加速老化PBX-6炸藥的烤燃實(shí)驗(yàn)研究

郭 偉，賈路川，王浩旭，曹 威，曹落霞，聶少云，宋清官，高大元

(1.中國工程物理研究院 化工材料研究所，四川 綿陽 621999; 2.中國工程物理研究院 安全彈藥研發(fā)中心，四川 綿陽 621999)

引言

PBX-6是一種由HMX、TATB、黏結(jié)劑和鈍感劑組成的塑料黏結(jié)炸藥，具有良好的綜合性能[1-3]。炸藥受熱能作用時(shí)，將會發(fā)生分解反應(yīng)并釋放出熱量。當(dāng)熱量不能及時(shí)向周圍環(huán)境傳導(dǎo)時(shí)，系統(tǒng)會出現(xiàn)熱失衡，發(fā)生熱爆炸現(xiàn)象[4-5]。因此，炸藥的熱安全性是評價(jià)炸藥安全性的重要指標(biāo)之一。熱安全性可用炸藥爆發(fā)點(diǎn)試驗(yàn)、非限定性和限定性熱爆炸試驗(yàn)、烤燃試驗(yàn)等進(jìn)行評價(jià)[6-7]。

關(guān)于HMX基、TATB基PBX的熱分解和熱安全性已有許多文獻(xiàn)報(bào)道。2004年，TARVER C M和TRAN T D[8]研究了HMX基塑料黏結(jié)炸藥的熱分解，提出了HMX的四步分解模型。HMX基PBX中使用吸熱黏結(jié)劑會增加熱爆炸時(shí)間，而使用放熱黏結(jié)劑會減少熱爆炸時(shí)間。爆炸時(shí)間的變化依賴于黏結(jié)劑的化學(xué)穩(wěn)定性和反應(yīng)熱。2006年，Dickson P M等[9]研究了約束PBX 9501藥片(Φ25.4mm×5mm)的熱烤燃響應(yīng)。通過高速攝影觀察了PBX 9501被烤燃后早期階段的燃燒反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生的燃燒現(xiàn)象隨點(diǎn)火溫度而變化。但在所有情況下，與層流燃燒模型都有很大不同。2010年，張旭和谷巖等[10]用固體推進(jìn)劑作為燃料開展了帶2mm厚約束鋼殼的TATB基PBX快速烤燃實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬研究。結(jié)果表明，固體推進(jìn)劑燃燒會在短時(shí)間內(nèi)引起TATB基PBX點(diǎn)火燃燒反應(yīng)，但不會發(fā)生猛烈的爆燃或爆轟現(xiàn)象。2013年，Mares J O等[11]利用高頻機(jī)械刺激對PBX 9501的熱和力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了研究，觀察到PBX 9501的最大溫升達(dá)到15K。2015年，Matthew L G等[12]進(jìn)行了HMX的快速Cook-off模擬。利用詳細(xì)的動力學(xué)模型模擬了約束HMX在外熱流作用下的瞬態(tài)行為。模擬預(yù)測的點(diǎn)火時(shí)間與實(shí)驗(yàn)測量的快速升溫時(shí)間吻合良好，點(diǎn)火溫度是加熱速率的函數(shù)?？焖貱ook-off的點(diǎn)火過程與HMX的激光點(diǎn)火過程一致。2021年，KOU Yong-feng等[13]開展了基于慢燃試驗(yàn)和數(shù)值模擬的固體推進(jìn)劑裝藥熱安全性評估。結(jié)果表明，升溫速率1℃/min時(shí)，固體火箭發(fā)動機(jī)中兩種推進(jìn)劑裝藥的點(diǎn)火位置位于側(cè)壁和殼體前接合部。與AP/HTPE/Al裝藥相比，AP/HTPB/Al裝藥的點(diǎn)火時(shí)間更長，點(diǎn)火前外殼溫度更高，點(diǎn)火后反應(yīng)更強(qiáng)烈，外殼變形更嚴(yán)重。

