PBX的表面相互作用和力学性质对炸药感度的影响

前言武器系统要求在不损失能量的前提下降低炸药和推进剂的感度。本课题的研究目的是探讨炸药与以下性质的关系:(1)粘结剂与炸药之间的表面相互作用;(2)PBX 的化学及力学性质。塑料粘结炸药(PBX)是炸药晶体和聚合物粘结剂(有时还有增塑剂)的机械混合物。人们用不同的感度参数来表征炸药对撞击、摩擦、热以及放电的安全性。根据文献的报道可以认为,表面性质在钝感效果中起着一定的作用。本实验室已经发现某些炸药的撞击感度可     

添加剂对B炸药安全和爆轰性能的影响

在B炸药中分别添加质量分数1%和3%的123树脂/1DES黏结剂或质量分数5%固化系数为0.6和0.8的HTPB/MDI黏结剂,制备了4种改性B炸药。用大药片落锤撞击试验、电探针和锰铜压力计分别测试了其撞击感度、爆速和爆压,用VLWR程序计算了爆轰性能。结果表明,添加123树脂/DES黏结剂后,改性B炸药的撞击感度降低;添加不同固化系数的HTPB/MDI黏结剂后,改性B炸药的撞击感度升高;添加123树脂/DES和HTPB/MDI后,改性B炸药的密度、爆速和爆压降低,而且添加量越大,其爆速和爆压降低越大。爆速和爆压的计算值与实验值接近。     

RDX基PBX炸药在不同应力率下的撞击安全性

利用大型落锤和一级轻气炮加载装置对RDX基PBX炸药进行撞击加载实验,获取了不同应力率(0.314~9.83GPa/ms)下的力学响应特性及反应情况,探讨了应力率对该RDX基PBX炸药撞击安全性机理的影响。结果表明,随着应力率的增加,RDX基PBX炸药的撞击安全性降低;PBX炸药颗粒的变形速率随着应力率的增加而增大,热量无法被蜡状添加物在短时间内吸收,使得RDX颗粒温度迅速上升,这是RDX基PBX炸药撞击安全性下降的主要原因。     

HMX颗粒特性对压装PBX苏珊感度的影响

采用苏珊试验测试了HMX基压装PBX炸药在低速撞击下的感度,研究了HMX的晶体品质、颗粒尺寸等对PBX撞击感度的影响。结果表明,HMX晶体品质的提高有利于提升PBX的反应阈值速度;在晶体品质相当的情况下,当HMX颗粒由20μm增大到105μm时,PBX的苏珊撞击响应的阈值速度由47m/s升至59m/s,而撞击响应的程度有一定下降。苏珊试验中存在一个临界撞靶速度(约100m/s),低于该速度,含高品质HMX的PBX反应程度小于含普通品质HMX的PBX;高于该速度,含高品质HMX的PBX反应程度则大于含普通品质HMX的PBX。     

EPDM对CL-20的包覆及表征

以CL-20为主体炸药、EPDM为黏结剂,采用水悬浮法制备了CL-20基PBX炸药,用SEM、XRD和FT-IR对产物进行了表征,并测试了其撞击感度和热安定性。结果表明,该包覆工艺可使EPDM成功地包覆在CL-20表面,在包覆过程中CL-20晶型没有发生变化。与原料CL-20相比,包覆样品的撞击感度明显降低,特性落高由15.9cm提高到40.7cm,热安定性更好。     

增塑剂类型对CL-20/HTPB基浇注炸药安全性能的影响

为确定CL-20(六硝基六氮杂异伍兹烷)/HTPB(端羟基聚丁二烯)基PBX(聚合物粘接炸药)配方中最适宜的增塑剂类型,分别制备了含不同增塑剂[如DOA(己二酸二辛酯)、DOS(癸二酸二辛酯)和DBP(邻苯二甲酸二丁酯)等]和不含增塑剂的浇注PBX。着重探讨了不同浇注PBX的热分解动力学参数、撞击感度及临界爆炸温度。研究结果表明:与不含增塑剂体系相比,增塑剂对浇注PBX的热分解峰温影响不大,但均能提高其E(表观活化能),其中含DOS或DBP体系的E值均提高了13%左右;含DBP体系的临界爆炸温度更高,说明该体系具有更好的热安定性;含增塑剂体系的感度明显低于无增塑剂体系,其中含DBP体系的H50(特性落高)值比无增塑剂体系提高了近2倍。     

