某槍用工程塑料環(huán)境適應(yīng)性改進(jìn)試驗(yàn)研究

胥澤奇，魏小琴

（1.中國(guó)兵器工業(yè)第五九研究所，重慶 400039；2.重慶市環(huán)境腐蝕與防護(hù)工程技術(shù)研究中心，重慶 400039）

工程塑料是一種化學(xué)合成的高分子基復(fù)合材料，因其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、彈性好、剛度大、耐熱、耐腐蝕以及良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性，成為槍械制造不可缺少的一種新型材料，得到世界各國(guó)廣泛應(yīng)用。法國(guó)FAMAS，奧地利AUG，美國(guó)M16A2，俄羅斯AK74突擊步槍，奧地利格洛克手槍，德國(guó)G11 無(wú)殼彈步槍，比利時(shí)P90等槍大量采用了工程塑料，其中AUG塑料件有32個(gè)，占全槍零件數(shù)的20%；格洛克手槍塑料件占全槍的45%[1]。

為增強(qiáng)工程塑料的性能要添加增強(qiáng)纖維，在槍械的使用過(guò)程中，由于摩擦作用，這些纖維會(huì)發(fā)生外露，導(dǎo)致磨毛發(fā)白的現(xiàn)象。另外，非金屬材料在貯存過(guò)程中長(zhǎng)霉也是一大問(wèn)題。為了解決環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題，在某槍械的研制過(guò)程中，選擇了幾種性能相對(duì)較好的材料，進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性篩選及驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)樣品

槍械上使用的工程塑料材料包括上、下護(hù)手材料和彈匣材料。試驗(yàn)樣品包括不同廠商生產(chǎn)的5種改進(jìn)工藝的上、下護(hù)手材料和4 種彈匣材料。分別做成槍械上、下護(hù)手彈匣部件及力學(xué)性能試樣，成型工藝為注塑成型。試驗(yàn)樣品見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)方式

1）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)詳細(xì)的試驗(yàn)方法見(jiàn)表2。

2）自然環(huán)境試驗(yàn)

結(jié)合產(chǎn)品的使用環(huán)境、試驗(yàn)成本、試驗(yàn)費(fèi)用等，選擇萬(wàn)寧試驗(yàn)站和拉薩試驗(yàn)站。兩站的環(huán)境條件如表3 所示。為了縮短試驗(yàn)時(shí)間，試驗(yàn)時(shí)將槍械未改進(jìn)的原工程塑料樣品作為對(duì)比試樣同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。

自然環(huán)境試驗(yàn)采用戶外暴露的方式進(jìn)行。戶外暴露參照 GB/T 3681-1983 和 GB/T 3511-1983，采用標(biāo)準(zhǔn)暴露場(chǎng)面南向45°角暴露。

表1 試驗(yàn)樣品Table 1 The test samples

表2 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法Table 2 The methods of laboratory tests

表3 典型環(huán)境試驗(yàn)站環(huán)境條件Table 3 Environmental conditions of typical exposure stations

1.3 性能檢測(cè)與評(píng)定方法

槍械產(chǎn)品列裝量大、涉及面廣，因此除了基本的力學(xué)性能等要求外，對(duì)產(chǎn)品的外觀要求也很高。故此試驗(yàn)前后檢測(cè)試樣的力學(xué)性能，以及變色、粉化、變形等外觀性能。

沖擊強(qiáng)度反映了槍械在使用中抗摔打、抗沖擊的能力。試驗(yàn)按照GB1043-1993，用塑料粒料制作標(biāo)準(zhǔn)樣測(cè)定材料無(wú)缺口沖擊強(qiáng)度和缺口沖擊強(qiáng)度。

顏色變化按 GB 250-1995 分 5～1 級(jí)，每 2 級(jí)之間可再增加半級(jí)，5 級(jí)無(wú)變化，1 級(jí)變化最大。粉化參照 GB 1766-1995 分 0～5 級(jí)，0 級(jí)無(wú)粉化，5 級(jí)嚴(yán)重粉化。長(zhǎng)霉情況直接測(cè)定長(zhǎng)霉面積。試驗(yàn)后檢查項(xiàng)目還包括樣品變形、裂痕以及破損情況等可能影響非金屬部件質(zhì)量的變化細(xì)節(jié)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 耐磨性

耐磨性反映了塑料件在實(shí)際應(yīng)用中，受摩擦后保持原有狀態(tài)的能力。試驗(yàn)考慮實(shí)際的使用情況，用部件和材料分別測(cè)定。部件采用方法一測(cè)試，材料采用方法二測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

上、下護(hù)手的耐磨性試驗(yàn)結(jié)果顯示，HS-2 和HS-5摩擦后只有輕微變色，耐磨性較好，但HS-5的滾動(dòng)摩擦磨損量明顯較HS-2 大。HS-3 耐磨性較差，摩擦變色和磨損量均較大。由于彈匣部件上沒(méi)有足夠的平整面，不能進(jìn)行方法一的測(cè)試，只進(jìn)行了方法二的磨損量測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示由小到大分別為：DJ-3，DJ-2，DJ-1，DJ-4。

