JMZ发射药力学性能研究-含能材料

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发射药药粒力学性能试验研究

发射药药粒力学性能试验研究
张玉令;罗兴柏;苟勇强;马增峰
【期刊名称】《装备环境工程》
【年(卷),期】2010(007)003
【摘要】采用从垂直于纵轴方向施加单向静态压缩载荷的方式,对发射药药粒侧面受压力作用时的力学性能进行试验研究,得出抗压强度随压痕尺寸的变化规律.对药粒侧面受力时的抗压强度进行研究具有可行性和重要意义.
【总页数】4页(P27-30)
【作者】张玉令;罗兴柏;苟勇强;马增峰
【作者单位】军械工程学院弹药工程系,石家庄,050003;军械工程学院弹药工程系,石家庄,050003;军械工程学院弹药工程系,石家庄,050003;65547部队装备部,辽宁,海城,114200
【正文语种】中文
【中图分类】TJ410
【相关文献】
1.散粒体发射药床碰撞挤压过程三维数值模拟研究 [J], 洪俊;芮筱亭;刘军;陈涛
2.管状发射药冲击力学性能数值仿真 [J], 孔斌;代淑兰;王亚微;张旋
3.球形硝基胍粒径对改性单基发射药热安定性和力学性能的影响 [J], 韩进朝;杨慧群;王永强
4.发射药粒挤压破碎机理离散元分析 [J], 洪俊; 沈月; 李建兴; 王潇
5.炮用发射药破碎药粒燃烧规律测定 [J], 张明安;周彦煌;刘千里
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《含能材料}2011年(第19卷)总目次

硝基甲烷爆轰区热作用下铝、热剂和含铝炸药颗粒的温度响应 … … ……… … … … … … … … … … ………………… ……… －铝－
… … ．． … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ．
胡荣祖，高红旭，凤起，司雨，赵徐张
海，海霞（５塑料黏结炸药的初步研究（） … … ……・ＳａｐｕｅｎＡｈｄＥｂｉ，ｂｎｋＡ￣ｉ（８）英ｖｔｌｋＺｍａ，ｍｅｌｅｈＺｙ／ｋｔｎｏ￣ｅ３４双（硝基苯一－）化呋咱的热分解机理及量子化学研究 … … … … … …… … … … … … … …………………… ………一，．３一１基氧
爆炸法制备纳米氧化锆及其表征 … … … … … … … … … … … … … … ・侯毅峰，刘玉存，王作山，刘锋，美静（９）张８油气井用隔板起爆器的起爆能力 ……………………… … … … … … ……………………．彭加斌，学贵，章松桥，哲雨（４）杨李９
配方参数对镁基水反应金属燃料／蒸汽反应特性的影响 ………………………………………… 周星，水张炜，先玮（７）柳３三氟化氯与碳氢燃料反应放能试验研究 ……………………………… 高洪泉，卢芳云，王少龙，罗永锋，闰华，志勇（２）刘４团聚硼颗粒表面粗糙度和粒径分布对富燃料推进剂药浆流变性能的影响 ………………………………… 庞维强，樊学忠（６）４ＨＰＴＢ推进剂交变温度加速老化与自然贮存相关性 ……………………………………… 丁彪，张旭东，刘著卿，高春（０）李５高能推进剂火焰传播过程实验研究 … ……………………………… … … … ……… … … …… … … … … 肖波，刘佩进（５）５长药室装药中多点点火技术试验研究 ……………… ……… … … … ………………………………・季晓松，王浩，国增（０）冯６热塑性弹性体对硝胺发射药力学性能和燃烧性能的影响 … … … … ……一贺孝军，徐霞，兰平，赵良友，吕麟（５）杜６坤，忠亮，萧忠良（９）马６

硝酸铵发射药力学性能的研究

硝酸铵发射药力学性能的研究武子元;贺增弟【摘要】The effects of ammonium nitrate on mechanical properties of gun propellant were studied.The tensile strength,elongation percentage and stress-strain curve of gun propellant under different ammonium nitrate contents and particle sizes were determined by tensile experiment method.The results showed that,as the contents of ammonium nitrate increased,the tensile strength,elongation percentage and stress-strain curve of gun propellant was gradually decreased in the first,then increased and decreased in the end.When the ammonium nitrate content waslow,the tensile strength of gun propellant was increased gradually with the decreasing of ammonium nitrate particle size;the secondary structure ofthe ammonium nitrate was formed in launch,both the particle size of ammonium nitrate and the tensile strength of gun propellant were gradually decreased.The higher the ammonium nitrate content was,the larger the particle size was and the worse the mechanical properties of propellant were.%研究硝酸铵对发射药力学性能的影响。

