HMX基混合炸藥藥柱膨脹規(guī)律的探究

陳明磊，馬 驍，向凱輪

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HMX基混合炸藥藥柱膨脹規(guī)律的探究

陳明磊，馬 驍，向凱輪

（甘肅銀光化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司，甘肅 白銀，730900）

為了探究HMX基混合炸藥藥柱的膨脹規(guī)律，對兩種代表性的炸藥藥柱進(jìn)行了壓制壓力、熱循環(huán)和老化等試驗(yàn)，并對其影響機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：增加壓制的壓力，藥柱密度會(huì)不可逆地增加，放置24h后藥柱體積膨脹會(huì)逐漸減??；藥柱增大主要出現(xiàn)在最初的幾個(gè)熱循環(huán)中，且隨著循環(huán)次數(shù)的增加基本停止；在老化試驗(yàn)中藥柱體積增加幅度最大也出現(xiàn)在最初的時(shí)間內(nèi)，隨著時(shí)間的增加，增加幅度逐漸減小，而藥柱質(zhì)量隨老化時(shí)間的延長逐漸減小。

HMX基炸藥；膨脹；熱循環(huán)；老化實(shí)驗(yàn)

HMX具有良好的力學(xué)性能和安全性，一般與黏結(jié)劑混合成形后使用，其熱物理性能由各組分和工藝過程所決定[1-3]。由于各組分熱物理性能的差異，以及組分之間的相互作用界面影響，HMX基混合炸藥的物理性質(zhì)便更為復(fù)雜[4]。膨脹是HMX基混合炸藥普遍存在的一種物理現(xiàn)象，而炸藥的熱膨脹性能是彈藥藥品質(zhì)量選擇的前提，因此，能夠準(zhǔn)確地探究炸藥的膨脹規(guī)律顯得尤為重要。

為了探究HMX基混合炸藥的膨脹特性，本文探究了此類型壓制成型的藥柱在不同壓制參數(shù)和熱循環(huán)及老化實(shí)驗(yàn)下膨脹的規(guī)律。

1 試驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：A（HMX/Binder 96/4）和B（HMX/GAP 95.5/4.5）兩個(gè)HMX基配方的混合炸藥。

儀器：壓力試驗(yàn)機(jī)（濟(jì)南恒瑞金試驗(yàn)機(jī)有限公司），老化烘箱，標(biāo)準(zhǔn)壓藥模具（內(nèi)徑Ф20mm），電子天平，螺旋測微器，藥勺、手套及紗布等。

1.2 測試方法

（1）兩種不同的炸藥均只改變壓力試驗(yàn)機(jī)的壓力（6~13t），保壓30min ，使藥柱的內(nèi)應(yīng)力趨于平衡，提高藥柱的密度均勻性。每個(gè)噸位下各壓制Ф20mm×20mm藥柱5發(fā)并編號。用螺旋測微器測量每批藥柱的初始平均軸向尺寸和直徑，用電子天平稱量質(zhì)量以后計(jì)算其密度，并取平均值。靜置24h后再進(jìn)行測量，計(jì)算其密度。（2）將壓制后A和B兩種混合炸藥藥柱在70℃條件下處理（100h），分析處理前后藥柱的密度變化。（3）將壓制后A和B兩種混合炸藥藥柱進(jìn)行熱循環(huán)試驗(yàn)。自然放置30d充分釋放應(yīng)力，試驗(yàn)條件為：室溫~-40~70℃~室溫，升溫速率為10℃·h-1，且在-40℃和70℃時(shí)各恒溫2h，每循環(huán)一定的次數(shù)后，測量藥柱的尺寸和密度。（4）參照 GJB 736.8-90 火工品試驗(yàn)方法71℃試驗(yàn)法，將老化試驗(yàn)用藥柱放在控溫精度為±1℃、設(shè)定溫度為71℃的試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，老化55d，并測定2種藥柱的密度變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 壓制參數(shù)對炸藥密度的影響

兩種不同壓力條件下壓制成的藥柱在實(shí)驗(yàn)前后的密度變化見表1，繪制兩種藥柱膨脹前后的壓力——密度圖，見圖1~2。

表1 壓制壓力對兩種藥柱膨脹的影響 （g·cm-3）

Tab.1 Influence of press pressure on the expansion of two grains

圖1 A藥柱密度與壓制壓力的關(guān)系曲線

由表1和圖1~2可以看出，在常溫下壓制的兩種炸藥隨著壓制壓力的增加，藥柱成型后的密度逐漸增大，放置24h以后，密度衰減率隨壓制壓力增加而減小，即體積膨脹率減小。這說明壓制藥柱的壓力越大，藥柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)越致密，其內(nèi)部孔隙率越小，藥柱在靜置以后整體體積的不可逆膨脹趨勢也變小。

圖2 B藥柱密度與壓制壓力的關(guān)系曲線

2.2 熱處理對藥柱密度變化的影響

熱處理是對炸藥藥柱在壓制成型以后進(jìn)行的一種松弛藥柱內(nèi)部應(yīng)力的處理方法，處理后的藥柱隨著應(yīng)力的消除，密度也會(huì)隨之減小。表2是兩種混合炸藥在70℃下處理100h后密度的變化情況。

表2 熱處理對兩種藥柱密度的影響 (g·cm-3)