上述研究多集中在炸藥熱刺激作用下的安全性和能量釋放特性，對大尺寸炸藥件的貯存或加速老化后的熱安全性研究相對較少。PBX-6炸藥件在貯存和加速老化過程中，炸藥件的組分和密度等特性會發(fā)生變化，這些都可能導(dǎo)致炸藥件的物理性能、力學(xué)性能、熱性能、安全性和爆轟性能發(fā)生改變，從而影響其綜合性能[14-15]?？救荚囼?yàn)是評估炸藥件熱安全性的一個(gè)重要方法。為研究老化對炸藥件熱安全性的影響，本研究開展了半徑50mm PBX-6炸藥件在溫度65℃、時(shí)間180d和365d以及溫度55℃、時(shí)間140d和365d的加速老化實(shí)驗(yàn)。在小尺寸炸藥烤燃試驗(yàn)基礎(chǔ)上，自行設(shè)計(jì)了Φ100mm炸藥件的快烤和慢烤試驗(yàn)裝置，開展了未老化、加速老化不同時(shí)間的PBX-6炸藥件的快烤和慢烤試驗(yàn)，分析了加速老化和加熱升溫速率對炸藥件烤燃溫度和烤燃時(shí)間的影響，進(jìn)而評價(jià)了PBX-6炸藥件在受到火燒或緩慢熱刺激的熱感度和安全性，為PBX-6炸藥在貯存和應(yīng)用等過程中的熱危險(xiǎn)性提供重要的參考依據(jù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 樣 品

樣品為HMX、TATB、黏結(jié)劑和鈍感劑組成的PBX-6炸藥。造粒后的PBX-6炸藥為黃綠色固體顆粒，粒度范圍0.18～1.40mm。將PBX-6炸藥造型粉壓制成密度約1.845g/cm3的大藥柱，然后再加工成半徑50mm的空心半球用于加速老化試驗(yàn)。2個(gè)空心半球組合成Φ100mm藥球，用于快速和慢速烤燃試驗(yàn)。

1.2 加速老化試驗(yàn)

炸藥件加速老化使用AHX-863油浴安全烘箱，溫度控制范圍為室溫～95℃，精度±1℃。將加工好的14發(fā)半徑50mm的PBX-6炸藥件分成3組。第一組2發(fā)未老化；第二組4發(fā)的加速老化條件為溫度65℃、時(shí)間分別為180d和365d；第三組8發(fā)的加速老化條件為溫度55℃、時(shí)間分別為140d和365d。對未老化、加速老化的炸藥件進(jìn)行質(zhì)量和密度測試，分析加速老化對PBX-6炸藥件物理性能的影響。

1.3 差示掃描量熱分析

儀器為德國NETZSCH DSC 204 HP型高壓差示掃描量熱儀，升溫速率分別為2℃/min和5℃/min，實(shí)驗(yàn)溫度范圍為20～300℃。常壓試驗(yàn)時(shí)，試樣量(3.00±0.01)mg，動態(tài)氮?dú)鈿夥?，流量?0mL/min；高壓試驗(yàn)時(shí)，試樣量(1.00±0.01)mg，靜態(tài)壓力為1MPa，氮?dú)獬鋲骸?/p>

1.4 快烤試驗(yàn)

快烤試驗(yàn)裝置剖面示意圖見圖1。試驗(yàn)前，2個(gè)半徑50mm空心半球組合成1個(gè)Φ100mm球形炸藥件，外用Q235鋼球殼約束，內(nèi)用Q235鋼球殼或?qū)嵭綫235鋼球裝配成烤燃彈。為測量快烤試驗(yàn)中PBX-6炸藥件不同位置的溫度變化，將Φ1.5mm的鎧裝熱電偶事先裝入烤燃彈炸藥件的內(nèi)外表面。然后，將裝有PBX-6炸藥件的烤燃彈放入Q235鋼圓筒內(nèi)嵌有石棉墊層的托架上，兩端用端蓋旋緊。圓筒置于距航空煤油槽表面一定高度的固定支架上，分別在火焰和圓筒上下表面安裝測溫?zé)犭娕?。航空煤油到入燃燒盆，周圍放置?mm的鐵皮做見證板，安裝好裝置的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場照片見圖2。用熱電偶和溫度測試系統(tǒng)記錄各測試位置的溫度變化，利用高速相機(jī)拍攝試驗(yàn)過程。綜合分析炸藥件在快烤條件下的烤燃時(shí)間、烤燃溫度、試驗(yàn)殘余物來評價(jià)反應(yīng)程度[16-17]。反應(yīng)等級分為分解、燃燒、爆燃、爆炸和爆轟5個(gè)等級。

圖1 快烤試驗(yàn)裝置示意圖

圖2 裝配好熱電偶的快烤試驗(yàn)裝置照片

1.5 慢烤試驗(yàn)