增材制造技术在含能材料领域中的应用

增材制造技术在含能材料领域中的应用苏醒】，那青2，党丽】，王思雨】，李轩1(1.中国兵器工业新技术推广研究所，北京100089#.北京理工大学材料学院，北京100081)摘要：对含能材料以及传统装药技术进行了介绍，通过简要分析喷墨打印、光固化成型和挤出成型等3种不同类型的增材制造技术的特点，结合装药的基本要求，阐述了当前不同类型的增材制造技术在含能材料制造领域中应用的研究发展现状、技术优势以及存在的问题。

提出了不同的含能材料在选择与其适配的打印方法时，应从打印方式的可行性、生产安全性、生产要求及成本等诸多方面进行考虑，并对含能材料增材制造技术巨大的应用潜力和未来发展方向提出了展望。

关键词：含能材料；增材制造；装药技术；光固化成型；挤出成型中图分类号:V512文献标志码:AApplication of Additive Manufacturing in Energetic Materials FieldsSU Xing1,NA Qing2,DANG Li1,WANG Siyu1,LI Xuan1(1.China Nort h Advanced Technology Generaliza t i on Ins t itu t e,Beijing100089,China；2.School of Materials,Beijing Institute of Technology,Beijing100081,China)Abstract:It was introduced that the energetic materials and the traditional molding t e chnology of various energetic materials!hroughanalyzing hecharac eris ics of addi ive manufac uring echnologysuchasink-je prin ing!UVcuring mold-ing!andex rusion molding!combinedwih hebasicdemandsofmolding echnology!i wasexpounded ha headvan ages andproblemsofvariousaddiivemanufac uring echnologyin hefieldofenerge icma erialsmanufac uring.I wasproposed that the suitable printing method for different energetic materials should be considered from the feasibility of printing mode, production safety,production requirements and the costs.And we put forward the prospects of potential for application and ;hedirec;ionoffu;uredevelopmen;.Keywords:energe;icma;erials!addiivemanufac;uring!molding;echnology!UVcuring molding!ex;rusionmolding含能材料是一类具有爆炸性基团的氧化剂和可燃物，受到外界一定的能量刺激后能单独进行化学反应并释放出大量能量的化合物或混合物，其通过燃烧或爆炸的形式做功，是武器系统实现发射和毁伤的能源材料&1'。

《含能材料》2010年(第18卷)总目次

一
禄
种高能起爆具制备工艺研究 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … ．燕吉胜
热塑性弹性体在太根发射药中的应用研究 …………………………………………… … …………………．卫东，晓安，王泽山．何魏
含能化合物４氩基一，４三唑苦味酸盐的晶体结构（）一１２，一英 …………………………………… 夏云霞，王
平，孙
杰，志华毛
二聚反应合成氧化呋咱衍生物 …………………………………………………………… 李亚南，志忠，周彦水，月萍，汪营磊张姬２甲基一一基一，一叠氮基丙烷的合成 ……………………………………………… 汪营磊，姬月萍，李普瑞，陈斌，兰英一２硝１３二Ｗｉｉｏｌｍｓｎ反应合成取代二苯醚的清洁工艺 ………………………………………………… … 方东，焦昌梅，华彬，刘祖亮ｌａ张
量气法研究三种黏合剂与Ｃ一０混合体系的热行为Ｌ２
ＨＰＴＢ与增塑剂相容性评价的分子动力学模拟 ………………………………………… … ………………・・兰艳花，刘亚青，一政付双基发射药与底火剂的相容性 ……………… …………………… 王琳，子如，张腊莹，何少蓉，刘岳璞，韩芳，林军张
｝

