TATB基PBX的快速烤燃实验与数值模拟

根据TATB基高聚物黏结炸药(TATB基PBX)异常环境安全性特点(例如导弹发射失败),采用固体推进剂作为燃料开展了带2 mm厚约束钢壳的TATB基PBX快速烤燃小尺寸实验,模拟推进剂燃烧时具有一定约束炸药的响应情况,并且利用实验得到的炸药表面热流通量作为边界条件,采用高阶有限元法对炸药样品升温过程进行了数值模拟。实验中测量了炸药表面温度随时间变化情况,利用温度数据和Duhamel叠加原理计算得到炸药表面平均热流通量在其点火前为19.17 kW.m-2,在此平均热流通量条件下,带2 mm厚约束钢壳的TATB基PBX点火反应时间为95 s。研究结果表明,固体推进剂燃烧会在短时间内引起TATB基PBX点火燃烧反应,但不会发生猛烈的爆燃或爆轰现象。     

TATB/氟聚物PBX力学性能的分子动力学模拟

运用分子动力学(MD)方法,设计"吸附包覆"、"渗透添加"和"切割分面"三种模型,模拟计算了TATB与含氟聚合物(PVDF,PCTFE,F2311和F2314)二组分复合材料的力学性能.首次报导纯TATB晶体及其氟聚物PBX的弹性系数、模量和泊松比.发现添加少量氟聚物能有效改善TATB的力学性能;氟聚物沿TATB三个晶面粘结对TATB力学性能的改善效应为010＞100＞001;在295～495K温度范围内的模拟结果表明,随温度升高,TATB及其氟聚物PBX的刚性减小、弹性增强.     

TATB基PBX界面粘结改善研究进展

对近年来提高和改善TATB基高聚物粘结炸药(PBX)界面粘结的方法进行了综述,从TATB特殊的分子结构出发,讨论了粘结剂的选择以及界面之间相互作用的评估,从理论模拟的角度分析了氟聚合物与TATB间的相互作用。重点阐述了炸药表面改性、偶联剂对界面改善的影响。指出了重点发展的三个方向:粘结剂结构设计、偶联剂加入、新型包覆方法。     

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。     

TATB基PBX介观结构的耗散粒子动力学模拟

利用耗散粒子动力学对四种TATB基PBX的介观结构及其演变过程进行了研究。结果表明:聚合物在单质炸药TATB中形成线形的网状结构,但没有完全包覆TATB;随着聚三氟氯乙烯重复单元在聚合物中含量比例的增加,聚合物在TATB中的扩散变得越来越容易;温度升高也会使更多的聚合物扩散到TATB中。研究发现,温度在400K时,聚合物形成蜂窝状结构,能很好地包覆TATB。     

RDX基PBX药柱烤燃过程的数值模拟

为合理评估炸药的热安全性,采用自主编写的有限元软件—"含能材料动态响应数值模拟软件",对黑索今(RDX)基高聚物粘结炸药(PBX)药柱的烤燃过程进行了数值模拟,实现了炸药多步热分解反应的动力学过程。探索了点火区域各组份质量分数随温度的变化规律。结果表明,400 K时,初级热分解反应开始加速,450 K时次级分解反应明显发生,至460 K时,第三步热分解反应开始加速,气体终产物逐渐积累,当气体终产物质量分数为0.006%时,发生点火。此外,随着升温速率增加,炸药点火时间急剧衰减,中心点温度下降。     

模压TATB基PBX炸药件晶体取向对膨胀特性的影响

炸药件的膨胀特性对其使用性能有重要影响,研究TATB基PBX炸药件晶体取向与膨胀特性的关系,可为控制TATB晶体的形稳性提供基础支撑。采用线膨胀仪测定了颗粒状、片状及原材料TATB晶体所压制药柱沿不同方向的膨胀特性,采用X射线衍射仪和Rietveld全谱拟合精修的方法测定了TATB基PBX炸药件的晶体取向(F),并研究了TATB晶体取向对膨胀特性的影响。结果表明:TATB基PBX药柱存在各向异性膨胀,轴向的膨胀程度约为径向的2倍,膨胀系数(αCTE)与药柱中晶体的取向满足关系αCTE=(7.08+10.37×F)×10-5K-1,药柱的线膨胀系数随晶体取向增大而增大,而不同形貌的TATB晶体所压药柱的取向不同。因此,通过改变晶体形貌可以控制晶体取向,进而抑制药柱膨胀的各向异性,改善TATB炸药的形稳性。     

