黏结剂对TKX-50基压装炸药机械感度和成型性的影响

为了研究黏结剂对TKX-50单质炸药的机械感度和成型性能的影响,通过粒度分布试验分析了高速剪切粉碎机处理TKX-50原料后的形貌和粒度。借助机械感度试验研究了TKX-50原料、TKX-50预处理样品、黏结剂氟橡胶和含能热塑性弹性体ETPE包覆处理后TKX-50炸药的安全性能;利用压制成型试验分析了压力、温度对含不同黏结剂的TKX-50基压装炸药成型性的影响规律。结果表明,预处理后TKX-50的粒度变小,分布变窄,形貌比较规整,机械感度降低;氟橡胶或ETPE包覆处理TKX-50炸药的机械感度降低,在一定程度上提高了炸药的安全性;压力、温度对含氟橡胶或ETPE黏结剂的TKX-50基压装炸药的成型性影响较大,且ETPE黏结剂的TKX-50基混合炸药的成型性较好,特定压力和温度条件下其相对密度可达98.1%以上。

压装型TKX-50基通用爆破炸药设计及安全性研究

为了提高通用爆破炸药的能量和安全性能,选择不敏感炸药TKX-50与高能炸药CL-20复配作为主体炸药,通过理论计算TKX-50、CL-20以及Al含量对炸药爆轰性能的影响规律,确定了混合炸药配方中各组分配比;在此基础上通过主体炸药重结晶处理、粒度级配以及复合钝感黏结剂载体设计,制备了组成结构为33%TKX-50/30%CL-20/27%Al/4%AP/6%黏结剂的压装型TKX-50基通用爆破炸药;按照GJB772A等相关标准试验方法测试了其机械感度、能量、不敏感性能。结果表明,经过重结晶处理,TKX-50与CL-20的机械感度明显降低,TCL-5炸药装药密度达到1.95g/cm^(3)、爆速7895m/s、爆热8567kJ/kg,可以通过快速烤燃、慢速烤燃、子弹撞击和破片撞击4项不敏感试验考核,具有较高的能量和较好的不敏感性能,综合性能优良,是一种高能不敏感炸药。

HMX基含铝压装炸药慢速烤燃点火时刻的压力参量计算

为了研究HMX基含铝压装炸药在慢烤过程中点火时刻的压力参量,设计了0.1和1.0℃/min升温速率下的慢烤试验,并对炸药内部进行了多点测温。在此基础上,基于炸药的通用烤燃模型,将HMX的多步分解机制与铝粉反应相结合,并考虑其分解中的相变过程,建立了HMX基含铝压装炸药慢烤反应速率与压力相关的计算模型并进行了数值模拟。试验结果表明,在0.1℃/min的升温速率下,端盖喷出,壳体沿轴向撕开裂缝,无药粉残留,判定炸药发生爆燃反应;在1.0℃/min的升温速率下,壳体发生轻微变形,有部分药粉残留,判定炸药发生燃烧反应。数值研究结果表明,随着热刺激强度的提高,炸药的点火温度呈对数上升趋势,而烤燃弹的反应进度和内部压力呈现指数下降趋势,且烤燃弹内部的反应压力在HMX相变前呈缓慢上升趋势,相变后呈快速上升趋势。

热老化对RDX基含铝压装炸药装药发射安全性的影响

为了探讨热老化对炸药装药过载安全性的影响,在71℃下对某黑索今(RDX)基含铝压装炸药装药高温加速老化39天,采用落锤加载装置对老化前后装药的发射安全性进行了考核,并分析了炸药药柱结构、钝感剂和黏结剂含量、RDX晶体品质对装药发射安全性的影响。结果表明,在相同落锤加载条件下,未老化样品比老化后样品发生燃烧爆炸的可能性更大;老化后炸药药柱结构完整,药柱中黏结剂软化迁移,微小孔隙缩小弥合,药柱表面钝感剂和黏结剂含量由5.90%增加到6.20%;RDX晶体颗粒的拉曼特征峰半峰宽较老化前减小,特别是345 cm^(-1)位置处特征峰半峰宽减少了42.4%。表明老化过程中炸药药柱中钝感剂和黏结剂的软化迁移、微缺陷修复、表面钝化、RDX晶体品质的改善等因素是老化装药发射安全性优于未老化装药的主要原因。

装药密度及尺寸对RDX基含铝炸药爆压爆速的影响

利用锰铜压力传感器和测时仪测量了不同装药密度和尺寸下的RDX基含铝炸药的爆压和爆速,拟合出了爆压、爆速与装药密度的关系式,研究了装药密度和尺寸对RDX基含铝炸药爆压、爆速的影响。结果表明,随着密度的增加,RDX基含铝炸药的爆压和爆速均增加;当装药直径和装药长度分别达到20 mm和40 mm时,RDX基含铝炸药已经达到稳定爆轰,装药直径和装药长度再增加,爆压和爆速基本不变。