慢烤試驗(yàn)裝置剖面示意圖見圖3。慢速烤燃試驗(yàn)時(shí)，將2個(gè)半徑為50mm半球組合成一個(gè)球，裝入慢烤試驗(yàn)裝置的均熱組件內(nèi)，裝配好熱電偶的試驗(yàn)裝置照片見圖4。通過電加熱帶和均熱塊用智能控溫儀控制升溫速率。加熱功率為1500W，升溫速率范圍為0.5～10℃/min，溫度范圍為室溫～450℃。炸藥件及均熱塊的密封性良好，能用熱電偶測量炸藥球表面、均熱塊等位置的時(shí)間—溫度變化曲線。綜合分析炸藥件在慢烤條件下的烤燃時(shí)間、烤燃溫度、沖擊波超壓和試驗(yàn)殘余物來評價(jià)反應(yīng)程度[18-20]。反應(yīng)等級分為分解、燃燒、爆燃、爆炸和爆轟5個(gè)等級。

圖3 慢烤試驗(yàn)裝置示意圖

圖4 裝配好熱電偶的慢烤試驗(yàn)裝置照片

2 結(jié)果與討論

2.1 PBX-6炸藥的熱分解特性

對PBX-6炸藥的造型粉樣品分別進(jìn)行了常壓和1MPa、升溫速率2℃/min和5℃/min的DSC試驗(yàn)，獲得DSC曲線見圖5。

圖5 PBX-6樣品在不同壓力和升溫速率的DSC曲線

從圖5可知，在相同氣氛壓力時(shí)，升溫速率越大，熱分解峰溫越高。升溫速率2℃/min時(shí)，壓力1MPa和常壓下，PBX-6樣品的熱分解峰溫分別為267.4℃和271.8℃，高壓下PBX-6炸藥的熱分解峰溫提前4.4℃；升溫速率5℃/min時(shí)，壓力1MPa和常壓下，PBX-6樣品的熱分解峰溫分別為273.2℃和273.4℃，高壓下PBX-6炸藥的熱分解峰溫提前0.2℃。這是因?yàn)樵诟邏好荛]氣氛下，PBX-6炸藥中低熔點(diǎn)組分的升華和分解產(chǎn)物不能逸出，且分解產(chǎn)物對PBX-6炸藥中的HMX熱分解有催化加速作用，導(dǎo)致PBX-6炸藥的熱分解峰溫提前。

2.2 老化對PBX-6炸藥件快烤熱響應(yīng)特性的影響

快烤試驗(yàn)中，從航空煤油點(diǎn)火開始直到烤燃彈發(fā)生燃燒或爆響的時(shí)間為烤燃時(shí)間，燃燒或爆響時(shí)的溫度為烤燃溫度。這是評價(jià)炸藥件快烤熱響應(yīng)特性的兩個(gè)重要參數(shù)。

2.2.1 快烤熱響應(yīng)過程

首先，分析快速烤燃試驗(yàn)的熱響應(yīng)過程，涉及3個(gè)階段：(1)煤油燃燒火焰對筒體外表面加熱；(2)筒體內(nèi)的熱傳導(dǎo)以及對球殼的對流和輻射加熱；(3)球殼內(nèi)的熱傳導(dǎo)以及炸藥件的熱分解直至烤燃彈發(fā)生爆燃?？炜驹囼?yàn)使用直徑1m的小型燃燒池，航空煤油燃燒熱為42.5kJ/g，能迅速、穩(wěn)定、連續(xù)和完全燃燒，放出大量的熱。通過煤油燃燒向金屬筒體外表面?zhèn)鳠?，使筒體獲得較高的溫度。用熱電偶測得航空煤油穩(wěn)定燃燒產(chǎn)生的火焰溫度為700～900℃；金屬筒體下表面全部與火焰接觸，溫度與火焰溫度相當(dāng)；金屬筒體上表面僅部分與火焰接觸，溫度約600℃；兩邊端蓋大部分與火焰接觸，溫度為600～800℃。