含能材料情况调研

含能材料国内外发展现状与趋势含能材料是一类含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物、能独立进行快速化学反应并输出能量的化合物或混合物,其能量比常规炸药通常为103J/g至少高一个数量级,是实现高效毁伤的核心技术.这种材料在激发后,一般不需要外界物质参与,即可使化学反应持续下去,快速释放出巨大的能量.它是各类武器系统包括弹道导弹和巡航导弹必不可少的毁伤和动力能源材料,是炸药,发射药和推进剂配方的重要组分.按照应用领域的不同,将含能材料分为军用和民用两大类,军用领域主要是火炸药和火工品,包括发射药、推进剂、炸药、烟火剂、起爆药等；民用领域主要是用于开矿、土建、油田、地质勘探、爆炸加工、烟花爆竹的炸药和烟火剂等.目前,习惯上也将含能材料称为高能量密度物质HEDM,它具有高能、低烧蚀、低特征信号、低易损性的性能特点,常用浇铸、压装等工艺进行制备.进入21世纪以来,含能材料因实现能量的惊人突破而受到越来越多国家的高度重视.美俄采取积极举措大力发展含能材料技术,在高活性金属储能技术、全氮物质、金属氢和核同质异能素研究上取得了重大突破.在美、俄的带领下,德国、瑞典、印度和日本等国也纷纷启动相关发展计划和研究项目,推动含能材料的研究与应用.1本学科最新研究进展1.1含能材料相关理论和计算机模拟仿真技术注意采用量子化学方法和QSPR模型通过对关注的芳烃类、唑类、富氮类、嗪类等高能量密度化合物HEDC的密度、生成热、能量、稳定性、爆速、爆压等关键性能参数进行预估和分析,以此指导其合成.开发了基于配方组分数据库的发射药和固体推进剂专家系统,便于进行其能量示性数的准确计算和配方的优化设计.建立了低温感组合装药的内弹道模型,开发了可逆的装药设计仿真软件,从而促进低温感装药技术在各类型号中的应用.基于有限元技术开发了熔铸炸药凝固过程数值模拟方法,该法可用于预测装药缩孔、裂纹、疏松等缺陷,指导熔铸炸药配方和工艺的优化设计.在混合炸药能量设计方法上,由过去单纯从化学热力学角度开展设计发展至兼顾化学热力学和化学动力学的设计思路,还重视了炸药能量输出结构与应用环境的匹配,形成了针对空中爆炸、密闭空间爆炸及密实介质中爆炸等的设计方法.1.2高性能含能材料组分配方开展了高能、高强度、低敏感、高燃速等发射药配方研究,开发了相应的优化配方.基于NG/DIANP为混合含能增塑剂、RDX为高能氧化剂开发的高能发射药,在爆温≤3500K时火药力达1275kJ/kg,在30mm火炮的常、低温内弹道试验时,膛内燃烧稳定、正常；开发的硝化棉NC基低敏感发射药和含能热塑性弹性体ETPE基低敏感发射药,火药力分别达到1205kJ/kg和1250kJ/kg,各项感度指标明显优于传统三基发射药；采用添加高燃速功能材料使发射药的正比式燃速系数达到了3mm/sMPa以上,是传统高能发射药的三倍左右,高、低、常温燃烧稳定.开展了提高螺压CMDB推进剂、交联改性双基XLDB推进剂、HTPB推进剂、硝酸酯增塑聚醚NEPE推进剂研究,开发的螺压CMDB推进剂的RDX含量达到50%以上,有效提高了CMDB推进剂的密度与能量,而燃烧压力指数仍维持在n＜；开发的含CL-20的CMDB推进剂配方,在适度控制金属铝粉含量时,可获得的比冲增益.在抗过载炸药、温压炸药、燃料空气炸药、水下炸药、不敏感炸药、基于新型高能材料的炸药和金属化炸药等7类混合炸药配方设计上取得较大进展.如,开发的新型含铝温压炸药,其毁伤作用包含了较强的爆炸冲击波和持续高温的双重效应.开发的含黑索今的复合浇注PBX炸药,密度cm3,爆速5400m/s,爆热在8200kJ/kg以上,作为水下武器系统主装药时,其水下爆炸总能量比TNT提高了一倍以上,比RS211提高了35％以上,综合性能优良,能够满足易损性要求.火工烟火药剂设计研究,重点关注了新型单质起爆药、复合起爆药、点火药、高精度延期药及其性能改进技术.开发的以TiHP/KClO428/72,氟橡胶为粘合剂为组分的新型高能点火药,机械和静电火花感度低、点火稳定、反应较完全；开发的基于锆和高氯酸钾的新型点火药,具有良好的耐高温能力；改良后的黑火药,解决了传统黑火药能量低、输出不稳定、产物腐蚀性强、易潮解失效、静电安全性差等缺陷；研制的自燃箔条诱饵剂,燃烧时可实现与平台相似的光谱辐射特征,大面积布撒时,引燃率可达100%,燃温低于1000℃,对3~5μm和8~14μm两波段探测系统具有明显干扰效果；研发了多种新型烟幕剂,形成了从可见光至近红外、中红外、远红外直至毫米波范围具有遮蔽作用的“多频谱”烟幕剂系列.1.3含能材料合成和制备加工新工艺、新方法和相关新装备发射药制造工艺方面,开发了自动化喷射吸收、剪切压延、双螺杆挤出成型等新工艺,其中剪切压延新工艺实现了吸收药脱水、混合、预塑化以及造粒工艺过程的连续化和自动化；在传统球形药内溶法工艺基础上,研制了基于“包容水”和“溶解水”成孔原理和超临界流体发泡原理的高燃速发射药成型新工艺,利用新工艺制备的内部呈泡沫结构的发射药,其表观燃速大幅提高.