HMX基高聚物粘结炸药界面增强的粒径效应

为研究炸药晶体粒径对高聚物粘结炸药(PBX)力学性能及界面增强效果的影响规律,以4种不同粒径HMX(160μm,60μm,25μm和150 nm)为主体炸药,氟树脂为粘结剂,中性聚合物键合剂为界面增强剂,制备了8种HMX基PBX。采用压缩应力应变试验、巴西试验分别获得8种PBX在常温(20℃)和高温下(60℃)的压缩和拉伸力学性能,采用动态热机械分析仪的三点弯曲模式获得储能模量和力学损耗因子,采用扫描电镜对PBX断面进行表征。结果表明,PBX的压缩强度和拉伸强度随HMX粒径的减小而增大,纳米HMX在力学增强方面具有很好的效果。20℃以纳米HMX为基的PBX-nano压缩强度和拉伸强度可分别达到61.3 MPa和5.7 MPa,较以160μm HMX为基的PBX-L可分别提高73.1%和63.5%。添加中性聚合物键合剂后,不同粒径的HMX基PBX压缩力学强度和拉伸力学强度均得到提高,纳米HMX的增强效应尤其显著,PBX-nano-M在20℃和60℃下的拉伸强度分别可达10.4 MPa和5.8 MPa,较PBX-nano可分别提高82.6%和101.4%。当HMX平均粒径从百微米减小至百纳米,炸药件发生界面脱粘/损伤乃至断裂所需的断裂功越大,拉伸力学强度提升幅度越大。

拉剪复合试验测试炸药晶体/粘结剂界面力学特性

为了研究高聚物粘结炸药(PBX)中炸药晶体/粘结剂界面的力学特性,设计了一种可实现0°、15°、30°、45°、60°、75°及90°共7个角度拉伸的拉剪复合加载夹具,实现了PBX界面单轴拉伸、纯剪切及拉剪复合作用的多状态加载。制备了用于拉剪复合试验的模拟界面,开展了拉剪复合试验测试炸药晶体/粘结剂界面力学特性的方法研究。结果表明,PBX界面的剪切破坏载荷为0.980 MPa,大于拉伸破坏载荷0.759 MPa,随着加载角度的增加,拉应力不断降低,剪应力不断增加,而复合应力随加载角度的增加线性增大。提出了一种椭圆模型用于描述PBX界面的强度相关性规律:σ~2/a^2+τ~2/b^2=1,该模型可以较好地描述PBX中炸药晶体/粘结剂界面的拉剪强度特性。

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。

热循环对TATB基高聚物粘结炸药性能的影响研究

在-40^+75℃条件下对TATB基高聚物粘结炸药进行了热循环试验,并在试验前后对炸药试件的尺寸、力学性能及爆轰性能进行了测试。结果表明:TATB基高聚物粘结炸药在热循环后尺寸出现了长大,随着循环次数的增加,其尺寸长大的速率明显变缓;由于界面脱粘,其模量、强度和蠕变性能在热循环后也出现了一定程度的下降;热循环试验后,TATB基高聚物粘结炸药试件的孔隙率增大,其冲击波感度略有升高,但其爆速变化不明显。

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。

高聚物粘结炸药温湿度载荷加速老化试验研究

在5 MPa的轴向压应力条件下对高聚物粘结炸药进行了温湿度试验,结果表明,高聚物粘结炸药在温湿度载荷三种环境因素的共同作用下,模量和破坏强度都发生了比较明显的变化。高聚物粘结炸药经过45℃、65%RH、5 MPa的温湿度载荷多因素老化试验后,密度基本不变,但是当其经过60℃、80%RH、5 MPa的老化试验后,密度下降比较明显。温湿度载荷多因素老化试验后,模量和破坏强度在老化初期下降都比较明显,但是随着时间的延长,模量和破坏强度变化都不明显。

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。

超临界流体反溶剂法制备高聚物粘结炸药技术初探

利用恒容静态平衡法,测定了包覆用氟橡胶-乙酸乙酯-CO2三元体系不同组成相应的临界温度和压力;以此为制备工艺参数确定的依据,将超临界流体反溶剂过程用于制备含3-硝基-1,2,4-三唑-5-酮(NTO)的高聚物粘结炸药,所得产品经组分分析、性能测试、吸光度的测量、红外光谱分析、扫描电镜(SEM)等手段,验证了该技术和工艺的可行性。

孔隙对TATB基高聚物粘结炸药有效弹性模量的影响

采用代表体积单元(RVE)建模方法,建立了与实际TATB基高聚物粘结炸药(PBX)微观结构近似的有限元计算模型,该模型可以生成炸药颗粒和孔隙随机分布、填充率和孔隙率任意调整的二维RVE。并采用该模型研究了孔隙大小、空间分布和孔隙率对TATB基PBX有效弹性模量的影响。结果表明:粘结剂内孔隙使得TATB基PBX在外载荷作用下易于变形,TATB基PBX的有效弹性模量显著减小,随着孔隙率增加,有效弹性模量呈指数减小;孔隙的空间分布对TATB基PBX有效弹性模量影响较大,当孔隙分布在粘结剂与炸药晶体之间界面时,容易造成粘结界面破裂而导致有效弹性模量显著下降,下降幅度超过50%;但孔隙的大小对TATB基PBX有效弹性模量影响不大。

用正电子湮没寿命谱研究热处理对TATB基高聚物粘结炸药微结构的影响

用正电子湮没寿命谱仪测试了TATB基高聚物粘结炸药在热处理前后的正电子湮没寿命谱,并就热处理对其内部微结构的影响进行了探讨和分析。结果表明:正电子在TATB基PBX中的湮没模式主要为自由态湮没和捕获态湮没,热处理后其内部微孔隙的数量明显减少,但孔隙的平均尺寸却出现了一定程度的增大。

