TATB基PBX复合材料的微观结构分析

报道了在不同颗粒尺寸TATB基PBX体系制备过程中的微观结构,重点研究了高填充率PBX体系．结合多种高分辨率的微观结构与组分表征手段如SEM、EDX、XRD等,观察到了一些典型的原生和再生缺陷以及黏结剂的分布特性,初步建立了颗粒、造型粉、药柱之间系统表征的联系,为材料宏观性能的改进提出了新的途径。     

复合载荷作用下TATB基PBX炸药药柱的损伤试验研究

为研究损伤炸药的安全性,在温度载荷和机械载荷的复合作用下,对TATB基PBX炸药药柱进行了较轻微和较强烈两种不同程度的损伤试验。测试了损伤前后PBX药柱的密度、超声波声速和增益值变化,采用隔板试验测试了冲击波感度。结果表明,经两种复合载荷作用后药柱的密度分别减小0.15%和2.16%,超声波声速减小0.97%和7.87%,增益值增加43.32%和49.07%;50%爆轰隔板厚度分别增加约2.08%和30.21%,表明复合载荷作用越强烈,药柱密度和声速值减小越明显,损伤越严重,冲击波感度越高。     

压制参数对TATB基PBX膨胀特性的影响

对采用不同工艺参数(压力、药温)压制成型的TATB基PBX药柱进行了热循环试验。研究了压制参数对TATB基PBX药柱膨胀特性的影响,并对其影响机理进行了分析。结果表明,在药温恒定(110℃)条件下,增加压制压力,药柱轴向高度的不可逆膨胀增大,而药柱体积的不可逆膨胀却减小;压力恒定(170M Pa)时,降低药温,药柱轴向高度和整体体积的不可逆膨胀都有所减小。分析认为这是由于不同压制参数导致成型过程晶体取向度不同和晶体破碎程度不同所引起的。     

TATB基PBX的热膨胀系数研究

用线膨胀仪测试了TATB基PBX的线膨胀系数(CTE)，分析了配方、工艺等因素对PBX的CTE的影响情况。结果表明，氟聚合物粘结的TATB基PBX在室温—70℃间的CTE值很大，粘结剂氟聚合物在物理特性上的差别对TATB基PBX的CTE影响很小，而替用玻璃化转变温度高于75℃的高聚物可使PBX在室温—70℃间的CTE值显著下降。与钢模压制方法相比，采用等静液压方法可以便TATB基PBX药柱在室温—70℃的CTE值降低30％以上。冷热循环处理也可在一定程度上降低PBX的CTE值。     

HMX/TATB基PBX的感度与表面形态的关系探索

报道了以HMX/TATB基的PBX中,蜡的加入量和加入方式对配方的机械感度如撞击感度、摩擦感度、特性落高有明显的影响,但对配方的热感度如5s爆发点、1000s热爆炸临界温度影响不大。同时结合扫描时局镜（SEM）和光电子能谱（XPS）的测试结果分析了造型粉的表面包覆形态和感度之间的关系。     

造型粉制备工艺对TATB基PBX力学性能的影响

采用水悬浮法、捏合法及乳液包覆法制备了TATB基高聚物粘结炸药(PBX),探讨了三种PBX造型粉制备工艺对其力学性能的影响。实验结果表明:较传统水悬浮法制备工艺,捏合法造型粉制备工艺可以显著改善TATB基PBX中粘结剂的分布均匀性,从而改善TATB基PBX的力学性能;乳液包覆法对TATB基PBX中粘结剂的分布均匀性有所改善,但对其力学性能的改善并不明显。     

摩擦效应对某PBX炸药动态力学性能的影响

基于分离式霍普金森压杆(SHPB)围压加载下的试样受力模型,考虑试样与套筒间的摩擦效应,建立了动态力学性能参量(动态泊松比及动态杨氏模量)的修正方法,并以某浇注PBX炸药为例,分别以常规方法和修正方法计算了4种试样的动态力学性能,并进行了对比。结果表明,对于实验所用的浇注PBX炸药,在应变率300~2000s~(-1)内,修正方法与常规方法所获得的动态参量误差不超过5%,可以忽略摩擦效应对此PBX炸药动态参量的影响。     

RDX基PBX炸药在被动围压下的力学性能

利用在分离式霍普金森压杆(SHPB)上进行的被动围压试验研究了RDX基PBX炸药的力学性能,获取了不同应变率(830~1 850s-1)下的应力—应变曲线,讨论了围压—轴压之间的关系,计算了该炸药的动态力学性能参量。结果表明,应力—应变曲线峰值点处的应力和应变均随应变率的增加而增加,围压状态下RDX基PBX炸药承受的压力远高于无围压状态;随着应变率的增加,动态屈服强度明显提高,而动态泊松比和动态杨氏模量则基本保持不变。     