石墨对TATB基PBX导热性能的影响

为有效调节TATB基高聚物粘结炸药(PBX)的导热性能,利用闪光导热仪研究了石墨包覆方式(内包和外包)、温度及石墨含量对TATB基PBX导热系数的影响,应用Agari模型分析了TATB基PBX的导热机制。结果表明,添加高导热石墨可改善TATB基PBX的导热性能。常温下,由内包和外包1%(质量分数)石墨改性的TATB基PBX配方的导热系数分别为0.572 W·(m·K)-1和0.697 W·(m·K)-1,显示,外包石墨包覆方式比内包石墨包覆方式更好。与不含石墨的TATB基PBX相比,内包1%和外包1%石墨的TATB基PBX的导热性能分别提高4.76%和27.66%。随温度升高,TATB基PBX及其石墨改性配方的导热性能逐渐降低。随着石墨含量增加,外包石墨改性的TATB基PBX的导热性能升高。外包2%(质量分数)石墨可使TATB基PBX的导热系数提高至0.786 W·(m·K)-1。TATB基PBX及由内包石墨改性的配方的导热机制符合串联模型,而由外包石墨改性的配方的导热机制介于串联模型和并联模型之间。     

TATB基PBX纳米孔隙的正电子湮没寿命谱

为研究压制参数对TATB基高聚物粘结炸药(PBX)微观结构的影响,压制了密度为1.6～1.9 g·cm-3的PBX,采用了正电子湮没寿命谱(PALS)技术表征了其微观结构,讨论了不同压制密度PBX的纳米孔隙的变化.结果显示:压制密度越大,PBX中纳米孔隙浓度越小,平均尺寸越大,这表明压制过程中,PBX界面孔隙不断减小,...     

HMX基和TATB基PBX爆轰波的拐角性能

为了研究HMX基和TATB基高聚物粘结炸药(PBX)爆轰波的拐角性能,采用蘑菇(Mushroom)试验测试了HMX基炸药(含95%HMX的PBX-Ⅰ,含85%HMX和7%TATB的PBX-Ⅱ)和TATB基炸药(含95%TATB的PBX-Ⅲ)在起爆直径7mm和10mm条件下的出射角、熄爆角及延迟时间。结果表明,在起爆直径7mm的情况下,PBX-Ⅰ的出射角(75.5°)略大于PBX-Ⅱ的出射角(74.4°),PBX-Ⅰ和PBX-Ⅱ的熄爆角均为90°,都能够发展为类似球形,显示HMX基PBX均有较好的拐角性能。在起爆直径10mm的情况下,PBX-Ⅱ的出射角为78.6°,熄爆角为90°,PBX-Ⅲ的出射角为16.1°,熄爆角为60.4°。对于HMX基PBX,随着起爆直径的增大,出射角增大。在HMX基PBX中加入TATB,出射角减小。当HMX全部用TATB代替,出射角显著减小,三种炸药的拐角性能优劣顺序为:PBX-ⅠPBX-ⅡPBX-Ⅲ。     

HMX/TATB基高聚物粘结传爆药的研究

为解决传爆药品种少,安全性不能满足现代战争要求的矛盾,运用混合粘结技术和主体炸药的粒度级配技术,采用正交试验确定了新传爆药的配方奥克托今(HMX)细43.25%,粗43.25%,三硝基均苯三胺(TATB)10%,氟橡胶(VitonA)2.5%,聚硝基苯撑(PNP)1.0%。用溶液-水悬浮法制备了该传爆药的造型粉,测试了该造型粉的主要性能,结果表明,该传爆药不仅具备了PBXN-5传爆药流散性和成型性好的特点,而且能量、体积膨胀率、耐热性、安全性明显改善。     

TATB基高聚物粘结炸药低温老化后的结构和热性能研究

将TATB基高聚物粘结炸药在0，－10，－20，－30，－40℃的条件下贮存120天，利用红外光谱测定其分子结构的特征，并 利用真空安定性试验、热失重以及差热分析测定低温贮存前后的热稳定性，结果表明：TATB基高聚物粘结炸药经低温贮存后分子结构没有发生改变，热稳定性较好，说明低温贮存对TATB基高聚物粘结炸药影响不大。     