在推进剂装药工艺技术方面,发展了加压插管浇注与真空浇注相结合的技术,初步解决了固含量≥88%时药浆浇注困难的问题,有效提高了装药密度.成功研制了连续压延造粒的双螺旋剪切压延机,解决了高固含量改性双基推进剂生产过程中压延塑化困难、易着火燃爆等诸多难题.采用“点击”化学方法进行了GAP和ADN基固体推进剂的制备研究,得到了固含量为72%的推进剂药柱,力学性能较好,证实了“点击”化学在复合固体推进剂中的应用可行性.在炸药工艺技术方面,我国十分重视高能炸药,特别是HEDC的低成本制造技术,取得了不少成果.如在N2O5-HNO3体系中硝解乌洛托品制备RDX,产率从%提高到至%；开发的CL-20无氢解合成路线,降低了CL-20的制备成本,为规模化生产奠定了技术基础；开展了两步法合成CL-20的研究,制备了多种新型异伍兹烷衍生物,相关研究与国际同步；在RDX 球形化、NQ球形化等方面取得长足进展,已形成10-50kg级生产能力.攻克了RDX和HMX晶体形貌、内部缺陷、颗粒密度和粒径大小的控制技术,掌握了高品质RDX和HMX的公斤级制备技术.在HEDC合成方面,我国高度重视嗪类、呋咱类、唑类、胍类等非杂环、富氮含能盐类等化合物的合成研究,成功合成了数十种HEDC.其中成功合成的3,3'-二硝基-4,4'-偶氮二氧化呋咱DNAFO,其密度达cm3,生成焓为667kJ/mol,实测爆速为10km/s.此外,含能材料绿色、安全生产技术的研究与开发也相当活跃,在节能减排、回收利用、污染控制与治理技术、工艺与装备等方面取得了不少成果.1.4含能材料装药和应用技术近五年来,发射药装药技术研究保持活跃,成果丰硕.在突破驱溶、非均等弧厚等关键工艺技术难题基础上,设计并成功制备了具有高增面性的37孔粒状发射药,与现有19孔发射药相比,燃烧增面性提高了5%～12%,配合混合装药技术,明显提高大口径火炮弹道效率和炮口动能.基于同材质包覆技术设计的组合装药,具有优异的低温感效应,应用于大口径火炮时,实现了在不增加、甚至降低最大膛压的工况下明显增加炮口动能,提高了射程和威力.特别是新开发的高渐增性、低温感单元模块装药技术,解决了兼顾小号装药燃尽性和大号装药膛压限制的世界性技术难题.依托这种单元模块组成的变装药,实现了与国外先进的双模块装药相同的覆盖全射程的弹道效果；而由其组成的远程装药,在不使用加长身管和提高膛压的手段的条件下提高火炮射程.如在52倍口径、155mm火炮上的射击结果证明,在不提高膛压的条件下可提高火炮射程20%以上,其性能优于国外最先进的高膛压远程火炮.在推进剂装药技术方面,我国已掌握了单室多推力装药技术,实现了单室双推力、单室三推力和单室四推力装药设计和应用技术.单室多推力装药技术的应用,可在发动机结构不变条件下总冲提高15%以上.在混合炸药装药技术方面,近五年成功开发了几十种造型粉的制备方法,并对相关工艺流程和装备进行了技术升级.在混合炸药装药压制工艺中,新开发的等静压工艺技术,实现了复杂形状炸药件的净成型,从而减少了原材料的损耗.成功研发的精密压装装药技术、爆炸网络装药的浇注工艺、微型爆炸逻辑网络装药的微注射工艺等传爆药装药新方法,满足了新型武器对传爆药装药要求.为适应微小型火工器件的结构要求,在研究气相沉积、原位制造、纳米自组装等技术的基础上,开发了含能薄膜、内嵌复合物、多孔含能基材等火工药剂装药新技术,其成品性能明显优于常规装药.1.5含能材料测试方法和技术基于密闭爆发器燃烧实验,选择恒面燃烧的发射药试样,采用精确的压力测试手段和分段数据处理方法,建立了发射药燃速的精确测试方法,可获得压力指数n随压力p的变化曲线.开发了测量发射药动态力学性能的动态挤压试验装置和模拟膛内力学环境的多次撞击试验装置,为发射药及其装药的高压动态力学强度和高膛压发射安全性研究提供了新手段.基于老化试验及理论模拟计算,建立了NEPE高能固体推进剂的贮存寿命的预测方法.利用固体火箭发动机离心试验,初步建立了高铝粉含量的低燃速HTPB复合推进剂在过载情况下的燃烧加速度敏感性测试方法.利用高压反应釜实时监测系统,原位研究了铝/水反应的放热过程,建立了铝/水体系应用于固体推进剂的评价体系.在研究HTPB推进剂静电放电危险性基础上,建立了固体推进剂静电感度精确测试装置.建立了推进剂燃烧或爆炸产物的内阻和电导率测试方法,为推进剂燃烧产物电学性能的表征和等离子推进剂的研制提供了关键测试手段也适用炸药瞬态电学性能的表征.建立了推进剂羽流特性的微波干涉测试方法,实现推进剂尾烟尾焰电子云密度分布的测试.研究了改性双基、富燃料等推进剂标准物质的能量特性,建立了其特征信号测试标准方法.在单质炸药性能测试与评估方面,基于动态真空安定性试验法,初步建立了预测CL-20有效贮存寿命的方法.建立了较完善的固体推进剂和炸药钝感性能评价测试装置及其安全性分级方法.在火工烟火药剂性能测试与评估方面,研究并完善了火工药剂高压电阻率、±50kV静电火花感度和静电积累三参量的连续自动测试方法,建立了火工药剂激光感度、等离子体感度的测试新方法.