金屬筒體外表面受火焰加熱后經(jīng)過熱傳導(dǎo)向內(nèi)傳遞熱量，到達(dá)筒體內(nèi)表面時(shí)溫度稍微降低，但整個(gè)筒體的內(nèi)表面也具有較高溫度。筒體內(nèi)部是密閉空間，筒體內(nèi)壁與約束炸藥件的球殼外壁之間對流傳熱很慢，主要是輻射傳熱。熱輻射與熱傳導(dǎo)和對流不同，它是以電磁輻射的形式發(fā)出能量。金屬表面溫度越高，輻射越強(qiáng)。由于筒體內(nèi)表面溫度在600～800℃之間，熱輻射時(shí)順次發(fā)射可見光以至紫外光，而金屬球殼外壁的溫度小于500℃，熱輻射發(fā)射的主要是不可見的紅外光。兩金屬表面間溫差較大，高溫金屬表面輻射給低溫金屬表面能量大于低溫金屬表面輻射給高溫金屬表面的能量。因此，熱輻射的結(jié)果是筒體內(nèi)表面把熱量傳給球殼外表面。

球殼外壁受熱輻射后溫度升高，向內(nèi)壁進(jìn)行熱傳導(dǎo)，然后再經(jīng)過界面熱傳導(dǎo)向炸藥件傳遞熱量。熱平衡方程的邊界條件為Thomas邊界條件，即從金屬外殼中傳遞到金屬內(nèi)壁的熱量等于從金屬內(nèi)壁傳遞到炸藥件表面的熱量。炸藥件受熱后溫度不斷上升，引起炸藥的熱分解反應(yīng)并放出分解產(chǎn)物和熱量，相當(dāng)于一個(gè)內(nèi)熱源[21-22]。炸藥件熱分解的產(chǎn)物和熱量受烤燃彈外殼和封閉圓筒的雙層約束，當(dāng)產(chǎn)物和熱量來不及向外界傳遞時(shí)，會引起熱量積聚。隨著炸藥件溫度不斷升高，熱分解反應(yīng)加劇，烤燃彈內(nèi)分解氣體產(chǎn)生的壓力逐漸增大，最終烤燃彈失去熱平衡，導(dǎo)致烤燃彈內(nèi)炸藥件燃燒和爆炸。

2.2.2 快烤試驗(yàn)結(jié)果分析

快烤試驗(yàn)中，3發(fā)PBX-6炸藥球的烤燃彈均發(fā)生了爆燃反應(yīng)，聽到爆炸響聲，圓筒一邊的端蓋沖開，筒體從固定支架上沖下來。但是，每發(fā)烤燃彈發(fā)生爆燃反應(yīng)的溫度、時(shí)間和程度以及試驗(yàn)殘余物的狀況有所不同，反映了加速老化對炸藥件熱安全性的影響。試驗(yàn)過程中測試的火焰溫度、炸藥件內(nèi)外表面溫度隨時(shí)間的變化曲線見圖6，試驗(yàn)結(jié)果見表1，試驗(yàn)殘骸見圖7。

圖6 PBX-6炸藥快烤試驗(yàn)中測試的溫度曲線

表1 PBX-6炸藥快烤試驗(yàn)結(jié)果

圖7 PBX-6炸藥在快速烤燃試驗(yàn)中的殘骸照片

從圖6可知，在熱輻射和熱傳導(dǎo)作用下，炸藥件外表面經(jīng)歷了升溫、緩慢熱分解、快速熱分解、燃燒直至爆炸過程。測試的溫度曲線表現(xiàn)為開始緩慢上升，然后快速上升，跳躍出現(xiàn)溫度尖峰。從圖6(c)可知，炸藥件內(nèi)表面在整個(gè)燃燒實(shí)驗(yàn)過程中，僅靠炸藥件外表面向內(nèi)表面?zhèn)鬟f熱量，8min左右溫升約30℃，炸藥件內(nèi)表面幾乎未發(fā)生熱分解反應(yīng)，說明烤燃彈的爆燃反應(yīng)主要發(fā)生在PBX-6炸藥件的外層表面?？救紡椫姓ㄋ幖獗砻姘l(fā)生爆燃時(shí)，裝配在炸藥件內(nèi)表面位置的熱電偶測到炸藥反應(yīng)時(shí)的溫度變化。因此，炸藥內(nèi)表面溫度—時(shí)間曲線上出現(xiàn)一個(gè)短暫的峰值。

