     

二维气雾两相射流锥内速度分布的计算和验证

结合单顶粒动力学模型与普朗特混合长度理论,对二维气雾两相射流体系中颗粒的时均速度和脉动速度进行了求解,结果表明颗粒在径向的轴向流速呈正态分布,射流轴收线附近紊动较强,随着射流向外发展,紊动逐渐降低,实验证明模型计算值与实验值吻合较好,能较好地体现二维气雾两相射流特性,具有一定的可行性和实用性。     

高聚物黏结炸药的压制成型性

为了获得高聚物黏结炸药(PBX)压制成型的基本规律,对TATB基PBX进行等静压压制试验,研究了PBX压制过程中的一些力学行为,通过对力学和物理性能测试及SEM分析,得到PBX的微显结构和在成型过程中的性能参数变化规律。结果表明,在PBX颗粒压制成型过程中,成型件的密度、泊松比、压缩模量和压缩强度与压力呈对数函数关系。成型件泊松比、压缩强度与压缩模量随成型密度的增加快速增大。延长保压时间可以有效提高压实密度,使成型效果更好。     

压制过程中PBX炸药颗粒的破碎及损伤

用扫描电镜及激光粒度仪研究了PBX炸药在不同压制条件下的微观结构变化及粒度分布。结果表明,随着成型试件密度的增加,晶体的破碎、损伤情况加重;成型试件中HM X的平均粒径随着压力的增加而减小(压制前的33.05μm到250M Pa压制后的16.92μm);在相同压力条件下,热压(70℃)制品的密度更高,但晶体的破碎却更小,热压(70℃)制品中HM X的平均粒径要大于冷压(25℃)制品中HM X的平均粒径。     

PBX药柱温升过程中的性能变化研究

为全面了解温升过程中PBX药柱温度、应力和尺寸变化情况,利用瞬态-应力耦合有限元法对药柱温升过程进行模拟。结果显示:药柱温升过程中,热量逐渐向内部传递,初始升温阶段应力增大很快,最大达到2.37MPa,随着内外温差的减小而逐渐减小;药柱尺寸增大,密度减小约0.008g.cm-3。通过模拟可以初步确定药柱温升过程内部应力变化规律,预估尺寸和密度变化量,优化设计了一种炸药加热工艺,即将加热分四段进行,尽量降低升温速率,保证至少1800s的恒温时间。     

RDX为基的PBX炸药压制过程损伤形成研究

黑索今(RDX)属于非补强性填料,与黏结剂的结合效果差,当其受到载荷作用时,黏结剂与RDX间的界面结合容易被破坏,黏附失效而导致黏结剂从固体颗粒表面脱离,容易出现产品缺陷,影响产品性能.为深入了解RDX为基的高聚物粘结炸药(PBX)压制过程的损伤形成规律,对以RDX为基的两种炸药配方进行压制实验,研究了压制条件及黏结剂选择等因素对炸药成型性能的影响规律.结果表明:控制降温速率、采取分段保压的方法可有效抑制炸药件内部损伤的形成;选择适当的黏结剂对提高RDX为基的PBX炸药压制件的成型性能具有重要作用,丙烯腈丙烯酸酯黏结剂与RDX之间的黏附性能要比F_(2311)好,该炸药配方压制出的炸药柱各方面性能良好,而以F_(2311)为黏结剂的炸药配方压制出的炸药柱不能满足使用要求,存在较大的质量缺陷.     

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.