由上可看出,近五年我国含能材料学科领域内取得了一批重要成果,有力推动了我军武器装备的改造和升级换代.其中具有完全自主知识产权的高增面、低温感发射装药和全等单元模块装药两项技术已处于国际领先水平,标志着我国已掌握了设计和制造射程更远、膛压更低、机动性能更好和战场生存能力更强的新一代大口径火炮所必须的发射能源关键技术.CL-20等高能量密度化合物的工程化规模制备技术也已达到国际先进水平,为我国发展能量性能更高、综合性能更加优良的发射药、推进剂和弹药战斗部装药提供了重要的技术和物质条件,进而为推动我国武器装备向弹药远程发射、高效毁伤和精确打击的目标发展注入了强大动力.2本学科国内外研究进展比较2.1含能材料设计与国外先进水平相比,我国含能材料基础较为薄弱,设计与研究仍然主要依靠实验,模拟仿真技术应用较少.我国的发射药能量水平已与国外相当,但品种少,综合性能尚有距离.与发达国家一样,我国高度重视HEDC设计与合成技术,并成功合成了30多个HEDC,但大多为跟踪或改进国外合成方法得到产品,自主设计和合成的品种很少.国外积极将HEDC 和高能低感度化合物用于高能低感发射药、推进剂与炸药的配方设计,其中CL-20、DNTF已成功应用于高能混合炸药和不敏感炸药,而我国因HEDC和高能低感化合物品种少、工程化尚未完成,将它们用于配方设计尚处于尝试阶段.国外已将高效能氧化剂ADN和AN应用于新型高能低特征信号推进剂中,而我国尚在开展这些新型氧化剂的应用基础研究.在火工药剂技术方面,我国的设计水平与品种,与国外先进水平相比差距较大,表现在新型火工药剂品种少,在新型火工系统设计时基础药剂的选用范围十分有限.2.2含能材料工艺技术近年来,我国十分重视含能材料制造工艺技术,研究重点在于连续化、自动化和柔性化,与国外先进工艺技术之间的差距正在缩小,但目前我国在含能材料生产时仍需较多的人工干预,制造工艺和装备水平均较落后.新型基础原材料HEDC、高效氧化剂、高能低感化合物的合成或制备方面,国外发达国家大多已完成工艺放大,部分已具备批量生产能力,但我国开展工程化研究的品种较少,制约了我国高能低感发射药、推进剂和炸药的开发.利用结晶技术制备高品质单质炸药方面,国外已开展了RDX、HMX等多种高品质单质炸药研发,其中D-RDX、D-HMX、NGu、NTO炸药晶体已经完成工程化放大,我国也已突破了关键技术,制得的D-RDX和D-HMX性能与国外相应产品相当,但品种少,工程化研究刚刚开始.我国一直重视基础原材料超细化技术研究,目前的技术水平与俄、美相当.对于火工药剂类含能材料,发达国家已完成起爆药的柔性自动合成,起爆药的新型微反应器制备技术也已进入实用化阶段,我国在火工药剂制备的关键工序也实现了自动化控制,而微反应器合成工艺还处于基础研究阶段.我国投入大量经费用于含能材料生产废水、废气的治理,开发的技术已开始推广应用,相关企业的有害物排放已大幅削减,但与国外先进的绿色生产技术相比,差距仍然显着.2.3装药技术与应用技术与发达国家相比,我国的发射药装药技术并不落后,有多项技术处于国际先进或者领先,但因基础研究不够深入,影响了部分装药新技术的推广应用.在火工药剂应用于火工品技术上,国外已深入研究了油墨打印、真空镀膜技术和原位装药等火工药剂装药技术,部分技术已用于生产,而相关研究在我国大多刚刚起步.2.4测试技术与性能评估发达国家已建立了炸药性能的测试和评价方法,考察的性能参数系统全面,而我国则侧重宏观性能的表征,微观结构与炸药材料静态、动态性能之间的关联考虑较少,建立的性能表征方法尚不够全面.国外的炸药性能综合评估模型是基于物理、化学、力学学科的研究基础和相关学科领域的先进技术,其性能预估值准确性较高,而我国在炸药性能预估时,采用了国外的计算模型,因缺乏基础参数,依靠调整模型中的基础参数值进行运算,其结果难以准确可靠地反映我国炸药的性能.3本学科发展趋势及展望3.1含能材料重点发展方向基于我国国情、世界新军事变革和含能材料应用属性的考量,在近中期我国含能材料技术发展过程中应把握的重点发展方向包括：火炮发射药应重点发展高能、高强度、低敏感度、高能量利用率及其装药；固体推进剂应重点发展高能、钝感、低特征信号推进剂；炸药则应重点关注高能、低感品种的发展；火工烟火药剂应把发展重点放在安全、环境友好、高端和个性化品种上.在含能材料设计时,需协调好高能量与低敏感度的关系,以及使用时含能材料与其所处环境的耦合关系.含能材料工艺技术的发展重点应放在安全、绿色环保、高效和精密制造,即在提高产品质量和生产效率、降低生产成本的同时,注重生产过程的本质安全,减少或消除环境污染.3.2含能材料发展策略为更好地推动本学科的发展,近中期必须加强基础研究,以拓展自主创新思路；在倡导技术创新的同时鼓励技术集成；加快高层次人才培养的同时,充分发挥领军人才在科技创新活动中的作用；重视科研平台建设,优化资源配置；进一步改革科研管理体制,完善管理制度.。