PBX药柱的不可逆长大对TATB/粘结剂界面粘结性能的影响

研究了热循环对高分子粘结炸药(PBX)药柱的尺寸和力学性能的影响,用扫描电镜观察了断口的形貌.结果表明,PBX药柱在经历反复多次的冷热循环后会出现不可逆的尺寸长大,粘结剂与三氨基三硝基苯(TATB)的界面作用减弱,发生脱粘,材料的抗拉强度也相应下降.     

被动围压下PBX的冲击动态力学性能

采用铝套筒和TATB基PBX,应用霍普金森压杆被动围压试验方法,研究了PBX在围压下的动态力学响应,得到了该PBX不同应变率下的屈服强度.结果表明,随着应变率的提高,屈服强度有所提高;围压状态下PBX承受的应力远高于无围压状态,变形从脆性向塑性转变,样品未发生明显的破坏.     

黏结剂对CL-20/FOX-7基PBX性能的影响

为了研究黏结剂对CL-20/FOX-7基PBX性能的影响,分别以Estane、EPDM、ACM、EVA为黏结剂,采用水悬浮法制备了含有不同黏结剂成分的CL-20/FOX-7基高聚物黏结炸药(PBX);采用场发射扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度分析仪、X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)对样品结构、形貌和热分解特性进行了表征;使用撞击感度测试仪、摩擦感度测试仪和小型烤燃实验装置测试了不同样品的机械感度和烤燃特性。结果表明,以EVA为黏结剂制备的CL-20/FOX-7基PBX造型粉颗粒密实,表面光滑且没有脱粘外漏现象,包覆粘结效果最好;以EVA为黏结剂制备的PBX活化能较细化CL-20提高了87.75 kJ/mol,较FOX-7原料提高了42.52 kJ/mol,说明使用EVA的PBX热稳定性较原料有一定提升;同时该PBX样品特性落高(H 50)较细化CL-20提高25.6 cm,摩擦感度爆炸概率降低52%,较使用Estane、EPDM和ACM的PBX样品机械感度更低;使用EVA的PBX药柱在升温速率为6K/min的慢速烤燃条件下,烤燃反应等级为燃烧,说明该配方能够达到烤燃安全试验要求,安全性能较好。     

浇注PBX炸药老化过程中交联密度与力学性能的关系

为分析浇注PBX炸药交联密度与力学性能的关系,在70℃时对浇注PBX炸药样品进行高温加速老化试验,对比分析了平衡溶胀法和核磁共振(NMR)法测定交联密度的差异,研究了其在常温时的抗拉强度(σm)、抗压强度(σb)、压缩率(εb)、抗剪强度(τ)、硬度(SH)与黏结剂母体凝胶分数(G)、交联密度(ve)之间的关系。用动态热机械分析仪(DMA)分析了不同老化时间下样品损耗因子tanδ和黏弹系数的变化规律。结果表明,PBX炸药样品的交联密度在老化初期增加,老化中期略有降低,老化后期又增加;NMR法因其测试简单、快捷,精确度高、试样非破坏性等优点,可以作为今后浇注PBX炸药交联密度表征方法的一个重要发展方向;样品老化过程中,浇注PBX炸药样品的交联密度与各力学性能的变化呈线性相关,其力学损耗降低的原因是黏结剂母体的G和v_e增加,浇注PBX炸药的降解和交联是由黏结剂母体结构变化引起。     

The Effect of Pressing Parameters on the Mechanical Properties of Plastic Bonded Explosives

Quasi‐static, uniaxial mechanical properties were measured for a series of PBX 9501 parts that were compacted using a permutation of various pressing parameters. Results were analyzed in terms of specimen density as well as pressing parameters. These data led to a second set of tests where PBX 9501 parts were compacted using various dwell times and temperatures, all other pressing parameters being held constant. Quasi‐static tensile data for these parts indicated that for the given range of parameters and specimen densities, the compaction temperature has a larger effect on the mechanical properties than does the dwell time. Moreover, for the range of parameters used, higher compaction temperatures and lower dwell times gave the compacted part more strength and toughness. Desired mechanical characteristics may be achieved by the appropriate selection of pressing conditions.     