纳米Al对RDX基炸药机械感度和火焰感度的影响

采用机械混合法制备了含纳米Al的RDX基混合炸药,测试了其机械感度和火焰感度,用扫描电镜表征了纳米Al及其炸药的表面形貌,分析了感度变化的原因。结果表明,加入纳米Al后,RDX基炸药的撞击感度、摩擦感度和火焰感度增大;随着纳米Al含量的增加,撞击感度、摩擦感度和火焰感度明显增大;且含纳米Al炸药的撞击感度、摩擦感度和火焰感度均高于含微米Al炸药。纳米Al及含纳米Al炸药均存在微量团聚现象,在一定程度上影响了含纳米Al的RDX基炸药的感度。     

高品质压装HMX基PBX炸药的冲击波感度

为改善HMX基PBX的安全性能,通过隔板试验研究了高品质HMX的粒度对压装PBX炸药冲击波起爆性能的影响.结果表明·对于相对密度较高(98.5％TMD)的压装HMX基PBX,与普通品质(平均粒径30μm)相比,使用高品质HMX(20 μm)后PBX的冲击波感度下降了7％,当高品质HMX的粒度增至150μm后,其冲击波起...     

一种含LLM-105的HMX基低感高能PBX炸药

研究了不同颗粒形态的LLM-105对HMX的降感作用以及HMX/LLM-105基炸药配方用的黏结体系和钝感体系.设计出一种HMX/LLM-105配方,采用机械感度和冲击波感度以及板痕试验和圆筒试验对其安全性能和爆轰性能进行了测试.结果表明,LLM-105可作为含能钝感剂用于HMX基PBX炸药,该种含LLM-105的HMX基PBX爆速约8700 m/s、爆压34 GPa以上、比动能为1.560 kJ/g,冲击波感度比JOB-9003炸药低10%,是一种新型的低感高能炸药.     

PBX药片摩擦感度测试

参考钝感高能炸药的摩擦感度试验要求,建立了一种摆锤撞击带动砂靶摩擦炸药药片的摩擦感度试验方法,并测试了PBX-1、PBX-2及PBX-3药片的摩擦感度.结果表明,3种炸药的摩擦安全性排序与摩擦感度爆炸概率及滑道试验结果一致,该方法可用于评估成型PBX的摩擦安全性.     

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。     

Application and properties of nanometric HMX in PBX

A nanometric HMX-based polymer-bonded explosive (PBX) is prepared by using the solution-water slurry technique. The resultant PBX is composed of 94% of HMX, 5% of fluororubber Viton, and 1% of wax. The properties of the nanometric HMX-based PBX, such as sensitivity and compressive performance, are comprehensively researched. The results show significant improvement for the nanometric HMX-based PBX as compared to the micron-sized HMX-based PBX. The friction sensitivity, impact sensitivity, and shock sensitivity of the nanometric HMX-based PBX are obviously lower by 30, 48, and 24%, respectively. Moreover, the compressive strength and strain of the nanometric HMX-based PBX are significantly higher by 273 and 33%, respectively. Thus, both the safety and mechanical resistibility of the PBX will significantly benefit from using nanometric HMX.     

Dynamic Compressive Properties of Polymer Bonded Explosives under Confining Pressure

Passively confined dynamic impact experiments on PBX1314 specimens are performed by employing aluminum jackets with split Hopkinson pressure bar. The axial and radial stress history curves are measured in the experiments, and the characterizations of the behavior of PBX1314 under dynamic multi‐axial loads are studied. A constitutive relation is developed for modeling the dynamic mechanical responses of PBX1314 by using the Boltzmann superposition principle with a Prony series representation. The material parameters of PBX1314 can be obtained by fitting the modulus master curve. Detailed finite element simulations of the passively confined tests are carried out to evaluate the measure accuracy of the device to the material mechanical behavior. The correctness of the constitutive relation is verified by comparison the finite element simulations with the experiments. Good agreements are obtained.     

