J积分法研究温度对Al-PTFE反应材料断裂韧性的影响

为探究聚四氟乙烯(PTFE)的温度引发相变特性对铝?聚四氟乙烯(Al?PTFE)反应材料断裂韧性的影响,通过开展准静态拉伸实验和断裂韧性实验,使用ASTM E1820单试样法中的归一化数据简化技术,对Al?PTFE的弹塑性断裂韧性进行J积分分析,结合试样断面微观形貌分析,明确了温度对Al?PTFE断裂韧性的影响。结果表明:随着温度的升高,Al?PTFE反应材料强度降低,断裂韧性增大,屈服强度和断裂韧性在跨越相变温度后呈现明显的突跃变化,裂纹扩展模式由脆性断裂转变为延性断裂。当PTFE处于结晶相Ⅱ状态时,能够拉伸形成的PTFE纤丝较少,而当温度升高,PTFE晶相向Ⅳ和Ⅰ状态转变时,稳定成形的PTFE纤丝能够通过局部塑性变形有效耗散外部能量,并依托缠绕桥接使裂纹尖端发生钝化,阻止裂纹扩展,从而提高材料断裂韧性。     

新型雷体材料及其效能研究

在聚酰胺(PA)或聚丙烯(PP)两种树脂中,用不锈钢纤维(SSF)作导电填料,采用注塑工艺制备新型雷体材料,并进行物理、力学和吸波性能测试。经试验得出,当SSF质量分数为15%时,两种材料的加工性能良好,满足雷体物理、力学性能要求;采用弓形框法测量材料的微波吸收率,PP/SSF和PA/SSF复合材料在8.2~12.4 GHz频率范围内的反射衰减均大于10 d B,将羰基铁与丙烯酸树脂按不同比例混合制备0.4 mm厚度微波吸收涂层分别涂覆两种材料,发现反射衰减值分别提高6.2~11.3 d B和17.9~40.7 d B。     

不同PTFE含量对PTFE/Al/MnO_2反应材料性能的影响

为研究聚四氟乙烯(PTFE)含量对PTFE/Al/MnO_2反应材料的压缩力学性能和冲击反应特性的影响,使用模压烧结法制备了3种PTFE/Al/MnO_2复合材料,并进行了表征。结果表明:在准静态压缩条件下,含40%PTFE的复合材料强度仅为16MPa,经历弹性形变后很快失效。而加入60%和80%PTFE的复合材料在经过弹性阶段后,材料强度达到87MPa和93MPa;在落锤冲击条件下,加入40%和60%PTFE后,PTFE/Al/MnO_2材料能够发生剧烈爆炸和燃烧,并伴随着高温熔渣喷射现象,而80%的PTFE加入后材料反应十分微弱。     

铝含量对铝-聚四氟乙烯反应材料准静态压缩力学响应和反应特性的影响

为了研究铝含量对铝-聚四氟乙烯(Al-PTFE)反应材料准静态压缩力学响应和反应特性的影响,通过特定的冷压和烧结工艺,制备了4种不同Al含量的Al-PTFE试件,并进行准静态压缩试验。结果表明,铝含量影响材料的力学响应和失效模式,进而影响材料的反应特性;含有16 wt%Al的试件部分反应,26 wt%Al的试件完全反应,36 wt%Al和46 wt%Al的试件未发生反应;在反应的两类试件中观察到张开型裂纹和剪切裂纹,而在未反应的试件中仅观察到剪切裂纹。     

ZrH2填充改性Al/PTFE的力学响应与毁伤性能

为了研究ZrH2对Al/PTFE反应材料力学响应与毁伤性能的影响,采用冷压烧结工艺制备了Al/ZrH2/PTFE、Al/PTFE和纯PTFE三种材料的圆柱体与药型罩试件,通过准静态压缩、落锤冲击和高速撞靶实验,对三种材料的力学性能、撞击感度与撞靶毁伤效能进行了对比研究.实验结果表明:三种PTFE基材料均为弹塑性材料,都存在应变硬化效应,质量分数为10％的ZrH2能提高Al/PTFE反应材料的力学强度,使其屈服强度与失效应力分别达到22.2 Mpa与93.3 Mpa,也可降低材料撞击感度,使其点火激发能增加1.93 J,并通过活化分解参与反应保证材料能量释放水平不受影响.两种含能药型罩在撞靶过程中能发生撞击释能反应,产生穿/扩孔综合效应,形成花瓣式外翻的穿孔形式,与惰性毁伤元相比,反应材料的撞击-反应双重毁伤效应能大幅提升其扩孔能力,在Al/PTFE反应材料中引入适量添加剂ZrH2,能进一步增强材料的撞靶毁伤效能.     