根據(jù)表1試驗(yàn)結(jié)果，對比分析老化對快烤熱響應(yīng)特性參數(shù)的影響。PBX-6炸藥件在65℃加速老化后，密度隨著老化時(shí)間的增加而減小，且老化前期的密度減小速率較后期更快。未老化的FK-1樣品的爆燃時(shí)間為528s，爆燃溫度為311.2℃。與未老化樣品相比，65℃老化180d的FK-2樣品爆燃時(shí)間為493s，降低了35s；爆燃溫度為281.4℃，降低了29.8℃。繼續(xù)加速老化后，快烤試驗(yàn)中樣品的爆燃時(shí)間和爆燃溫度會進(jìn)一步下降。65℃老化365d的FK-3樣品爆燃時(shí)間為474s，降低了54s；爆燃溫度為260.4℃，降低了50.8℃。這是因?yàn)镻BX-6炸藥件加速老化后，密度降低，在炸藥表面和內(nèi)部形成許多肉眼觀察不到的細(xì)觀缺陷，導(dǎo)致其熱穩(wěn)定性降低，且加速老化時(shí)間越長，降低越大。在相同的熱輻射和熱傳導(dǎo)作用下，加速老化PBX-6炸藥件比未老化炸藥件更早地發(fā)生熱分解反應(yīng)，且早期熱分解產(chǎn)物密閉在烤燃彈空隙中無法逸出，形成壓力環(huán)境進(jìn)而加速PBX-6炸藥的熱分解，致使老化炸藥件更早地達(dá)到熱爆炸的臨界條件，老化樣品的爆燃時(shí)間和爆燃溫度降低。

從PBX-6炸藥烤燃彈爆燃后容器破壞的狀況、觀察見證板、收集破片和殘留炸藥的狀態(tài)來看，未老化FK-1烤燃彈發(fā)生爆燃時(shí)，僅炸開鋼外殼的4個(gè)固定螺栓和螺母，圓筒一邊的端蓋被沖開，筒體從固定支架上沖下來，未爆炸的剩余炸藥限定在鋼外殼內(nèi)繼續(xù)燃燒。溫度65℃、分別加速老化180d和365d的FK-2和FK-3烤燃彈發(fā)生爆燃時(shí)，鋼外殼的6個(gè)固定螺栓和螺母全部炸開，圓筒一邊的端蓋沖開，筒體從固定支架上沖出，未爆炸的剩余炸藥被炸成碎塊向四處飛散，試驗(yàn)結(jié)束后在四周能收集到炸飛的炸藥碎塊。特別是65℃加速老化365d的FK-3烤燃彈發(fā)生爆燃時(shí)，筒體的變形程度更大。

綜合分析快烤試驗(yàn)的烤燃時(shí)間、烤燃溫度和試驗(yàn)殘骸，表明PBX-6炸藥件加速老化時(shí)間越長，密度降低越多，烤燃時(shí)間越短，烤燃溫度越低，爆燃后對烤燃彈外殼和圓筒的破壞程度更大，其熱穩(wěn)定性降低，烤燃彈熱安全性下降。

2.3 老化對PBX-6炸藥慢烤熱響應(yīng)特性的影響

慢烤試驗(yàn)中，從加熱開始直到烤燃彈發(fā)生燃燒或爆響的時(shí)間為烤燃時(shí)間，燃燒或爆響時(shí)的溫度為烤燃溫度。這是評價(jià)炸藥件慢烤熱響應(yīng)特性的兩個(gè)重要參數(shù)。

2.3.1 慢速烤燃行為與熱分解特性的關(guān)系

對慢烤試驗(yàn)中的熱響應(yīng)過程進(jìn)行分析，包括3個(gè)階段：(1)通過智能控溫儀和電加熱帶控制筒體中心的升溫速率(5℃/min或2℃/min)；(2)筒體向均熱塊的熱傳導(dǎo)，以及均熱塊向炸藥件表面的熱傳導(dǎo)；(3)炸藥件的熱分解直至發(fā)生爆燃反應(yīng)。

雖然熱分析與慢速烤燃試驗(yàn)的樣品狀態(tài)相差很大，但樣品中炸藥的熱分解過程相似[23]。PBX-6炸藥中含有TATB和HMX。TATB是非常好的耐熱炸藥，在359.6℃才開始熱分解；HMX在192.9℃時(shí)發(fā)生β→δ的吸熱相變，在273.5℃才開始熱分解。PBX-6炸藥在恒定升溫速率過程中，炸藥微量熱分解和高聚物黏結(jié)劑降解產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物對PBX-6炸藥有催化加速分解作用。升溫速率5℃/min時(shí)，在265.8℃就能從宏觀上觀察到明顯的熱分解，并放出大量氣態(tài)產(chǎn)物。在敞開體系中，熱分解產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物可隨時(shí)逸出，不會形成熱積聚而發(fā)生爆燃反應(yīng)。然而，PBX-6炸藥件的慢速烤燃試驗(yàn)時(shí)，炸藥件及均熱塊的密封性較好，熱分解產(chǎn)物難以逸出。加熱筒以恒定的升溫速率加熱過程中，熱流從徑向不斷向內(nèi)傳遞，均熱塊和炸藥件的溫度也隨著上升。當(dāng)外界加熱以及PBX-6炸藥件表面自身的熱分解形成熱積聚而達(dá)到其熱爆炸的臨界條件時(shí)，會發(fā)生PBX-6炸藥件的爆燃反應(yīng)。

