飛片材料經加速老化后對飛片速度的影響研究

涂小珍，張 波，曹 可，宮 正，李 偉

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飛片材料經加速老化后對飛片速度的影響研究

涂小珍1，張 波2，曹 可1，宮 正1，李 偉1

（1.中國工程物理研究院化工材料研究所，四川 綿陽，621999；2.海軍裝備部駐西安地區(qū)軍事代表局，重慶，400042）

為了掌握經長期貯存后的飛片材料在初始起爆條件下的飛片速度是否會發(fā)生顯著性退化，采用光子多普勒測速儀對經71℃加速老化不同時間后的聚酰亞胺飛片材料形成飛片的速度進行了測試。結果表明，針對不同時間加速老化后的聚酰亞胺飛片材料，在相同起爆條件下由其形成飛片的最大速度及飛片出炮筒時的速度均無顯著性變化，且在一定炮筒厚度下，飛片出炮筒的速度沒有達到最大值。

沖擊片雷管；加速老化；飛片；飛片速度

由于沖擊片雷管對機械沖擊、靜電、雜散電流、射頻等都有較強的抵抗能力，特別適用于直列式爆炸序列，目前在鈍感彈藥中的應用也越來越廣泛[1]。

沖擊片雷管的起爆能量主要與撞擊炸藥的飛片速度及飛片厚度相關，且飛片厚度又對飛片速度具有一定的影響。因此，飛片速度成為沖擊片雷管設計中的一個重要關鍵參數[2]。為此，國內外針對沖擊片雷管飛片速度開展了多項研究。如H.H.Chau[3]利用電格尼模型計算了爆發(fā)電流密度和飛片最終速度的關系；袁士偉[4]采用電格尼能模型，計算分析了飛片厚度、密度對飛片速度和飛片動能的影響；王翔[5]采用DISAR測試技術，分別獲得了聚酯薄膜飛片、鋁/聚酯薄膜飛片及銅/聚酯薄膜飛片在金屬箔電爆驅動下的速度歷程；付秋波[6]開展了爆炸箔厚度及橋區(qū)尺寸對沖擊片雷管飛片速度的影響，獲得在一定的起爆能量下，驅動飛片達到最大速度的爆炸箔存在一個最佳厚度值，且在爆炸箔厚度一定的情況下，減少爆炸箔的橋區(qū)尺寸，可以提高爆炸箔驅動飛片的能力；陳清疇[7]采用光子多普勒干涉測速儀，系統(tǒng)開展了橋箔寬度、橋箔厚度、飛片厚度、加速膛長度及高壓電源對飛片速度的影響；都振華[8 ]采用光子多普勒干涉測速儀研究了爆炸橋箔經加速老化后對飛片速度的影響，結果表明，加速貯存后爆炸橋箔在聚酰亞胺基底的附著能力變差，且隨著加速貯存時間的延長，爆炸橋箔驅動飛片能力下降，飛片速度降低。

為了確定某沖擊片雷管在模擬長期貯存過程中性能退化的關鍵原因，本文通過飛片速度測試，研究了該沖擊片雷管用聚酰亞胺薄膜經加速老化后，在相同起爆條件下的飛片速度變化情況。

1 試驗

1.1 試驗樣品

采用專用沖床將聚酰亞胺薄膜沖裁成尺寸規(guī)格為Φ6mm的小圓片，其中小圓片每組5片，共4組。

1.2 儀器及設備

AHX-863油浴烘箱，溫度控制范圍：室溫~110℃，控溫精度±1℃。光子多普勒測速系統(tǒng)為南京理工大學研制。測試用光纖規(guī)格為：2PF-01-1550- 9/125-S-12- 25-2AS- 60-3A-3-5。

1.3 試驗方法

高溫加速老化試驗參照GJB 736.8-1990 火工品試驗方法 71℃試驗法進行，將加工好的聚酰亞胺薄膜小圓片放置于AHX-863烘箱內，然后以1℃/min的速度升溫到71℃加速老化不同時間，取出恒溫到室溫后，通過管殼與炮筒和鍍箔電極塞裝配在一起。飛片速度測試加工試驗件剖面圖如圖1所示。

圖1 飛片速度測試試驗件剖面圖

測試飛片速度時，先按圖2所示搭建好測試系統(tǒng)，并通過樣品固定工裝調整好光纖位置，檢測電源、光子多普勒測速儀及示波器均處于正常狀態(tài)，然后連接電源起爆爆炸箔剪切并加速飛片。

圖2 飛片速度測試裝置及系統(tǒng)

2 試驗結果及分析

2.1 經不同時間老化后飛片的最大速度

圖3（a）為采用光子多普勒測速儀測得的飛片飛行軌跡典型曲線，圖3（b）為采用get data graph digitizer軟件描繪的飛片速度隨時間變化軌跡圖。

圖3 測得飛片速度典型軌跡曲線

表1為飛片材料經71℃加速老化不同時間后測得的飛片最大速度。

表1 經71℃加速老化不同時間測得的飛片最大速度

Tab.1 Max velocity of flyer made by material aged different time at temperature of 71℃