CL-20/TATB粘结炸药制备及其表征

使用钝感炸药三氨基三硝基苯(TATB)对高能炸药六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)进行包覆和降感处理,制备过程中以1%的Estane作为粘结剂,5%的TATB作为钝感剂,采用水悬浮法制备了CL-20基PBX,并对其进行SEM、XRD、DSC以及撞击感度性能测试。结果表明:TATB可以有效地包覆在CL-20表面,在包覆过程中CL-20晶型未发生改变;与未添加TATB的CL-20/Estane粘结炸药相比,热爆炸临界温度提升了0.08℃,活化能提高了7.09k J·mol-1,并且其撞击感度明显降低,特征落高(H50)由30.64cm提升至44.57cm,提升了45.5%。     

PBX浇注炸药撞击感度的影响因素研究

利用爆炸概率法对不同配方PBX浇注炸药的撞击感度进行了研究,通过SEM对样品撞击前后的形貌进行了微观分析。结果表明:PBX浇注炸药配方中的Al粉含量、粘合剂的选择以及原材料包覆处理等是影响PBX浇注炸药撞击感度的主要因素。从理论上分析了PBX浇注炸药的起爆机理及主要影响因素,认为通过优化PBX的配方设计和制备工艺,可以有效降低PBX炸药的机械撞击感度。     

基于Fluent 的PBX 炸药混合数值模拟

为分析炸药在捏合过程中的流动特性,应用基于计算多相流动力学理论中欧拉-欧拉方法的混合多相流模型,采用多面体网格技术、标准k—ε湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,对捏合机内部进行3维定常湍流场的数值模拟。利用商业CFD求解器ANSYS Fluent,获得了桨叶在转速50、60、70、80和90 r/min的工况下,捏合机内部速度、压力的变化规律。结果表明:该模拟算法对揭示捏合机内部流场的变化规律、装药工艺安全性的机理研究具有重要意义,具有较高的工程应用价值。     

粘结剂含量对热压TATB基PBX残余应力的影响

为了掌握粘结剂含量对高聚物粘结炸药(PBX)残余应力和宏观力学性能的影响规律,采用基于VKα靶的X射线衍射方法测试了F2314粘结剂含量为0~11%热压成型的TATB基PBX残余应力,采用巴西试验方法测试其宏观力学性能,并采用了TATB晶体-粘结剂包裹结构简化模型进行温度单一因素条件的残余应力数值模拟验证。实验结果表明:不含粘结剂的PBX,其残余应力为拉应力;随着PBX中粘结剂含量增加,残余应力逐渐减小,当粘结剂含量超过5%,其拉伸残余应力递减趋势增强;当粘结剂含量由7%增加到9%时,残余应力由拉应力转变为压应力;PBX力学强度随粘结剂含量增加而增强。残余应力模拟结果与实验结果具有相同变化趋势。     

TATB基PBX与硬质聚氨酯泡沫塑料的相容性

用热重-红外(TG-IR)研究了TATB基高聚物粘结炸药(PBX)与硬质聚氨酯泡沫塑料(RPUF)之间在线性升温过程中的相互作用。结果显示,接触体系释出的气相产物组分基本上是两种独立组分释出的总和,没有新的组分产生。用微热量仪得到了140 ℃下受热10 d内TATB基PBX与硬质聚氨酯泡沫塑料及二者接触体系的热量变化曲线。用红外和X-射线光电子能谱表征了量热测试前后样品的表面结构和元素含量,显示接触后样品的表面结构和元素环境没有变化,表明TATB基PBX与聚氨酯泡沫塑料的相容性良好。     

中子衍射法测量TATB基PBX单轴压缩的内应力研究

1,3,5-三氨基-2,4,6三硝基苯(TATB)基高聚物粘结炸药(PBX)的内应力是造成其贮存开裂和低应力破坏的重要原因。为了验证用中子衍射分析TATB基PBX内部应力的可行性,在中子残余应力谱仪(RSND)上水平安装2 kN双丝杆拉伸台,用原位中子应力测量技术测量了不同负荷状态下的内部应力的变化。结果表明,TATB晶体的(002)晶面(29°衍射角)和(412)晶面(75°衍射角)可作为中子应力观测晶面。中子衍射测量晶格间距的变化(点阵应变)与对其施加的应力呈近似线性增加的关系,随着应力的增加,点阵应变随之增加。在较为复杂的原位压缩加载/卸载过程中,晶格应变结果与复杂的应力变化过程基本保持一致。中子衍射信号强度随路径指数衰减,中子衍射深度6 mm。