压装工艺对CL-20基炸药性能及聚能破甲威力的影响

利用常温成型和热压成型两种工艺制备了典型的CL-20基混合炸药装药,测试了其装药密度、密度均匀性、力学性能、爆速,计算了格尼系数。对Φ50mm标准聚能装药进行了破甲试验。验证了不同压装工艺条件下装填CL-20基炸药装药聚能射流对45号钢靶的侵彻深度和穿孔直径效果。结果表明,与常温成型CL-20基装药相比,热压成型工艺条件时装药的密度提高不小于1.46%,密度均匀性、爆速和格尼系数和破甲能力试验数据均有不同程度的提高,且Φ50mm标准聚能射流对45号钢靶的平均穿深从310mm提高至343mm,平均穿孔直径由18.0mm增至23.5mm。

基于霍普金森压杆的RDX基含铝炸药装药双脉冲加载实验

基于分离式霍普金森压杆实验装置,采用夹心弹结构对周向约束条件下某RDX基含铝炸药装药进行了双脉冲加载,获得了炸药装药的动态力学参数,结合电镜扫描(SEM)图像探讨了双脉冲加载时的微观损伤模式。结果表明,试样的轴向应力-应变曲线出现两次加载峰,第二次加载时的应变率较第一次低,但应力峰值较第一次大,在实验加载应变率范围内(1 000~1 500s^(-1)),两次峰值均随应变率增加而增大;第一次加载应变率较低时(1 000s^(-1)),装药损伤模式基本为晶体裂纹及晶体与黏结剂的脱粘;随着应变率的增加,晶体裂纹扩展成裂缝,并出现小范围的晶体破碎;应变率超过1 200s^(-1)后,在破碎的晶体附近出现大范围的细小晶体,同时伴有黏结剂断裂,此类无包覆的晶体相互作用,使感度提高。

温度对压装RDX基含铝炸药力学性能的影响

为了分析温度对压装RDX基含铝炸药的性能变化规律,对该炸药在不同温度下的抗压、抗拉性能及泊松比进行了测试,并对拉伸试验后的样品进行了形貌观察。结果表明:在高温下,压装RDX基含铝炸药粘结剂软化,炸药颗粒与高分子粘结剂界面作用减弱,其拉伸强度和抗压强度性能均随温度升高而降低;在拉伸试验中,从低温到高温状态,该炸药的泊松比随温度升高却变化不大;高温下,炸药断面损伤形式表现为炸药颗粒与粘结剂脱粘。

不同尺寸HMX基压装装药的烤燃特性

为了研究装药尺寸对压装装药烤燃特性的影响,针对HMX基压装装药,建立了压装装药烤燃过程的计算模型,利用Fluent软件对不同装药尺寸的烤燃样弹进行了数值模拟,计算了不同升温速率下装药尺寸对压装装药点火位置、响应温度和响应时间的影响规律。结果表明:在同一升温速率下,HMX基压装炸药装药长径比为1.0时,装药中心响应温度均为最高;装药长径比大于1.0时,装药中心点火温度均随长径比的增加而降低;当长径比增大到一定程度时,装药中心的响应温度趋于恒值。装药的点火位置由升温速率和装药尺寸共同决定,且装药端面与曲面的传热量之比与长径比的平方成反比。当升温缓慢或长径比较小时,装药的点火位置位于装药中心;当升温速率较高且长径比较大时,装药的点火位置逐渐远离装药中心。

加速老化对RDX基压装PBX炸药性能的影响

为研究聚丁二烯橡胶(BR)粘结剂在老化过程中对黑索今(RDX)基压装高聚物粘结炸药(PBX)性能的影响,采用71℃高温加速老化试验,测试了老化前后药柱的质量、体积、真空安定性、力学性能和机械感度,利用扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)观察了炸药微观结构、元素含量和化学环境的变化情况。结果表明,经过高温长贮后,药柱体积和质量的变化率都小于1%,未见裂纹等明显缺陷;抗压强度增加74%,抗拉强度增加117%,撞击感度从8%降至4%,摩擦感度从18%降至8%;高温老化过程中炸药的安定性没有发生明显的变化。分析认为,在加速老化过程中,由于碳碳双键的不稳定性,药柱中的BR粘结剂发生氧化交联反应,使交联度提高,并受热软化、铺展,分布均匀化,使包覆和粘结效果增强,从而提高了炸药的力学性能并降低了机械感度。