2.2 耐候性試驗(yàn)與熱老化試驗(yàn)

耐候性試驗(yàn)與熱老化試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

耐候性試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬和強(qiáng)化在自然氣候中受到的光、熱、氧、濕氣、降雨等環(huán)境因素，通過(guò)加速塑料的老化，以評(píng)定塑料材料的耐候性。熱老化試驗(yàn)以塑料件經(jīng)受熱和氧的加速老化作用后的性能變化，評(píng)定塑料的耐熱老化性能[2]。槍械塑料材料一般置于包裝中進(jìn)行貯存，貯存過(guò)程中主要受到熱和氧的老化作用。因而材料的耐熱老化性能與其貯存性能較為一致。本試驗(yàn)?zāi)康氖呛Y選材料，故試驗(yàn)未進(jìn)行到材料失效。表5試驗(yàn)結(jié)果顯示，HS-2，HS-4及DJ-3三種材料的性能優(yōu)于其它材料。

表4 耐磨性測(cè)試結(jié)果Table 4 Results of wearability test

表5 耐候性試驗(yàn)與熱老化試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of weatherability and thermal aging test

2.3 霉菌試驗(yàn)

將塑料樣品接種規(guī)定菌種后在霉菌試驗(yàn)箱內(nèi)培養(yǎng)，檢查霉菌生長(zhǎng)情況，以評(píng)定塑料抗霉能力。試驗(yàn)按照GJB150.10-1986進(jìn)行和評(píng)定。

抗霉菌性是槍械非金屬材料的重要性能。槍械長(zhǎng)霉易發(fā)生在貯存過(guò)程中，包括長(zhǎng)期貯存和部隊(duì)貯存等過(guò)程。霉菌生長(zhǎng)能使材料發(fā)生直接降解，其分泌的新陳代謝排泄物（有機(jī)酸）和其它離子化合物能導(dǎo)致有機(jī)材料和金屬的腐蝕，影響產(chǎn)品的外觀乃至使用性能。霉菌生長(zhǎng)繁殖，需要同時(shí)具備4個(gè)條件：有活力的霉菌孢子、霉菌生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、霉菌生長(zhǎng)所處的適宜溫度與相對(duì)濕度。霉菌孢子直徑僅為1～10μm，在流動(dòng)的空氣中極易傳播，適于大多數(shù)霉菌生長(zhǎng)的最適宜溫度為25～30 ℃，相對(duì)濕度為85%以上[3]。槍械的總裝車間及部隊(duì)庫(kù)房均存在大量霉菌孢子，其貯存的環(huán)境條件很多也適于霉菌生長(zhǎng)。因而，在塑料件的生產(chǎn)過(guò)程中防霉是十分必要的。試驗(yàn)的結(jié)果顯示，HS-2，HS-4，DJ-3 以及DJ-4的抗霉菌性能均較好。

表6 霉菌試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of mildew test

2.4 自然環(huán)境試驗(yàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果，選擇各項(xiàng)性能相對(duì)較好的HS-2與DJ-3進(jìn)行自然環(huán)境試驗(yàn)。自然環(huán)境試驗(yàn)18個(gè)月的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 自然環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Results of exposure test

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)具有快捷、條件可控、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)。但實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)只能反映試驗(yàn)樣品在短期內(nèi)受到環(huán)境因素的作用后的性能變化，這種變化使得產(chǎn)品在實(shí)際使用環(huán)境下的性能變化往往存在差異。因此，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)后還必須開(kāi)展自然環(huán)境試驗(yàn)的驗(yàn)證。自然環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果顯示，槍械上、下護(hù)手及彈匣的改進(jìn)后的工藝環(huán)境適應(yīng)性明顯高于原工藝件，耐環(huán)境變色能力提高1～2 級(jí)，沒(méi)有明顯的粉化現(xiàn)象，但萬(wàn)寧試驗(yàn)站樣品仍有少量的纖維外露現(xiàn)象，還需進(jìn)一步改進(jìn)。

3 結(jié)論

改進(jìn)的槍械上、下護(hù)手工藝與彈匣工藝環(huán)境適應(yīng)性明顯優(yōu)于原工藝，耐環(huán)境變色能力提高1～2級(jí)，沒(méi)有明顯粉化，但在海洋環(huán)境下暴露仍有少量纖維外露。

[1]顧永春.塑料在輕武器上的應(yīng)用[J].現(xiàn)代兵器，1985（3）：31—35.

[2]范啟勝，黃雪鷹，郭寶星.輕武器用工程塑料熱老化試驗(yàn)與壽命預(yù)測(cè)[J]，兵工學(xué)報(bào)，2006，27（1）：141—143.

[3]胥澤奇，殷明.新型小口徑步槍封存包裝長(zhǎng)貯防霉性能研究[J]，包裝工程，2003，24（6）：60—62.