材料老化對火工品性能影響研究

涂小珍，周美林，張巍耀，劉曉峰

?

材料老化對火工品性能影響研究

涂小珍，周美林，張巍耀，劉曉峰

（中國工程物理研究院化工材料研究所，四川綿陽，621900）

為了掌握某火工品材料老化對其性能的影響，采用高溫加速老化試驗(yàn)，對其電極電阻及PETN炸藥粉末比表面積在老化過程的變化情況進(jìn)行了測試分析，并通過該火工品單發(fā)作用時(shí)間測試，研究了電極及PETN粉末老化對其性能的影響。結(jié)果表明：在高溫加速老化過程中，該火工品電極電阻無顯著性變化，其裝配成的火工品單發(fā)作用時(shí)間也無明顯變化，但其PETN炸藥粉末比表面積隨老化時(shí)間延長出現(xiàn)了明顯下降，采用經(jīng)不同時(shí)間老化后的PETN裝配火工品，測得單發(fā)作用時(shí)間隨比表面積減小而延長。

火工品；加速老化；PETN炸藥；作用時(shí)間

火工品作為武器彈藥中一次性使用的敏感元器件，其性能好壞將直接影響武器彈藥的可靠性及安全性[1]。在長期貯存過程中，因貯存環(huán)境影響，材料老化，火工品會(huì)隨貯存時(shí)間延長出現(xiàn)性能退化或失效[2-9]。開展火工品貯存性能研究，掌握其在貯存環(huán)境下的性能情況、機(jī)制，不僅可為其壽命評估奠定基礎(chǔ)，而且還可以為其設(shè)計(jì)改進(jìn)、工藝調(diào)整、貯存環(huán)境控制等提供支撐。

某火工品是以PETN為單一裝藥的爆炸橋絲雷管(簡稱EBW)，主要由管殼、電極和PETN炸藥組成。在某批生產(chǎn)過程中，因PETN碾藥不均，炸藥顆粒度增大，出現(xiàn)該批產(chǎn)品單發(fā)作用時(shí)間較以往批次產(chǎn)品普遍偏長現(xiàn)象。另外，該火工品在溫度和溫濕度加速老化試驗(yàn)過程中，單發(fā)作用時(shí)間是其各性能參數(shù)中變化最明顯的參量，且當(dāng)單發(fā)作用時(shí)間超出技術(shù)指標(biāo)要求后，其電阻、外觀及輸出威力等均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。為了掌握該火工品在模擬貯存過程中導(dǎo)致其單發(fā)作用時(shí)間延長的原因，本研究采用高溫加速老化試驗(yàn)，對該火工品用關(guān)鍵元件電極及PETN炸藥在老化過程中的電阻及比表面積進(jìn)行了測試研究，并將老化后的電極與老化后的PETN炸藥分別裝配成火工品，通過單發(fā)作用時(shí)間測試，研究了電極及PETN炸藥老化對該火工品性能的影響。

1 加速壽命試驗(yàn)

考慮到火工品在密封貯存過程中主要受環(huán)境溫度的影響，本文采用高溫加速老化試驗(yàn)箱，分別在溫度為71℃、91℃條件下對該火工品用合格電極及PETN炸藥進(jìn)行高溫加速老化試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 PETN老化后比表面積分析

表1是利用BET理論靜態(tài)法中的容量法，采用NOVA2000型比表面積分析儀，測得該火工品批生產(chǎn)用PETN粉末，經(jīng)不同高溫加速老化不同時(shí)間后的比表面積變化百分量。

表1 PETN粉末經(jīng)老化后的比表面積變化百分量

Tab.1 The change percent value of PETN powder’s specific surface area after accelerated aging test

從表1可以看出，PETN粉末經(jīng)高溫加速老化試驗(yàn)后，其比表面積出現(xiàn)了下降，且老化溫度越高，下降地越明顯，同時(shí)，在相同溫度條件下，老化時(shí)間越長，其比表面積下降地越多。

2.2 電極老化后橋絲電阻變化情況

表2是該火工品各5發(fā)電極經(jīng)71℃和91℃老化9d后，取出在室溫放置48h后測得的電阻變化情況。從表2可以看出，經(jīng)高溫加速老化后，該火工品電極電阻均較老化前有所變化，有增大趨勢，但變化量均非常小。表3是采用-檢驗(yàn)法，對不同老化條件下5發(fā)電極電阻均值在顯著水平=0.05條件下進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)結(jié)果。從表3檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，該火工品電極在71℃和91℃加速老化9d后的電阻較老化前無顯著性變化。

表2 電極老化后電阻變化情況

Tab.2 The change value of the electrode resistance

表3 不同老化條件下電極電阻均值的-檢驗(yàn)結(jié)果

2.3 PETN粉末老化對火工品單發(fā)作用時(shí)間影響

表4是該火工品用PETN炸藥經(jīng)91℃加速老化2d、4d和6d后，與未老化電極、管殼裝配成產(chǎn)品，在室溫下測得的單發(fā)作用時(shí)間值與技術(shù)指標(biāo)要求值的比值情況。

