熱固性澆注PBX 炸藥裝藥的界面性質(zhì)

段伯禎，陳 竚，曹少庭，王克勇

（西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安710065）

引 言

澆注PBX 炸藥以其優(yōu)良的性能得到廣泛的應(yīng)用［1］。但由于裝藥工藝設(shè)備的限制，裝藥量較大或彈體裝藥需采用分次裝藥時(shí)，后裝的藥漿在前次裝藥的表面展開并結(jié)合后形成了裝藥界面［2］。裝藥界面處有無(wú)質(zhì)量缺陷，及其對(duì)裝藥的整體性能有無(wú)影響成為裝藥所關(guān)注的問(wèn)題。因此，研究裝藥界面對(duì)裝藥性能的影響具有實(shí)際意義。

本研究針對(duì)以HTPB 為黏結(jié)劑的熱固性澆注PBX炸藥澆注裝藥中所形成的裝藥界面，采用工業(yè)CT、剖切、電鏡掃描、抗拉強(qiáng)度等試驗(yàn)方法進(jìn)行了對(duì)比研究，為工廠大藥量裝藥生產(chǎn)提供參考。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與儀器

RDX，2類（顆粒尺寸不大于0.5mm），甘肅銀光化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司；特細(xì)球形鋁粉，F(xiàn)LQT-3型（平均顆粒尺寸為13μm），鞍鋼實(shí)業(yè)微細(xì)鋁粉有限公司；HMX，顆粒尺寸不大于2.36mm（D 級(jí)）和顆粒尺寸不大于0.125mm，甘肅銀光化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司；HTPB，黎明化工研究院。

DF-400工業(yè)CT 設(shè)備，莫斯科探傷有限公司；Quanta600FEG 型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，美國(guó)FEI公司；4505型材料試驗(yàn)機(jī)，英國(guó)INstron公司。

1.2 樣品的制備

表1為兩種PBX 炸藥的配方，按表1配方，分別采用真空澆注方法［3］，將PBXN-109炸藥［4］澆注后并于未固化前在其上表面及時(shí)澆注PBX-110炸藥［4］進(jìn)行分段裝藥，固化后制成Φ20mm×20mm藥柱，標(biāo)記為A+B 樣品，見(jiàn)圖1（a）；將PBXN-109炸藥澆注固化后制成Φ20mm×20mm 藥柱，標(biāo)記為A 樣品，見(jiàn)圖1（b）；將PBX-110炸藥澆注固化后制成Φ20mm×20mm藥柱，標(biāo)記為B樣品，見(jiàn)圖1（c）。

表1 兩種炸藥配方Table 1 The formulation of two explosives

圖1 試樣照片F(xiàn)ig.1 Diagrams of three samples

1.3 界面性質(zhì)測(cè)試

對(duì)A+B樣品沿軸向剖切，并目視檢查剖切面質(zhì)量。

為了消除目視誤差，對(duì)A+B試樣在DF-400工業(yè)CT 設(shè)備上沿軸向無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)剖切面質(zhì)量。

采用Quanta600FEG 型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)3種樣品進(jìn)行形貌、結(jié)構(gòu)特征細(xì)微觀察并對(duì)A+B 試樣界面處進(jìn)行元素分析。

采用4505 型材料試驗(yàn)機(jī)，分別對(duì)3 種樣品以50mm／min的速度做拉伸試驗(yàn)［5］，測(cè)試每種試樣的拉斷峰值應(yīng)力σm。其中A+B樣品的界面層置于拉伸段的中間位置。

2 結(jié)果及分析

2.1 裝藥質(zhì)量分析

A+B樣品的剖切圖見(jiàn)圖2。

圖2 A+B樣品剖切圖Fig.2 Diagram of A+B cross section

從圖2可見(jiàn)，試樣的剖面上呈現(xiàn)明顯的目視界面，但界面處致密，未見(jiàn)分層、氣孔等缺陷。可見(jiàn)，界面處質(zhì)量良好。目視界面是由于兩種炸藥的固相成分不同所致，PBXN-109炸藥含鋁粉為灰色，而PBX-110炸藥為白色，所以目視界面明顯。藥漿所含的氣體在真空澆注過(guò)程中被除去，使界面處未見(jiàn)氣孔等缺陷。

A+B樣品的無(wú)損檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3可見(jiàn)，A+B樣品有明顯的界面，該界面上下兩部分色度不同，但界面處未見(jiàn)氣孔、條形孔隙等缺陷，說(shuō)明界面處致密，無(wú)分層，與剖切結(jié)果一致。

圖3 A+B樣品軸向CT圖Fig.3 Diagram of A+B axial CT

上述工業(yè)CT 的軸向剖切圖顯示出不同色度和明顯界面是由于兩種炸藥裝藥的密度不同所致。PBXN-109炸藥密度為1.64g／cm3，PBX-110 炸 藥密度為1.66g／cm3，密度大的成像色深，密度小的成像色淺，導(dǎo)致CT圖上出現(xiàn)不同色度和界面。