JMZ发射药及其组分的热分解性能

的分解以及ＰＴ的降解。加入Ｎ后，射药体系的热稳定性增加。ＥＣ发关键词：理化学；物发射药；分解；化能热活中图分类号：Ｊ５Ｔ５；Ｏ６２３４．文献标志码：Ａ文章编号：０７７１（０７０—０３０１０ — ８２２０）４０４ —４
何卫东，徐皖育
（京理工大学化工学院，江苏南京２０９）南１０４
摘要：Ｔ和ＤＡ对含环氧乙烷／用ＧＴ四氢呋喃共聚醚（Ｅ黏结剂的发射药（ＭＺ发射药）其相关组分的热分ＰＴ）Ｊ及
ＴｈｒａｃｍｐｓｔｏｒｏｍａｅｏｅｍｌＤｅｏｏｉｉｎＰｅｆｒｎｃｆＪＭＺｏｌａｓＰｒｐｅｌｎｔ
ａｄＲｅａｅｍｐｓｔｏｎｌｔｄＣｏｏｉｉｎｓ
ＨＥｅ — ｎｇ，ＸＵａｎｙＷｉｄｏＷ —ｕ
ａｉａｉｎｅｎｒｙｏｆＰＥＴｏｐｌａｎｔｓｓｔｃｔｖｔｏｅｇｐｒｅｌｙｅｍｌｖｅｓｗｈｅＣｓａｅＯｔｏｌａｙｔｍ．ＲｅｕｌｓｓｗｈａｅｅａｔｎＮｉｄｄｄｔｈｅｐｒｐｅｌｎｔｓｓｅｓｔｈｏｔｔｔｅｒａｄｅｏｍｐｏｉｉｎｐｏｅｓｈｍｌｃｓｔｏｒｃｓｏｆＰＥＴｐｒｅｌｎｔｃｎｏｐｌａｓａｂｅｄｖｄｄｎｏｔｏｓａｅｓ：ｔｅｆｒｔｓａｅｓｔｉｉｅｉｔｗｔｇｈｉｓｔｇｉｈｅｖｏａｉｉａｉｄｄｅｏｐｏｉｉｆｍｉｄｎｉｒｔｎｄＮＣ，ａｎｈｅｏｔｐｉｈｅｄｅｏｐｏｓｔｏｎｏｔａｉｎｌｔｌｚｔｏｎａｎｃｍｓｔｏｎｏｘｅｔａｅａｄｔｅｓｃｎｄｓｅｓｔｃｍｉｉｆｎｉｒｍｎｅａｄ

高能高强度发射药配方与力学性能研究解析

高能高强度发射药配方与力学性能研究
本论文研究了两个不同的体系高能高强度发射药的力学性能:一类是JMZ发射药,由混合硝酸酯增塑的聚醚聚氨酯、RDX、NC以及辅助添加物等成分组成。

另一类为含热塑性聚氨酯弹性体(TPUE)的高能发射药,是在硝胺、太根等高能发射药配方基础上添加少量热塑性聚氨酯弹性体组成。

通过理论和实验分析、配方的优化设计,确定了高能高强度发射药的基本研究配方体系,在基本研究配方的基础上,制备了系列的发射药样品。

应用材料试验机、冲击试验机、DMA等试验方法,测试了其不同温度下的力学性能,研究了不同组份及含量对高能高强度发射药力学性能的影响,同时,对其能量性能进行了计算和测试。