表4 老化后PETN粉末裝配火工品的單發(fā)作用時(shí)間

Tab.4 The sigle sample’s function time of EBWwith aged PETN powder

從表4中測得結(jié)果可以看出，PETN炸藥粉末老化時(shí)間越長，其裝配成火工品的單發(fā)作用時(shí)間也越長，如采用經(jīng)91℃老化6d后的PETN炸藥粉末，裝配成的火工品的作用時(shí)間已超出技術(shù)指標(biāo)要求。分析各批次首件及質(zhì)量一致性檢測結(jié)果，可知該火工品批生產(chǎn)抽檢測得的單發(fā)作用時(shí)間與技術(shù)指標(biāo)要求比值通常不超過87%。結(jié)合表1中測試結(jié)果，說明PETN粉末比表面積變化對其作用時(shí)間具有明顯的影響，即比表面積下降地越多，其作用時(shí)間越長。

2.4 電極老化對火工品單發(fā)作用時(shí)間影響

表5是該火工品電極在91℃老化6d后，與未老化PETN炸藥及管殼裝配成火工品，測得的單發(fā)作用時(shí)間情況。從表5中測試結(jié)果可以看出，該火工品電極老化對其單發(fā)作用時(shí)間無明顯影響。這主要是因?yàn)槠潆姌O電阻在高溫加速老化過程中未發(fā)生明顯變化。

表5 老化后電極裝配火工品的單發(fā)作用時(shí)間

Tab.5 The sigle sample’s function time of EBWwith aged electrode

3 結(jié)論

通過對某火工品電極及PETN粉末進(jìn)行老化試驗(yàn)，以及后續(xù)對其單發(fā)作用時(shí)間進(jìn)行測試，得到了電極老化及PETN粉末老化對該火工品作用時(shí)間的影響規(guī)律。研究表明：PETN炸藥粉末經(jīng)高溫加速老化后，其比表面積隨老化時(shí)間延長出現(xiàn)了明顯下降，且采用在相同老化溫度條件下，經(jīng)不同時(shí)間老化后的PETN裝配成的火工品隨PETN比表面積減小，其作用時(shí)間延長。但是其電極經(jīng)老化后，電極電阻及裝配成的火工品的作用時(shí)間無明顯變化。

[1] 王凱民,溫玉全.軍用火工品設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2006.

[2] S. A. Moses. Long-life aerospace explosive components[C]// Proceedings of the 7th Symposium on Explosives and Pyrotechnics. Philadelphia, 1971.

[3] Malik, Dennis F. Storage reliability of missile materiel program. igniters and safe and arm device analysis[R]. ADA026938, 1976.

[4] G. Manton. Accelerated ageing of pyrotechnics 16mm signal cartridge-Green[C]//The 22nd International Pyrotechnics Seminars.Fort Collins, Colorado, 1996.

[5] M. F. Foltz. Aging of Pentaerythritol Tetranitrate (PETN) [R]. Lawrence Livermore National Laboratory,2009.

[6] 李東陽,劉占峰.火工品長貯失效情況分析[J].火工品,1996 (2):28-30.

[7] 張福光,崔旭濤,洪亮.導(dǎo)彈火工品貯存壽命的影響因素分析[J].裝備環(huán)境工程,2011,8(6):24-30.

[8] 涂小珍,韋興文,王培,等.電爆管失效模式及影響因素研究[J].含能材料,2012,20(1):117-119.

[9] 李芳,張蕊,都振華,等.不同貯存環(huán)境下SCB電極塞的失效機(jī)理[J].含能材料,2015,23(2):168-172.

Effect of Materails Aging on the Performance of Some Initiator

TU Xiao-zhen , ZHOU Mei-lin , ZHANG Wei-yao，LIU Xiao-feng

（Institute of Chemical Materials, CAEP, Mianyang，621900）

To obtain the effect of materials aging on the performance of exploding bridgewire(EBW) detonator, the electric resistance of electrode and the specific surface area of PETN explosive were tested and analyzed, after udergoing high temperature accelerated test,and the function time of EBW detonators adopting the aged electrode and aged PETN powder were tested. Results show that the electric resistance of electrodes had no significant change and no influence on the detonator’s function time .But the specific surface area of PETN powder was decreased obviously with the temperature rasing and test time prolonging, and the function time of EBW detonator became longer with the specific surface area of PETN powder decreasing.

Initiating explosive device；Accelerated aging；PETN powder；Function time

1003-1480（2017）04-0016-03

TJ450.4

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2017.04.005

2017-02-12

涂小珍（1976 -），女，副研究員，主要從事火工品貯存老化及壽命評估研究。

科技創(chuàng)新基金（KJCX-201509）。