2.2 微觀結(jié)構(gòu)分析

3種樣品的掃描電鏡圖片見(jiàn)圖4。

圖4 3種樣品的掃描電鏡圖圖4 SEM photoes of three samples

從圖4（a）和（b）可見(jiàn)，A 和B樣品顆粒之間，無(wú)間隙，未見(jiàn)分界。從A、B 樣品的形貌可知，較大的組分顆粒之間填充滿較小的固相顆粒和黏結(jié)劑等，這是采用顆粒級(jí)配和真空澆注工藝的緣故。在真空狀態(tài)下，炸藥各組分間氣體被除去，小顆粒和液態(tài)組分分散到大顆粒之間，各組分相互緊密排布，并均勻分布，所以固化后無(wú)間隙。由于每種樣品組分一致且分布均勻，故而未見(jiàn)分界。

對(duì)圖4（c）中點(diǎn)1和點(diǎn)2處進(jìn)行能譜分析，結(jié)果表明，點(diǎn)1處Al元素計(jì)數(shù)為15，點(diǎn)2處Al元素計(jì)數(shù)為446。

從圖4（c）和能譜分析結(jié)果可見(jiàn)，炸藥顆粒之間充滿物質(zhì)，無(wú)間隙?？杀娼缑?，其兩側(cè)形貌不同。大顆粒左側(cè)點(diǎn)1處鋁粉含量較低，說(shuō)明大顆粒左側(cè)為PBX-110 炸藥；大顆粒右側(cè)點(diǎn)2 處鋁粉含量較高，說(shuō)明大顆粒右側(cè)為PBXN-109炸藥；該大顆粒為PBX-110炸藥中的D 級(jí)HMX 顆粒，其左側(cè)是兩種炸藥的界面層。這是因?yàn)橄葷沧⒌恼ㄋ幙尚纬奢^平的藥漿表面，后澆注的炸藥其藥漿在重力作用下從局部嵌入前者之中，兩種黏結(jié)劑體系相同的炸藥組分交織、融合，形成不規(guī)則的薄的界面層，黏結(jié)劑固化后，界面層的固液組分緊密結(jié)合，使兩種配方的裝藥形成一個(gè)整體，所以界面處無(wú)明顯的分離和間隙。

2.3 力學(xué)性能

在試驗(yàn)溫度20℃、拉伸速度50mm／min的條件下，對(duì)3種樣品進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果表明，A、B、A+B 三種樣品的拉斷峰值應(yīng)力分別為：0.0867、0.0668、0.0732MPa。σm從小到大的排序依次是：B＜A+B＜A。A+B試樣的σm處于中間。

A+B樣品的界面處與A、B樣品同樣具有較高的拉斷峰值應(yīng)力。這是因?yàn)閮煞N炸藥采用相同的黏結(jié)劑，在固化劑作用下，黏結(jié)劑在炸藥內(nèi)部及其界面上均發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)［6］，生成的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)將不同的炸藥組分牢固銜接，從而在界面處形成了一個(gè)整體，使兩種炸藥沒(méi)有分層現(xiàn)象，并具有一定強(qiáng)度。這與剖切、無(wú)損檢測(cè)以及SEM 的結(jié)果一致。

3種樣品中，顆粒的大小影響其裝藥的拉斷峰值應(yīng)力。B樣品的拉斷峰值應(yīng)力最小，這與B 樣品中的HMX 顆粒較大（≤2.36mm），更容易在拉力作用下與黏結(jié)劑脫粘有關(guān)［7］；而A 樣品的拉斷峰值應(yīng)力最大，這與A 樣品所含固相（包括RDX 顆粒（≤0.125mm）和FLQT-3 球形鋁粉（13μm））顆粒較小、與黏接劑有較強(qiáng)的粘接強(qiáng)度有關(guān)；而A+B樣品的σm處于A、B 樣品之間，這與界面處兩種炸藥的組分在澆注時(shí)互相嵌入交錯(cuò)，形成不規(guī)則界面，致使界面處大顆粒含量少于B 樣品而多于A 樣品有關(guān)。

3 結(jié) 論

（1）采用真空澆注工藝方法將兩種相同黏結(jié)劑體系的熱固性炸藥進(jìn)行分段裝藥會(huì)形成裝藥界面，但界面處無(wú)分層、空隙、氣孔等質(zhì)量缺陷，裝藥界面處質(zhì)量良好。

（2）兩種相同黏結(jié)劑體系的熱固性炸藥進(jìn)行分段裝藥所形成的界面處具有較高的抗拉強(qiáng)度，其裝藥結(jié)構(gòu)完整牢固。其抗拉強(qiáng)度的大小與炸藥中固相含量的顆粒度相關(guān)，顆粒越大抗拉強(qiáng)度就越低。

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