研究结果表明:JMZ发射药可采用传统的挤压工艺制备。

在具有较高能量(火药力大于1100 kJ/kg)的同时,其抗冲击、抗压缩等力学性能优良,尤其是具有优良的低温力学性能,是获得高能高强度发射药的有效途径之一。

配方中加入少量的扩链剂三元树脂可以进一步提高其力学性能,加入量为1.5wt%时,JMZ发射药的综合力学性能最好。

在高能太根混合酯发射药的基础配方中加入少量的热塑性聚氨酯弹性体(TPUE),在保持其高能特性的基础上,较明显地提高了其的力学性能,尤其是低温力学性能。

TPUE的加入量为2wt%时,低温(-40℃)抗冲击强度大于10kJ·m~(-2)。

研究可以预见:通过本文两种不同的体系可以制备具有应用前景的、新型的高能量高强度发射药。

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表１㊀研究配方的ＰＥＴ预聚体相对分子质量（Ｍｎ）、官能度（ｆ及固化剂用量ｎ）Ｍｎ），ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ（ｆｏｆＰＥＴｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒａｎｄｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｉｎｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓＴａｂｌｅ１㊀Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｍａｓｓ（ｎ）
Ｎｏ．ｆｎＭｎ
１）ｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔ／ｔｉｍｅ
１２３６００２．０
２２４２００２．０
３２５５００２．０
４３４１００２．０
５３５０００２．０
６３５５００２．０
表２㊀不同粘结剂发射药抗冲和抗压实验结果Ｔａｂｌｅ２㊀ＴｈｅｓｔａｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆＰＥＴ
２３６㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀含㊀㊀能㊀㊀材㊀㊀料
第１５卷
２．３㊀结果与讨论２．３．１㊀聚醚聚氨酯预聚体性能对发射药力学性能的影响㊀㊀发射药抗冲及抗压试验结果见表２。由表２可看出：㊀㊀（１）常高温下，发射药在冲击试验中大部分未发生断裂，抗冲击性能良好，可以推测：常高温下，发射药处于高弹态。㊀㊀（２）低温下，发射药均发生断裂。预聚体相对分子质量和官能度对发射药力学性能影响较大。其规律为：预聚体为２官能度时（Ｎｏ．１３），发射药的低温抗冲击强度随预聚体相对分子质量的增加明显下降。这可能与聚合物的交联密度有关。在预聚体相对分子质量较低时，高聚物的交联网络趋于密集，且网格尺寸大于其链段，使得高分子在一定的范围内可以自由运动，赋予高分子材料较大的韧性，当交联密度合适时，对体系有增强作用，因而，抗冲击强度较高。随着预聚体相对分子质量的增加，交联密度减小，网络作用下降，引起抗冲击性能下降。由此，可以认为：在网格尺寸大于聚合物链段尺寸的情况下，增加聚合物的交联密度，有利于发射药力学性能的提高。㊀㊀预聚体为３官能度时（Ｎｏ．４６），其相对分子质
第１５卷㊀第３期㊀２００７年６月㊀
㊀
㊀ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＮＥＲＧＥＴＩＣＭＡＴＥＲＩＡＬＳ
含㊀能㊀材㊀料
㊀
Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．３Ｊｕｎｅ，２００７
文章编号：１００６９９４１（２００７）０３０２３５０５
ＪＭＺ发射药力学性能研究
徐皖育，何卫东，王泽山
（南京理工大学化工学院，江苏南京２１００９４）摘要：为了获得高能量、高强度发射药，对由硝酸酯增塑的聚环氧乙烷四氢呋喃共聚醚（ＰＥＴ）、硝化棉（ＮＣ）、黑索今（ＲＤＸ）为主要成分的发射药体系（ＪＭＺ发射药），采用材料试验机、热机械分析仪等研究了在不同温度条件发射药的压缩、冲击强度和动态力学性能，得出了ＰＥＴ预聚体相对分子质量和官能度、固化剂用量等对发射药力学性能的影响规律。结果表明：ＰＥＴ预聚体为２官能度时，随着其相对分子质量的增加，发射药冲击性能明显下降；ＰＥＴ预聚体为３官能度时，其相对分子质量对发射药抗冲击性能影响减小；当固化剂用量为预聚体固化所需量２．０４．５倍时（发射药体系含２０％ＮＣ），发射药的抗冲和抗压综合性能较优。采用３官能度ＰＥＴ预聚体及适当过量固化剂，可获得力学性能较好的ＪＭＺ发射药。关键词：材料学；ＰＥＴ；发射药；力学性能；官能度中图分类号：ＴＪ５５；ＴＱ５６２㊀㊀㊀文献标识码：Ａ