高聚物粘结炸药蠕变行为的近场动力学模拟方法

近场动力学是一种新的无网格方法,发展了其对材料粘弹性力学行为的分析能力。采用Burgers粘弹性模型,结合非线性粘弹体的时间-应力等效原理,推导出非线性粘弹体在不同应力下的蠕变柔度的表达式和近场动力学蠕变本构力函数,建立起可应用于高聚物粘结炸药的近场动力学蠕变模拟方法。模拟了PBX9502的蠕变行为,并通过实验验证。建立的方法可用于高聚物粘结炸药在温度和应力共同作用下的蠕变行为分析。

高聚物粘结炸药及其涂层的摩擦性能

分别采用材料试验机和纳米压痕仪测试了两种高聚物粘结炸药(PBX)材料(P1、P2)和两种高分子涂层(C1、C2)在宏观和微纳尺度上的摩擦性能,并对这四种材料的摩擦性能进行了比较,同时还对这四种材料在60℃、80%RH、2个月条件下老化后摩擦性能的变化进行了试验研究。试验结果表明:(1)两种尺度上的摩擦性能具有一定的相关性;(2)四种材料中,C1涂层摩擦系数明显偏大,与P1、P2差异明显,C2涂层摩擦系数与P1、P2比较接近;(3)老化后,只有C1涂层摩擦系数增大,其它材料摩擦性能没有显著变化。

75℃下TATB基高聚物粘结炸药爆轰性能

为研究TATB基高聚物粘结炸药(PBX)在高温下的爆轰性能,采用标准隔板试验、电测法、ZWB253-2008标准方法和圆筒试验测试了其在25℃和75℃下的冲击波感度、爆速、爆压及比动能。结果表明,与25℃相比,75℃下TATB基PBX的冲击波感度和比动能增大,爆速降低,爆压无明显变化。

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。

高聚物粘结炸药包覆过程及粘结机理的初步探讨

本文将高聚物粘结炸药的粘结过程划分为物理过程和化学过程。用吸附理论和酸碱配位理论解释了物理过程;用固化、交联解释了化学过程。

高聚物粘结炸药及涂层表面抗变形与回弹性研究

采用纳米压痕技术测试并比较研究了两种高聚物粘结炸药(P1、P2)及其两种涂层(C1、C2)在"加载-卸载-恢复"过程中各阶段的表面变形情况及回弹性能。结果表明,这四种材料表面抗变形能力从大到小的顺序是:P1>P2>C1>C2,而回弹性从大到小的顺序则是:C2>C1>P2>P1,其中C1与P1、P2力学性能差异较小,而C2与P1、P2具有显著差异。并采用Boltzmann非线性回归函数对这四种材料表面变形及回弹曲线进行拟合,拟合曲线与试验数据吻合较好,相关系数均大于0.99。

RDX级配对醇醛高聚物粘结炸药触变性的影响

为了研究浇注型醇醛高聚物粘结炸药的触变性能,采用触变环法探索了黑索今(RDX)级配及颗粒含量对料浆触变性的影响。触变环面积用于表征料浆的触变程度。结果表明,该料浆体系是假塑性流体,不同RDX级配的料浆具有不同程度的触变性。RDX级配数越高、颗粒越大的料浆触变性越小。小颗粒含量越高,大颗粒和中颗粒的级配对降低料浆触变性的影响越大。料浆的触变程度与小颗粒RDX含量呈正相关关系,与大颗粒RDX含量呈负相关关系。

小角散射技术在高聚物粘结炸药中的应用研究进展

小角散射(SAS)技术是表征高聚物粘结炸药(PBX)多尺度复杂微结构的重要技术手段。对SAS技术在PBX研究中的实验方法、数据分析模型和多种应用进行了综述。论述了适用于PBX的原位变温、拉伸和压缩加载实验方法,归纳了Guinier、界面、多分散粒子、硬球相互作用和分形等常用模型,概述了它们在PBX研究中的适用条件和范围,总结了近二十年来,国内外应用中子和X射线SAS技术在PBX力热损伤、粘结剂微结构、感度以及爆轰碳产物分析等方面的研究进展。最后,总结了SAS技术在PBX研究中的独特优势,建议加强超小角散射实验技术、PBX原位力?热耦合加载设备和数据分析软件的开发,以及PBX内部多相界面和多尺度孔洞的定量研究。

冲击加载下PBX界面对热点形成和安全性影响

高聚物粘结炸药(Polymer-Bonded Explosive,PBX)界面结构对其热点形成和冲击安全性有显著影响。为研究冲击条件下PBX点火响应过程,通过图像数字化建模和矢量化技术,建立反映PBX真实细观结构特征的有限元模型。考虑材料内部摩擦生热、晶体变形温升以及晶体放热反应过程,对PBX冲击载荷下热点形成进行数值仿真,并引入热点密度作为依据来判断材料是否点火,进一步研究晶体表面粗糙度和晶体包覆缺陷对材料点火感度与安全性的影响。试验结果表明:在冲击加载过程中,PBX内部热量前期主要来源于摩擦生热和晶体变形温升;当温度逐渐升高后,热量主要来源于晶体放热反应;材料发生点火的临界热点密度为0.68 mm-2,降低晶体表面粗糙度并提高晶体表面包覆质量,有助于抑制热点的形成,使材料降感,进而提升PBX安全性;研究结果可用于高能炸药的点火感度及安全性评估,并指导其生产加工与制备工艺。

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。