2.3.2 慢烤試驗(yàn)結(jié)果分析

用溫度55℃、加速老化140d和365d的炸藥件組成了4發(fā)樣品MK-1、MK-2、MK-3和MK-4，分別在升溫速率5℃/min和2℃/min下進(jìn)行了慢速烤燃試驗(yàn)。由溫度測試系統(tǒng)獲得試驗(yàn)過程中PBX-6炸藥件上表面和側(cè)表面的溫度隨時(shí)間的變化曲線見圖8，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2，慢烤試驗(yàn)殘骸見圖9。

圖8 PBX-6炸藥慢烤試驗(yàn)中測試的溫度曲線

圖9 PBX-6炸藥在慢烤試驗(yàn)中的殘骸照片

表2 PBX-6炸藥慢烤試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表2、圖8和圖9試驗(yàn)結(jié)果，對比分析老化對慢烤熱響應(yīng)特性參數(shù)的影響。PBX-6炸藥件在55℃加速老化后，密度隨著老化時(shí)間的增加而減小。在持續(xù)升溫的加熱作用下，PBX-6炸藥件表面的溫度不斷上升，發(fā)生熱分解反應(yīng)放出氣體產(chǎn)物，形成熱積聚后導(dǎo)致熱爆炸。

老化后PBX-6炸藥在不同升溫速率下的慢烤試驗(yàn)均有炸藥塊殘留。考慮升溫速率的影響，對比分析溫度55℃、加速老化140d的MK-1和MK-2樣品。升溫速率5℃/min時(shí)，MK-1樣品經(jīng)過4074s發(fā)生爆燃反應(yīng)，其烤燃溫度為224.9℃，4支傳感器測試的沖擊波超壓平均值為21.8kPa。升溫速率2℃/min時(shí)，MK-2樣品經(jīng)過8373s后熱分解反應(yīng)產(chǎn)生的氣體壓力超過慢烤試驗(yàn)裝置的約束強(qiáng)度，其烤燃溫度為218.5℃。此時(shí)炸藥件熱分解反應(yīng)的程度較弱，超壓傳感器未測到壓力信號。同樣，對比分析溫度55℃、加速老化365d的MK-3和MK-4樣品，升溫速率5℃/min時(shí)，MK-3樣品經(jīng)過4034s后熱分解反應(yīng)產(chǎn)生的氣體壓力超過慢烤試驗(yàn)裝置的約束強(qiáng)度，其烤燃溫度為215.4℃。此時(shí)炸藥件熱分解反應(yīng)的程度也較弱，超壓傳感器未測到壓力信號。升溫速率2℃/min時(shí)，MK-4樣品經(jīng)過8021s發(fā)生爆燃反應(yīng)，其烤燃溫度為211.9℃，4支傳感器測試的沖擊波超壓平均值為18.8kPa。對比分析結(jié)果表明，隨著升溫速率升高，MK-1樣品的烤燃時(shí)間比MK-2樣品減少了4299s，烤燃溫度提高了6.4℃。MK-3樣品的烤燃時(shí)間比MK-4樣品減少了3987s，烤燃溫度提高了3.5℃。即升溫速率越大，其烤燃時(shí)間越短，烤燃溫度越高。這與PBX-6粉末炸藥在不同升溫速率下的熱分解特性相同。