Studies on Advanced RDX/TATB Based Low Vulnerable Sheet Explosives with HTPB Binder

Hydroxyl‐terminated polybutadiene (HTPB) based sheet explosives incorporating insensitive 1,3,5‐triamino‐2,4,6‐trinitrobenzene (TATB) as a part replacement of cyclotrimethylene trinitramine (RDX) have been prepared during this work. The effect of incorporation of TATB on physical, thermal, and sensitivity behavior as well as initiation by small and high caliber shaped charges has been determined. Composition containing 85% dioctyl phthalate (DOP) coated RDX and 15% HTPB binder was taken as control. The incorporation of 10–20% TATB at the cost of RDX led to a remarkable increase in density (1.43→1.49 g cm⁻³) and tensile strength (10→15 kg cm⁻²) compared to the control composition RDX/HTPB(85/15). RDX/TATB/HTPB based compositions were found less vulnerable to shock stimuli. Shock sensitivity was found to be of the order of 20.0–29.2 GPa as against 18.0 GPa for control composition whereas their energetics in terms of velocity of detonation (VOD) were altered marginally. Differential scanning calorimeter (DSC) and thermogravimetry (TG) studies brought out that compositions undergo major decomposition in the temperature region of 170–240 °C.     

The Effects of TATB Ratchet Growth on PBX 9502

PBX 9502 is a plastic‐bonded explosive that contains 95 wt.‐% TATB, a graphitic‐structured high explosive known to undergo “ratchet growth,” i.e., irreversible volume change that accompanies temperature excursions. Earlier studies have reported changes in TATB‐based composites as a function of thermal cycling and density change, however, a clear distinction between density and ratchet‐growth effects has not been made. In the work reported here, an “as‐pressed density” baseline for the mechanical response of recycled PBX 9502 is established over a density range of interest, then high‐density specimens are thermally cycled between −55 and 80 °C to achieve “ratchet‐grown” parts in the same low‐density region. As‐pressed and ratchet‐grown specimens with identical densities are then analyzed using microX‐ray computed tomography and USANS techniques to obtain information about pore‐size distributions. Data show that after ratchet‐growth, PBX 9502 specimens contain, in general, more numerous and smaller voids than specimens that were pressed with lower compaction pressures to match the same density. The mechanical response of the ratchet‐grown material is consistent with damage, showing lower tensile stress and modulus, lower compressive modulus, and higher tensile and compressive strain, than as‐pressed specimens of the same density.     

互穿聚合物网络技术对丁羟推进剂粘合剂体系性能的改善

通过互穿聚合物网络(IPN)技术,在原有丁羟推进剂粘合剂体系中添加甲基丙烯酸B酯作为塑料相,合成了3个系列的胶片。测定了预聚物的动态黏度,发现改性的预聚物黏度在反应初期明显低于原有预聚物黏度,丙烯酸酯的加入明显改善了其加工工艺性能;对胶片力学性能的测试则表明,拉伸强度可达到1.432 MPa,断裂伸长率达到576.614%。可见,丙烯酸酯对胶片力学性能的改善起到了显著的作用。玻璃化转变温度的测定表征了IPN体系的相分离程度。     

GAP推进剂粘合剂固化体系力学性能的研究

在保证推进剂加工工艺性能和能量性能的前提下,通过化学共聚的方法,选用主链柔顺性较好、且在推进剂中可单独用作含能粘合剂的3,3-双(叠氮甲基)氧丁环/四氢呋喃的共聚物(BAMO/THF)来改善聚叠氮缩水甘油醚(GAP)交联网络结构,在此基础上再加入合适的扩链剂和交联剂,所得弹性体的力学性能有大幅度的提高。当固化参数R=1.3,m(GAP)∶m(BAMO/THF)=75∶25,以1,4-丁二醇(BDO)为扩链剂,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)/多异氰酸酯(N100)为固化剂,胶片的拉伸强度可达到1.03MPa,断裂伸长率达到505.3%。     

高分子共混物的相结构对力学性能的影响

本文以聚丙烯 尼龙1010(PP PA1010)共混体系为模型研究了高分子共混物的微观相结构对宏观力学性能的影响,并通过微观力学模型来预测共混物的拉伸强度。通过光散射试验和扫描电镜结果讨论了两相平均弦长比(L1 L2)以及分散相的质心相关距(D)与拉伸性能的关系。结果表明,当分散相一定时,拉伸强度随两相相对尺寸的增大和分散相颗粒相关性的减弱而减小。理论计算的分散相最小体积分数与相形貌观察的结果非常接近,添加增容剂的体系,由于改善了界面粘合,使理论预测值与试验结果很好的吻合。