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        提高新型高能發(fā)射藥力學性能研究

        2013-12-10 07:17:08姚月娟王鋒張遠波魏倫于慧芳
        計測技術(shù) 2013年1期
        關(guān)鍵詞:含氮抗沖高能

        姚月娟,王鋒,張遠波,魏倫,于慧芳

        (西安近代化學研究所,陜西 西安710065)

        0 引言

        隨著火炮向高膛壓的方向發(fā)展,對發(fā)射藥性能尤其是力學性能提出了較高的要求。發(fā)射藥的力學性能是保證火藥穩(wěn)定燃燒的重要指標之一,力學性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到火炮射擊過程中的安全性能。目前武器上使用的發(fā)射藥主要有單基發(fā)射藥、雙基發(fā)射藥、三基發(fā)射藥以及硝胺發(fā)射藥等。發(fā)射藥是以高分子化合物硝化棉為主要粘結(jié)劑,非爆炸性或爆炸性增塑劑為增塑體系,并添加一定量高能固體炸藥組成的特種高分子材料[1]。新型高能發(fā)射藥是在高能發(fā)射藥RGD7的基礎上,添加了新的粘結(jié)材料來改善RGD7 發(fā)射藥的力學性能。該藥是近年研制成功的一種綜合性能優(yōu)良的新型發(fā)射藥,該發(fā)射藥具有能量高、強度較好、燃燒性能基本穩(wěn)定的特征,適用于大口徑壓制兵器,具有良好的應用前景。

        本文設計了兩種不同含氮量的高能高強度發(fā)射藥樣品,研究了硝化棉的含氮量對發(fā)射藥的力學性能的影響,尤其是對低溫力學性能的影響。

        1 發(fā)射藥樣品

        1.1 發(fā)射藥樣品的制備

        試驗用發(fā)射藥樣品為A 和B,采用半溶劑工藝制備,兩個樣品的硝化棉的含氮量不同,其中樣品A 硝化棉的含氮量為12.8%,樣品B 硝化棉的含氮量為12.6%,樣品中其它組成及藥型尺寸保持一致。

        1.2 樣品的中止燃燒實驗

        中止燃燒實驗裝置見圖1[2]。藥品散裝于藥室中,藥室容積為120 mL,樣品裝填量為10 g,以自制電底火點火,中止壓力約為35 MPa。

        圖1 中止燃燒裝置圖

        1.3 力學性能測試

        發(fā)射藥的機械強度試驗包括抗壓強度和抗沖強度??箟簭姸仍囼灢捎脡嚎s法,按GJB770B -2005 -415.1執(zhí)行;抗沖強度試驗采用簡支梁法,按GJB770B -2005 -417.1 規(guī)定執(zhí)行。

        2 實驗結(jié)果與討論

        2.1 中止燃燒實驗

        將兩種發(fā)射藥樣品,分別用掃描電鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu),結(jié)果見圖2。

        通過掃描電鏡對不同樣品的燃燒表面情況進行觀察,樣品A 燃燒表面出現(xiàn)凹凸不平,分布著大量直徑在5 ~30 μm 的凹坑,燃燒表面有大量固體物料晶體存在。凹坑的直徑和RDX 的粒徑基本相當,分析認為是RDX 爆燃或脫落基體藥后所造成。燃燒表面上大量微坑的存在,增大了發(fā)射藥的燃燒表面積,發(fā)射藥燃燒時一定程度上偏離幾何燃燒規(guī)律。樣品B 中止燃燒表面為連續(xù)熔融層構(gòu)成,熔融層表面無明顯的凹坑和固體物料析出。

        圖2 不同樣品中止燃燒表面的SEM 圖

        2.2 機械強度試驗

        表1、表2 為兩種不同含氮量的高能高強度發(fā)射藥樣品在不同溫度下的抗壓、抗沖強度實驗數(shù)據(jù)。

        表1 發(fā)射藥樣品的抗壓強度

        表2 發(fā)射藥樣品的抗沖擊強度

        試驗數(shù)據(jù)表明改變發(fā)射藥樣品中硝化棉的含氮量,發(fā)射藥的抗壓、抗沖強度均有所增大;隨著硝化棉含氮量的增加,發(fā)射藥的力學性能有所降低。主要原因是:采用半溶劑法制備的發(fā)射藥樣品,在壓伸成型過程中硝化棉大分子被沿軸向取向[3]。發(fā)射藥在沖擊試驗中,受力方向垂直于硝化棉高分子鏈的排列方向,則發(fā)射藥的斷裂表現(xiàn)為化學鍵的斷裂和范德華力、氫鍵的破壞。此外,當硝化棉的羥基基團被硝酸酯基基團取代后,硝化棉分子鏈間的氫鍵減少了,氫鍵間的作用力以及硝化棉分子鏈間的范德華作用力也在減弱。在發(fā)射藥在受到外力作用時,由于硝化棉分子鏈間作用力的減弱,分子鏈之間容易被破壞,宏觀上表現(xiàn)為發(fā)射藥力學強度的降低[4]。

        當環(huán)境溫度為-40 ℃時,硝化棉含氮量為12.6%的新型高能發(fā)射藥比硝化棉含氮量為12.8% 的發(fā)射藥的抗壓強度和抗沖擊強度有所提高。該結(jié)果表明改變硝化棉含氮量可以提高發(fā)射藥的低溫力學性能。分析其原因:一方面是由于含氮量12.6%的硝化棉分子分布比較均勻,聚合度較大,塑化性能較好,有利于提高發(fā)射藥的機械力學性能;另一方面,隨著發(fā)射藥中硝化棉含氮量降低,硝酸酯基的數(shù)量在減少,這樣硝化棉中的端羥基較容易與發(fā)射藥配方中固體填料的極性氧原子形成氫鍵,從而提高了硝化棉與固體材料的結(jié)合能力,改善發(fā)射藥的力學性能。

        3 結(jié)論

        1)改變含氮量可以提高發(fā)射藥的力學性能,特別是對低溫力學性能。硝化棉含氮量為12.6%的新型高能發(fā)射藥的力學性能明顯優(yōu)于硝化棉含氮量為12.8%的發(fā)射藥。

        2)硝化棉含氮量為12.6%的新型高能發(fā)射藥的抗壓強度,抗沖擊強度優(yōu)于硝化棉含氮量為12.8% 的發(fā)射藥。

        [1]雷英杰,楊文寶,胡榮祖,等. 新型鍵合劑在硝胺發(fā)射藥中的應用[J]. 火炸藥學報,2002 (2):59 -60.

        [2]張鄒鄒,蔣樹君,張玉成,等. NGu 對含RDX 硝胺發(fā)射藥燃燒性能的影響[J]. 火炸藥學報,2007,30 (3):72 -74.

        [3]堵平,王澤山. 發(fā)射藥內(nèi)部微結(jié)構(gòu)及其力學性能各向異性研究[J]. 南京理工大學學報(自然科學版),2009,33(5):696 -699.

        [4]鄭林,李生慧,魏學濤,等. 硝化棉含氮量對疊氮硝胺發(fā)射藥力學性能的影響[J]. 火炸藥學報,2003,26 (3):47 -50.

        [5]趙毅,黃振亞,劉少武,等. 改善高能硝胺發(fā)射藥力學性能研究[J]. 火炸藥學報,2005,28 (3):1 -3.

        [6]趙毅. 高能發(fā)射藥的力學性能和剛性模塊裝藥研究[D].南京:南京理工大學,2004.

        [7]肖倩. 高能高強度發(fā)射藥長貯穩(wěn)定性研究[D]. 南京:南京理工大學,2010.

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