從表1中數據可以看出，聚酰亞胺飛片材料經加速老化后測得的飛片最大速度無明顯差異。

2.2 經不同時間老化后飛片出炮筒后的速度

在沖擊片雷管的實際起爆過程中，飛片經炮筒后將直接起爆炸藥，因此，在評估過程中更關注飛片出炮筒時的速度。為此，在不考慮其他外界環(huán)境影響條件下，先通過對測得的——曲線進行積分，獲得其位移曲線，然后通過炮筒的長度，獲得對應的飛片速度。表2為各圖片處理后獲得的飛片出炮筒時的速度情況。

表2 經71℃加速老化不同時間后飛片出炮筒時的速度

Tab.2 Velocity of flyer going through barrel after material aged different time at temperature of 71℃

注：v1和v2分別為某沖擊片雷管設計炮筒厚度為1和2時的速度，且1﹤2。

從表2中的結果可以看出，在相同起爆條件下，炮筒越長，出炮筒時的飛片速度越大，且飛片出炮筒時的速度均沒有達到最大值，同時各飛片速度與飛片材料被加速老化時間無明顯的相關性。這說明，沖擊片雷管在模擬長期貯存過程中，飛片材料老化不會影響飛片出炮筒時起爆炸藥的速度。

2.3 飛片對載玻片的損傷情況

圖4中（a）~（c）是用光學顯微鏡觀察到的載玻片被飛片撞擊后的典型損傷圖片。

圖4 飛片撞擊載玻片顯微圖片

從圖4中載玻片被飛片撞擊后的損傷形貌可以看出，與炮孔對中的載玻片損傷最嚴重，且在其周圍也有不同程度的損傷破壞。這說明，飛片在撞擊到載玻片前已發(fā)生了破碎，能量較少的飛片對載玻片的破壞程度也較小，只有小小的淺坑狀。另外對所有載玻片顯微圖觀察也發(fā)現，載玻片表面被損傷的程度與飛片材料被加速老化時間無明顯的相關性。

根據GJB736.8-1990 火工品試驗方法 71℃試驗法中修正的阿累尼烏斯（Arrhenius）方程：

式（1）中：0，1分別為溫度0和1對應的時間。

可以初步獲得該飛片材料在室溫25℃放置34a再裝成沖擊片雷管后的飛片速度不會發(fā)生顯著性變化。這說明，對沖擊片雷管長貯性能退化評估中，可以暫不考慮飛片材料老化對沖擊片雷管性能退化的貢獻。

3 結論

對沖擊片雷管用聚酰亞胺飛片材料經加速老化后的飛片速度測試研究表明：飛片材料經71℃加速老化后對飛片出炮筒時的速度無明顯影響，且在設計的炮筒長度情況下，飛片出炮筒時的速度還未達到其最大速度。

[1] 尹強,耿春余.沖擊片雷管研究與發(fā)展[J].探測與控制學報, 2005,27(4):8-11.

[2] 楊振英,馬思孝,鄧瓊,等.沖擊片雷管的參數設計[J].火工品，1996(1):31-35.

[3] H. H. Chau, G. Dittbenner , W. W. Hofer, et al. Electric gun: a versatile tool for high-pressure shockwave research[J]. Review of Scientific Instruments,1980,51(12):1 676-1 681.

[4] 袁士偉,曾慶軒,馮長根,等.沖擊片雷管飛片參數設計與估算[J].火工品,2003(4):18-20.

[5] 王翔,譚開元,文尚剛,等.飛片材料對電爆驅動飛片速度的影響[J].含能材料,2014(2):259-262.

[6] 付秋波,蔣小華,郭菲,等.爆炸箔尺寸對飛片速度的影響[J].兵工學報,2010(4):434-436.

[7] 陳清疇.沖擊片雷管作用特征及影響規(guī)律研究[D].北京:北京理工大學,2016.

[8] 都振華,孫新申,張蕊,等. 爆炸橋箔加速貯存前后的電爆特性[J].含能材料,2016(5):479-484.

Study on the Influence of Flyer Material Undergoing Aging on Flyer Velocity

TU Xiao-zhen1, ZHANG Bo2, CAO Ke1，GONG Zheng1，LI Wei1

(1.Institute of Chemical Materials, CAEP, Mianyang, 621999;2.Military Representive Bureau of Naval Equipment Department in Chong Qing, Chongqing, 400042）

In order to make sure that the flyer velocity has significant change when the flyer material has been stored for long time, the flyer velocity was tested by photonic doppler vilocimetry(PDV), after the flyer material has been aged for different time at the temperature of 71℃. The test results show that the max flyer velocity has not significant changed with the aging time , as well as the velocity of flyer going through the barrel. The velocity of flyer going through the barrel doesn’t reach the max value.

Slapper detonator；Accelerated aging；Flyer；Flyer velocity

1003-1480（2019）02-0024-03

TJ45+2

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2019.02.006

2019-02-25

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。