。目前使用的单基、双基及硝胺发射药在能量
［２］
或者在强度方面存在不足
。聚醚聚氨酯具有优良
［３，４］
的力学性能，已在ＮＥＰＥ推进剂中获得应用
［５］
。采用
聚醚聚氨酯作为发射药的粘结剂，有望获得具有高能量、高强度特性的发射药（ＪＭＺ发射药）。由于发射药在加工工艺、燃烧和对力学性能等方面的要求与推进剂有很大不同，如要求良好的抗压和抗冲击性能，能通过挤压成型工艺加工成符合发射药燃烧规律的各种形状等，因此，其组分和推进剂有较大差别。为了解聚醚聚氨酯结构及各种因素对发射药力学性能的影响规律，本研究对以硝酸酯增塑的聚环氧乙烷四氢呋喃共聚醚（ＰＥＴ）、硝化棉（ＮＣ）、黑索今（ＲＤＸ）等为主要成分的发射药体系，采用材料试验机、冲击试验机和动态热机械分析仪（ＤＭＡ）等方法进行了不同温度下的静态和动态力学性能测试，考察了ＰＥＴ预聚体相对分子质量、官能度及固化剂用量对发射药力学性能的影响。
㊀㊀不同温度下的应力应变曲线如图１所示。由图１可以看出：低温状态下的应力应变曲线与常高温有所不同，其模量明显大于常高温，且应变达到一定值后，应力有一个相对缓慢的上升阶段，然后才发生明显破坏。㊀㊀发射药抗压实验结果表明：３官能度聚醚聚氨酯（Ｎｏ．４６），且适当低的预聚体相对分子质量（Ｎｏ．４）其抗压强度较高。温度升高，抗压强度下降，压缩率升高。
量对抗冲击性能影响较２官能度预聚体减小。随着预聚体相对分子质量增加，抗冲击性能先增加，然后下降。在相对分子质量为５０００时（Ｎｏ．５），抗冲击强度达到最大值。同样，这和聚合物的网格大小有关。当预聚体相对分子质量较低时，高聚物的交联网络趋于密集，当小于一定的尺寸时，影响高分子链的运动，从而使抗冲击性能下降。随着预聚体相对分子质量增加，网格尺寸变大，高分子链可以更加自由地运动，使冲击强度升高。预聚体相对分子质量进一步增加，和２官能度一样，交联密度减小，网络作用下降，又引起抗冲击性能下降。㊀㊀在实验所选的预聚体相对分子质量范围内，总体说来，３官能度预聚体抗冲击性能优于２官能度。３官能度条件下，适中相对分子质量的预聚体（相对分子质量为５０００）制成的聚合物，有较强的冲击强度。㊀㊀预聚体官能度和相对分子质量对发射药抗压强度和压缩率也有一定的影响。预聚体官能度为３时，发射药的低温抗压强度和压缩率均大于官能度为２时的发射药。这和３官能度预聚体交联密度较大有关。比较而言，相对分子质量低的预聚体制成的发射药抗压强度大一些。
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㊀㊀Ｎｏｔｅ：１）Ｔｈｅｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｉｓｔｈｅｔｉｍｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒｒｅａｃｔｉｏｎ．收稿日期：２００６０９１４；修回日期：２００６１２２２作者简介：徐皖育（１９５８－），女，副教授，博士，主要从事含能材料分析研究。ｅｍａｉｌ：ｈｅｗｅｉｄｏｎｇ＠ｍａｉｌ．ｎｊｕｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
１㊀引㊀言
㊀㊀现代武器发展对发射药提出了高能量、高强度的需求
［１］
２㊀实验研究
２．１㊀配方体系㊀㊀研究的发射药体系主要由ＰＥＴ（粘结剂）、混合硝酸酯（ＮＧＴＥＧＮ）、ＮＣ、ＲＤＸ等组成，固化剂采用Ｎ１００，固化催化剂为三苯基铋（ＴＰＢ）。研究配方对应的ＰＥＴ预聚体相对分子质量（Ｍｎ）、官能度（ｆ）及固化ｎ剂用量见表１。表中，Ｎｏ．１６考察粘结剂ＰＥＴ预聚体相对分子质量和官能度对发射药力学性能的影响，Ｎｏ．６１０考察固化剂用量对发射药力学性能的影响。固化剂用量为ＰＥＴ预聚体完全固化所需理论计算量的倍数。最小用量为ＰＥＴ预聚体固化所需理论计算量的１．１倍（Ｎｏ．７），最大用量为ＰＥＴ预聚体固化和ＮＣ中羟基完全反应所需的量（Ｎｏ．１０）。２．２㊀实验方法㊀㊀用简支梁冲击摆仪、材料实验机、动态热机械分析仪（ＤＭＡ），分别测定样品不同温度下的抗冲强度（）、抗压强度（）、压缩率（）及动态力学性 α σ ε ｋｍａｘｍａｘ能，试验数据取５次平均值。