PTFE/Al/Fe_2O_3复合材料的性能

研究了以聚四氟乙烯(PTFE)为基体,Al/Fe_2O_3混合物为填料的复合材料的准静态压缩性能和撞击感度,探讨了不同烧结温度和不同PTFE含量对复合材料性能的影响。结果表明,随着PTFE含量以及烧结温度的增加,材料强度均呈现先增加后降低的趋势。PTFE质量分数在70%和80%的PTFE/Al/Fe_2O_3复合材料在烧结温度340~370℃的范围时,能够在准静态压缩过程中产生剧烈反应,发出爆炸声和明亮的火光。370℃烧结的PTFE质量分数为70%的复合材料的撞击感度最高,特性落高值仅有37 cm,非常敏感。在同一烧结温度下,随着PTFE含量的增加,复合材料的撞击感度先增加后降低;PTFE含量相同时,随烧结温度的增加,材料撞击感度为先增加后降低。     

侧向局部爆炸下钢质方管损伤特性数值研究

为进一步弄清侧向局部爆炸下钢质方管损伤特性,利用有限元软件LS-DYNA,采用流固耦合和添加质量阻尼的方法,区分10～20 cm内不同爆距,对160 g柱形炸药冲击横截面面积13.51 cm²的钢质方管进行研究。分析钢质方管极限承载能力的理论计算值和数值仿真值,发现理论计算值和数值仿真值相差2.63%;分析钢质方管迎爆面中心点试验位移值和数值模拟位移值,发现误差均在合理范围之内,表明所建模型合理可信;分析钢质方管轴向残余承载能力,发现随爆距增加,方管轴向残余承载能力依次增加;分析爆炸荷载下方管能量吸收能力,发现钢质方管典型损伤模式为迎爆面中心区域明显凹陷,钢管整体未见明显变形;定义损伤指数,径向缩进指数和径向移出指数,发现径向缩进指数曲线决定损伤指数曲线总体变化趋势,径向移出指数曲线影响损伤指数曲线局部曲率变化;拟合损伤指数,提出轴向承载能力损伤指数工程算法。     

三种反应材料药型罩对双靶板毁伤性能实验研究

为验证Al/PTFE、Ni/PTFE、Al/Fe_2O_3/PTFE 3种氟基反应材料的毁伤性能,通过模压烧结的方法制备了3种氟基反应药型罩,同时进行了破甲验证试验。结果显示:3种氟基反应药型罩均能在炸药驱动撞击下发生化学反应,并能有效贯穿第1层靶板,Al/Fe_2O_3/PTFE反应材料制备的药型罩撞击时对靶板的径向膨胀扩孔效应最明显,对第1层靶板的开孔直径达到16cm,但未能贯穿第2层靶板;Ni/PTFE反应材料制备的药型罩在贯穿第1层靶板后能有效贯穿第2层靶板,且对第2层靶板的开孔直径达到1.5cm;3种氟基反应药型罩对第1层靶板的开孔大小依次为Al/Fe_2O_3/PTFE(3~#)、Al/PTFE(1~#)、Ni/PTFE(2~#);对第2层靶板的开孔大小依次为Ni/PTFE(2~#)、Al/PTFE(1~#)、Al/Fe_2O_3/PTFE(3~#)。     

环境温度对Al-PTFE准静态压缩力学性能及反应特性的影响

为了研究环境温度对铝-聚四氟乙烯(Al-PTFE)反应材料准静态压缩力学性能及反应特性的影响,采用冷压和烧结工艺,制备了尺寸Φ10 mm×10 mm的Al-PTFE试件(Al与PTFE的质量比为:26.5∶73.5)。利用CMT5105微机控制电子万能试验机对不同温度下的试件进行了准静态压缩,得到了材料在相应温度下的应力应变曲线。结果表明,材料的力学性能及反应特性均受环境温度的影响。温度较低时(-18,0,16℃),材料偏脆性,屈服强度高于28.31 MPa,失效应变为1.31～1.49,试件呈剪切破坏;随着环境温度的提高(22,35,80℃),材料延性增强,屈服强度低于20.26 MPa,而失效应变提升至1.84～2.08。形变能力的提升使得试件失效时其吸收的能量沿着横向拉伸应力形成的张开型裂纹瞬间释放,引发试件剧烈反应。