The effect of mixed soft segment on the microstructure of thermoplastic polyurethane

In this work, we fixed the hard segment content (Ch%) and synthesized thermoplastic polyurethane (TPU) elastomers with one-soft segment (HTPB-PU, PTMG-PU, and PCL-PU) and bi-soft segment (PTMG-HPU and PCL-HPU), using 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 1,4-butanediol, and different oligomer diols as raw materials. This work was used to explore the impact of two polar diols (polytetrahydrofuran diol [PTMG]; polycaprolactone diol [PCL]) of the hydroxy-terminated polybutadiene (HTPB)-based TPU on the microstructure and macroscopic properties. Using Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, and differential scanning calorimetry to characterize TPU, the results showed that the introduction of PCL was better than PTMG in promoting microphase mixing and crystallization, and reducing microphase separation. This result was closely related because the carbonyl group in PCL was stronger than the ether bond in PTMG in forming hydrogen bonds with ─NH bond. Through mechanical test and isopropyl alcohol (IPA) resistance test, the results showed that HTPB-based TPU with PCL (PCL-HPU) significantly improved tensile strength and elongation at break, and only a small reduction of Young's modulus was observed. PCL-HPU had the best retention of the IPA resistance of HTPB-based TPU.     

PBX9501热感度、热膨胀及力学性能的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟研究了不同温度和压强条件下PBX9501炸药的热感度、热膨胀和力学性能。通过体系中各组分最大引发键键长的变化判断温度对其热感度的影响;预测了PBX9501体系在不同温度下的热膨胀系数;采用静态力学理论分析其力学性能随温度和压强的变化。结果表明,在295~450K,随温度的升高,PBX9501炸药的敏感性增大,且在375K时其引发键的最大键长显著增大;热膨胀系数随温度升高而减小;随温度升高其脆性越明显,随压强的增加其韧性越好。     

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。     

不同壁材石蜡微胶囊与HTPB型黏结剂的表界面研究

为了解决聚合物黏结炸药(PBX)中小分子石蜡钝感剂力学性能差、与高分子黏结剂相容性不佳等问题,基于不同壁材石蜡微胶囊(MePW)的合成,采用浇注成型的方法,制备其与石蜡、端羟基聚丁二烯型聚氨酯(HTPB)的复合材料;研究了该复合材料的化学组成、脆断面形貌、表面和界面热力学性质、力学性能,以及它们之间的关系。结果表明,加入MePW可以有效减少石蜡从HTPB基体脆断面脱离,以MF MePW和PS MePW改善效果最佳。与PW/HTPB相比,加入MePW后使材料表面张力(γs)最高降低了14.8012mN/m(60%MF MePW/PW/HTPB),明显提高石蜡与HTPB间的相容性;同时力学性能显著增强,其压缩模量、压缩强度、拉伸模量、拉伸强度和断裂伸长率最高分别提高了10.4kPa(PS-SiO2 MePW)、94kPa(PMMA MePW/PW/HTPB)、44 kPa(MF MePW/PW/HTPB)、519kPa(MF MePW/PW/HTPB)和796.16%(MF MePW/PW/HTPB)。由此可见,4种壁材MePW中,MF MePW对PW/HTPB的改性效果最显著,最有利于其在PBX体系的应用。     

IPDI基浇注型聚氨酯弹性体性能的研究

采用不同品种的多元醇与异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）反应合成了浇注型聚氨酯弹性体,研究了不同多元醇结构对IPDI型聚氨酯弹性体性能的影响;用红外光谱表征了聚氨酯弹性体的结构,并对其进行了力学性能、动态性能和耐溶剂性能测试。结果表明,聚酯多元醇（Pol-2456）的聚氨酯弹性体力学性能最好;聚醚和聚酯型聚氨酯弹性体在较高温度下tan8值仍然保持在0．4左右,可以作为阻尼材料;端羟基聚丁二烯的聚氨酯弹性体的动态性能最好,峰值为0．715（-60．4℃）,-10℃以下,tanδ值基本保持在0．2左右,且具有好的耐溶剂性。     

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.     

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。