约束方式和强度对HMX基压装含铝炸药慢烤响应特性的影响

为了获取不同约束方式和强度下HMX基压装含铝炸药慢速烤燃响应特性,以典型超音速钻地/侵爆战斗部为背景,设计了装药长径比为5∶1的缩比烤燃弹;开展了无约束和不同约束强度下HMX基压装含铝炸药慢速烤燃实验;获取了无约束条件下HMX基压装含铝炸药的反应过程,以及不同壳体壁厚(4、10、16和20mm)与端盖螺纹长度(10、12和14mm)时装药反应烈度的变化规律。结果表明,慢速烤燃条件下该HMX基压装含铝炸药反应包括生成气体、端面燃烧、火焰熄灭3个阶段;烤燃弹约束强度影响装药烤燃时间和点火温度,进而影响烤燃弹内部反应压力增长,最终导致不同的反应等级;当螺纹长度(L)为14mm时,壳体厚度(δ)由4mm增加至20mm,反应等级由爆燃发展为爆炸而后降低为燃烧;当壳体壁厚(δ)为10mm时,螺纹连接长度(L)由10mm增加至14mm,烤燃弹反应等级由燃烧转变为爆炸;当壳体壁厚(δ)与等效壳体壁厚(δe)相当时,烤燃弹约束强度较为均匀,有利于反应压力的不断增长,最终导致烤燃弹发生更为剧烈的爆炸反应。

纳米铝对DNTF压装混合炸药的爆热和热安定性影响

采用机械混合法制备了含5%纳米铝和含25%微米铝的DNTF压装混合炸药,测试了混合炸药的机械感度和爆热,同时对混合炸药的热安定性进行了分析。结果表明:与含30%微米铝的炸药对比,此炸药机械感度较低,但其爆热略低于含30%微米铝炸药;此炸药真空安定性优于含30%微米铝炸药,5s爆发点高,且其热失重率低于含微米铝炸药,说明加入纳米铝在一定程度上提高了DNTF压装混合炸药的热稳定性。

RDX基含铝炸药的剪切试验及损伤模式

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验设备及剪切装置,对RDX基含铝炸药进行剪切试验,获得了剪切力随时间的变化规律以及剪切应力,结合工业CT图像及电镜扫描(SEM)图像分析,探讨了剪切加载条件下,炸药试样破坏的宏观及微观损伤模式。结果表明,在剪切作用下,炸药装药的轴向应力-应变曲线出现两个阶段:第一阶段,较小的应变下,应力快速增加,最大值为50~60MPa;第二阶段,随着应变的增加,应力先增大后卸载。试验加载过程中的剪切应力为38~73kN;剪切应力小的试样,剪切带主要集中于加载面的中部,剪切应力大的试样,剪切带主要集中于剪切面附近;试样厚度较小时,损伤模式主要是晶体的微裂纹及晶体与黏结剂基体的脱粘,试样厚度增加时,损伤模式主要为晶体的多种形态。

两种新型炸药的准静态力学性能

为推动炸药在侵爆战斗部中的应用,采用万能材料试验机对HMX基压装高聚物粘结炸药(polymer bonded explosive,PBX)和DNAN基熔铸炸药的准静态力学性能进行研究。获得2种炸药在2.0×10-5 s-1~1.0×10-3 s-1应变率范围内的应力应变试验数据。结果表明:2种炸药的力学性能均具有明显的应变率效应,但前者失效应变约为后者的6倍,呈现出较大区别。基于唯象方法,建立描述2种炸药1维准静态压缩力学行为的幂指数硬化本构模型,并拟合得到本构模型参数。通过与试验结果对比表明,模型计算结果与试验结果误差小于3%,吻合较好。该研究结果可为描述2种炸药的力学行为提供参考。

A-Ⅸ-Ⅱ炸药柱的湿热老化行为

为了研究含Al和RDX压装混合炸药装药对湿热环境的适应性,将Ф20mm、Ф40mm、Ф60mm、Ф84mm的A-Ⅸ-Ⅱ压装炸药柱在71℃、相对湿度65%的环境条件下老化52d,跟踪记录了药柱的体积、抗压强度、质量、Al粉活性、分解热、真空安定性(VST)、爆发点随老化时间的变化,并用X线断层摄影仪、扫描电镜观察其微观结构。结果表明,湿热老化使药柱体积发生不可逆膨胀、抗压强度变小、部分Al粉被氧化、分解热降低,老化初始阶段变化较快,老化7d后变化趋缓;老化52d后爆发点温度没有明显降低,VST放气量没有增加,表明炸药的热安定性没有退化;药柱的结构完整性存在尺寸效应,直径在60~84mm存在临界值,大于临界值的药柱老化后内部容易产生裂纹;老化后钝感黏结剂破碎、脱粘,导致药柱的抗压强度变小;老化后部分Al粉失活,使得炸药的分解热减少。