熱老化對HMX基高聚物粘結(jié)炸藥尺寸的影響研究

王玉玲，余文力，肖秀友，王 濤

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熱老化對HMX基高聚物粘結(jié)炸藥尺寸的影響研究

王玉玲1，余文力1，肖秀友2，王 濤1

（1.第二炮兵工程大學(xué)，陜西 西安，710025；2.中國兵器工業(yè)第59研究所，重慶，400039）

參照GJB 736.8-1990的試驗方法，對HMX基高聚物粘結(jié)炸藥在71℃高溫條件下進行了196d的加速老化試驗，并每隔一定時間測定其尺寸。研究發(fā)現(xiàn)：隨著老化時間的增長，藥柱的直徑有增大的趨勢，但增大速度較慢，其變化量小于0.05%；而藥柱的高度和體積在老化前10d急劇減小，而后緩慢減小，當(dāng)達到某一最小值后又緩慢增大，但總的收縮變化率小于0.9%，小于美軍標(biāo)MIL-STD-1751中1%的要求，說明HMX基高聚物粘結(jié)炸藥的物理安定性較好。

高聚物粘結(jié)炸藥；熱老化；尺寸；安定性

高聚物粘結(jié)炸藥要加工成各種幾何形狀后使用，在一定的貯存條件下(溫度、濕度、氣氛），隨著貯存時間的增長，產(chǎn)品的某些性能可能會發(fā)生不同程度的變化，如熱分解引起的成分含量的變化、力學(xué)性能的降低、爆轟性能的下降、安全性能降低及幾何形狀和尺寸的變化等，而這些性能都是武器的主要技術(shù)指標(biāo)[1]。

熱老化是炸藥的一種主要失效模式。在此失效模式下，其失效機理表現(xiàn)為炸藥的熱分解，熱分解速率主要取決于溫度的高低。因此熱加速老化試驗是研究炸藥貯存性能的一種重要手段。國外對于高聚物粘結(jié)炸藥的老化試驗研究主要集中在老化對炸藥組分、相容性、內(nèi)部細觀損傷、力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等方面的研究[2-4]。國內(nèi)對高聚物粘結(jié)炸藥的老化試驗研究主要集中在老化對炸藥沖擊波感度、熱穩(wěn)定性、表面特性、模量、破壞強度、破壞應(yīng)變、穩(wěn)態(tài)蠕變速率等的影響[5-9]，而專門針對熱老化對尺寸影響的研究較少。本文主要對含有TNT、硝化棉和氟橡膠等成分的HMX基高聚物粘結(jié)炸藥在71℃下老化后的幾何尺寸進行研究。

1 試驗方法

1.1 藥柱的老化

參照GJB 736.8-1990 火工品試驗方法71℃試驗法，選取6發(fā)與實際炸藥部件具有相同密度的Ф24 mm×12mm藥柱，放在設(shè)定溫度為71℃、控溫精度為±0.5℃的LRH-150-S型恒溫恒濕箱內(nèi)進行加速老化試驗，老化一定時間后取出測定其高度和直徑。

1.2 幾何尺寸測試及計算方法

老化一定時間后，用分度值為0.02mm的游標(biāo)卡尺測得藥柱兩端面上對應(yīng)4個點的高度值，然后取平均值作為藥柱高度測量值；在藥柱的中間位置，沿圓周方向?qū)ΨQ測量3個直徑值，取平均值作為藥柱直徑測量值。然后按下述公式計算其體積和幾何尺寸變化率。

體積按式（1）計算：

炸藥試件高度變化百分率按式（2）計算：

直徑變化百分率按式（3）計算：

體積變化百分率按式（4）計算：

2 試驗結(jié)果與討論

炸藥試件尺寸隨老化時間的變化率如表1所示。

表1 HMX基高聚物粘結(jié)炸藥老化后尺寸變化率

Tab.1 Dimension change rate of PBX based on HMX after aging

根據(jù)表1給出的試驗結(jié)果，得到71℃溫度下藥柱直徑、高度和體積變化率隨老化時間的變化關(guān)系，如圖1所示。

圖1 炸藥試樣尺寸隨老化時間的變化率

從圖1中可以看出，隨著老化時間的增長，藥柱的直徑有增大的變化趨勢，但增大速度較慢，其變化量小于0.05%。高度的變化趨勢為：在貯存初期急劇減小，而后緩慢減小，當(dāng)達到某一最小值后又緩慢增大。藥柱體積的變化規(guī)律與藥柱高度基本一致。

造成加熱初期藥柱體積收縮的主要原因是由于加熱后炸藥分子的運動而引起的，分子熱運動作用使得炸藥中的高分子聚合物均勻化。理論研究表明，物質(zhì)的熱收縮現(xiàn)象一般出現(xiàn)在加熱初期，它是一個結(jié)構(gòu)調(diào)整、均勻化的過程，因此有一定的極限，當(dāng)超過這個極限時，收縮現(xiàn)象將終止，體積便不再縮小。而后，藥柱發(fā)生膨脹，體積緩慢增大。因為TNT分子具有苯環(huán)的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，硝基的對稱分布使分子有較好的熱穩(wěn)定性，比硝酸酯甚至硝胺還要好[10]，因此藥柱后期的膨脹主要是由于炸藥內(nèi)少量穩(wěn)定性較差的硝化棉的分解反應(yīng)引起的。硝化棉分解時，其O-NO2鍵斷裂，釋放出NO2氣體產(chǎn)物[11]，氣體產(chǎn)物在炸藥內(nèi)部的聚集引起應(yīng)力，在應(yīng)力的作用下，藥柱發(fā)生膨脹。

3 結(jié)論

通過對HMX基高聚物粘結(jié)炸藥的71℃老化試驗研究，得出如下結(jié)論：

（1）隨著老化時間的增長，藥柱的直徑有增大的變化趨勢，但增大速度較慢，其變化量小于0.05%。

（2）隨著老化時間的增長，藥柱的高度在老化前10d急劇減小，而后緩慢減小，當(dāng)達到某一最小值后又緩慢增大。藥柱體積的變化規(guī)律與藥柱高度基本一致。

（3）HMX基高聚物粘結(jié)炸藥在老化過程中，藥柱徑向略微出現(xiàn)膨脹，軸向出現(xiàn)收縮。

（4）隨著老化時間的增長，藥柱的高度和體積變化率小于0.9%，小于美軍標(biāo)MIL-STD-1751中1%的標(biāo)準(zhǔn)[12]，說明HMX基高聚物粘結(jié)炸藥的物理安定性較好。

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The Influence of Heat Aging on Dimension of PBX Based on HMX

WANG Yu-ling1，YU Wen-li1，XIAO Xiu-you2，WANG Tao1

(1. The Second Artillery Engineering University，Xi’an，710025；2. No.59 Institute of China Ordnance Industry, Chongqing，400039)

According to experiment method in GJB 736.8-1990，accelerated aging test of one hundred and ninety-six days about PBX based on HMX was done under 71℃, and dimension of grain were measured at a certain time. The study shows that diameter of explosive grain has a increasing trend, but its change is less than 0.05 percent. At the same time, height and volume of explosive grain all declined sharply at the beginning of ten days, then slowly decreased to the lowest value, after that increased slowly again, but total shrinkage rate is less than 0.9 percent, which meet with the requirement of one percent of MIL-STD-1751. This explains that physical properties of explosive are steady.

Polymer bonded explosive(PBX)；Heat aging；Dimension；Stability

1003-1480（2014）05-0025-03

TQ560.71

A

2014-06-03

王玉玲（1971-），女，副教授，主要從事含能材料老化效應(yīng)研究。