Tab.2 The effect of heat treatment on the charge density of two grains

由表2可以看出，兩種炸藥經(jīng)過熱處理以后，藥柱的密度均減小，且減小的程度不同，這可能是由于兩種炸藥中不同添加劑的性質(zhì)所引起的。

2.3 熱循環(huán)對密度尺寸和密度的影響

藥柱在室溫~-40~70℃~室溫循環(huán)一定的次數(shù)后，藥柱的尺寸和密度均會(huì)發(fā)生變化，表3是兩種藥柱的軸向尺寸隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加發(fā)生的變化及相應(yīng)的膨脹率。從表3中可以看出，隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，藥柱的尺寸逐漸趨于穩(wěn)定，兩種藥柱的增大主要出現(xiàn)在前10次中，約完成總膨脹率的70%~90%，當(dāng)循環(huán)達(dá)到25次以后，藥柱的尺寸基本不發(fā)生變化。

表4是A和B兩種藥柱的密度在熱循環(huán)過程中的變化情況。

表3 熱循環(huán)后兩種藥柱軸向尺寸的變化

Tab.3 The size change of two grains after thermal cycle

表4 熱循環(huán)后兩種藥柱密度的變化 （g·cm-3）

Tab.4 The charge density change of two grains after thermal cycle

從表4中可以看出，兩種藥柱的密度減小主要出現(xiàn)在最初的10個(gè)循環(huán)中，當(dāng)循環(huán)次數(shù)超過15次以后，藥柱的密度較小程度減緩，基本不變。

2.4 老化時(shí)間對體積與質(zhì)量的影響

在老化試驗(yàn)時(shí)，對兩種藥柱監(jiān)測其體積和質(zhì)量隨老化時(shí)間的變化率，數(shù)據(jù)見表5。

表5 兩種炸藥藥柱老化前后的體積、質(zhì)量變化率

Tab.5 The volume and mass change rate of two grains after aging test

由表5 中數(shù)據(jù)可知，在 71℃老化時(shí)，兩種藥柱體積變化的趨勢為逐漸膨脹，隨著老化時(shí)間的延長，體積膨脹率逐漸減?。凰幹馁|(zhì)量則是一直處于減小的趨勢。藥柱體積的變化趨勢，主要是因?yàn)樵谒幹鶋褐七^程中承受很大的壓力，在無約束的高溫環(huán)境下，內(nèi)應(yīng)力開始緩慢釋放；同時(shí)高分子材料在高溫作用下，其本身存在受熱體積膨脹的特性，兩方面的綜合作用使藥柱體積逐漸膨脹。作為粘結(jié)劑的復(fù)合高分子材料存在少量易揮發(fā)的低分子量成分，在受到高溫作用時(shí)容易揮發(fā)。隨著揮發(fā)性成分由固體變成氣體溢出藥柱，藥柱內(nèi)部逐漸產(chǎn)生一些微小的氣泡，在外界壓力的作用下，藥柱內(nèi)氣泡體積縮小，最終導(dǎo)致藥柱體積膨脹變小。

同理，隨著揮發(fā)性成分的溢出，藥柱質(zhì)量隨老化時(shí)間的延長而逐漸變小。

3 結(jié)論

綜上所述，通過對A（HMX/Binder 96/4）和B（HMX/GAP 95.5/4.5）兩個(gè)HMX基配方的混合炸藥的膨脹現(xiàn)象進(jìn)行探究，得出結(jié)論：

（1）壓制藥柱的壓力越大，藥柱內(nèi)部結(jié)構(gòu)越致密，其內(nèi)部孔隙率越小，藥柱在靜置以后整體體積的不可逆膨脹變小。

（2）兩種炸藥在經(jīng)過熱處理以后，由于不同的添加劑性質(zhì)的影響，藥柱的密度均減小，且減小的程度不同。

（3）隨著熱循環(huán)次數(shù)的增加，兩種HMX基藥柱的軸向尺寸逐漸增大，且主要出現(xiàn)在前10次中。

（4）藥柱在 71℃老化時(shí)，體積逐漸膨脹后開始逐漸縮小；質(zhì)量隨著老化時(shí)間的推移逐漸減小。在老化55d的時(shí)間里，體積和質(zhì)量的變化率都小于 0.1%。

[1] 宋小蘭,安崇偉,郭效德,等. 制備工藝對HMX機(jī)械感度和熱分解特性的影響[J].含能材料,2008,16(06):698-702.

[2] 劉子如,陰翠梅,劉艷,等. RDX和HMX的熱分解II.動(dòng)力學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)補(bǔ)償效應(yīng)[J].火炸藥學(xué)報(bào),2004,27(04):72-75.

[3] 吳艷光,吳曉青,陳洪偉,等.不同晶型奧克托今用于硝胺發(fā)射藥的性能[J].含能材料,2009,17(02):206-209.

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Study on the Expansion Rule of HMX Based Composite Explosive Grain

CHEN Ming-lei, MA Xiao, XIANG Kai-lun

（Gansu Province Yinguang Chemical Industry Group Co.Ltd.，Baiyin，730900）

In order to study the expansion rule of HMX based mixed explosive grain, two kinds of representative explosive grain were tested, the influences of press pressure, thermal cycle and aging test on the grain expansion were studied. The results indicate that as increasing the press pressure, the charge density increased in irreversible, while the grain volume expansion after standing for 24h decreased gradually. The increase of grain size occurred mainly in the first few thermal cycles, and with the increase of cycle number, the increase tendency basically stopped. In the aging test, the maximum amplitude of volume increase for grain appeared in the initial time, and decreased gradually over time.

HMX based explosive；Expansion；Thermal cycle；Aging test

1003-1480（2018）05-0041-03

TQ560.6

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.05.011

2018-05-27

陳明磊（1986 -），男，助理工程師，從事含能材料性能測試研究。