考慮加速老化時(shí)間的影響，對比分析老化時(shí)間不同而升溫速率相同條件下MK-1和MK-3、MK-3和MK-4樣品的烤燃時(shí)間、烤燃溫度以及試驗(yàn)殘骸，結(jié)果表明，老化時(shí)間越長，烤燃時(shí)間和烤燃溫度越低，烤燃彈熱安全性下降。這是因?yàn)镻BX-6炸藥在貯存和加速老化過程中，受溫度、濕度、氣氛等各種環(huán)境條件影響，炸藥會發(fā)生緩慢的熱分解，黏結(jié)劑出現(xiàn)降解。加速老化后炸藥件的密度發(fā)生微小變化，炸藥表面和內(nèi)部會出現(xiàn)一些用肉眼觀察不到的細(xì)觀缺陷。因此，老化后的PBX-6炸藥密度減少和熱穩(wěn)定性降低，且加速老化時(shí)間越長，降低越大。在相同的升溫速率和熱傳導(dǎo)作用下，加速老化時(shí)間長的PBX-6炸藥件更易達(dá)到熱爆炸的臨界條件，其爆燃時(shí)間和爆燃溫度降低。無論快烤試驗(yàn)或慢烤試驗(yàn)，加速老化對PBX-6炸藥件熱響應(yīng)特性參數(shù)的影響趨勢是一致的。

3 結(jié) 論

(1)DSC分析結(jié)果表明，高壓密閉氣氛下，PBX-6炸藥中低熔點(diǎn)組分的熱分解產(chǎn)物不能逸出，且分解產(chǎn)物對PBX-6炸藥中的HMX熱分解有催化加速作用。因此，與常壓敞開氣氛相比，PBX-6炸藥在1MPa下的熱分解峰溫提前。這為解釋約束炸藥件在烤燃試驗(yàn)中的熱響應(yīng)特性奠定了基礎(chǔ)。

(2)快烤試驗(yàn)中的熱傳遞經(jīng)歷了筒體的熱傳導(dǎo)、熱輻射以及炸藥件的熱分解3個(gè)階段?？炜驹囼?yàn)測量的溫度隨時(shí)間變化曲線表明，PBX-6炸藥件外表面經(jīng)歷了熱傳導(dǎo)作用下升溫、緩慢熱分解、快速熱分解、燃燒直至爆炸過程；炸藥球內(nèi)表面在整個(gè)快烤試驗(yàn)過程中溫升不大，炸藥球內(nèi)表面幾乎未發(fā)生熱分解反應(yīng)。對快烤試驗(yàn)的烤燃時(shí)間、烤燃溫度、試驗(yàn)殘余物進(jìn)行綜合分析，PBX-6炸藥件老化時(shí)間越長，烤燃時(shí)間越短，烤燃溫度越低，爆燃后對烤燃彈外殼和圓筒的破壞程度更大，烤燃彈熱安全性下降。這是因?yàn)镻BX-6炸藥件加速老化后，密度減少和熱穩(wěn)定性降低，且加速老化時(shí)間越長，降低越明顯。在相同的熱輻射和熱傳導(dǎo)作用下，加速老化炸藥件比未老化炸藥件更早地發(fā)生熱分解反應(yīng)，其分解產(chǎn)物密閉在炸藥件與約束殼體之間的微小間隙內(nèi)，形成壓力會加速炸藥件的熱分解，從而導(dǎo)致老化PBX-6炸藥件的烤燃時(shí)間減少，烤燃溫度降低。

(3)慢烤試驗(yàn)中的熱傳遞經(jīng)歷了筒體的熱傳導(dǎo)、均熱塊向炸藥件表面的熱傳導(dǎo)以及炸藥件的熱分解三個(gè)階段。當(dāng)加熱筒中心以恒定升溫速率(2℃/min或5℃/min)加熱時(shí)，炸藥件表面也隨著升溫，并經(jīng)歷了緩慢熱分解、快速熱分解、燃燒直至爆炸過程。對快烤試驗(yàn)的烤燃時(shí)間、烤燃溫度、試驗(yàn)殘余物進(jìn)行綜合分析，在相同老化條件和不同加熱速率時(shí)，隨加熱速率上升，PBX-6炸藥件表面的升溫速率也增加，其烤燃時(shí)間縮短，烤燃溫度升高，烤燃彈的熱安全性下降。這與粉末炸藥在不同升溫速率下的熱分解特性是相同的。在不同老化條件和相同加熱速率時(shí)，PBX-6炸藥件老化時(shí)間越長，烤燃時(shí)間和烤燃溫度越低，烤燃彈的熱安全性也下降。這與快烤試驗(yàn)中的熱響應(yīng)特性是一致的。即PBX-6炸藥件加速老化時(shí)間越長，其密度減少和熱穩(wěn)定性降低越大，對烤燃時(shí)間和烤燃溫度的影響也越大。