［摘 要］ 為了研究六硝基六氮雜異伍茲烷（CL-20）含量及微孔結(jié)構(gòu)對發(fā)射藥性能的影響，采用超臨界發(fā)泡工藝設(shè)計并制備了含CL-20的微孔發(fā)射藥。利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察了發(fā)射藥的形貌結(jié)構(gòu)，通過密閉爆發(fā)器實(shí)驗(yàn)、簡支梁沖擊儀和摩擦感度儀等研究了發(fā)射藥的燃燒性能、力學(xué)性能和感度。結(jié)果表明：CL-20顆粒均勻地分散在樣品表面及內(nèi)部，樣品內(nèi)部形成了大量尺寸為0.08～2.00 μm的泡孔；CL-20顆粒的加入降低了樣品的力學(xué)性能，CL-20含量越高，樣品的抗沖擊強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度降低得越明顯；隨著CL-20含量的增加，樣品的摩擦感度和靜電感度會隨之升高，燃速也會得到一定程度的提高；經(jīng)發(fā)泡改性后的樣品的力學(xué)性能弱于未經(jīng)發(fā)泡改性的樣品；發(fā)泡工藝能夠抑制因CL-20含量上升而導(dǎo)致的感度上升；經(jīng)過發(fā)泡后的樣品，燃燒性能得到了顯著提升，樣品的L-B（相對動態(tài)活度-相對壓力）曲線在B為0～0.10范圍內(nèi)即出現(xiàn)急速上升趨勢，L在B為0.14～0.18范圍內(nèi)達(dá)到最大，CL-20質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%和20%時，Lmax分別為14.39 MPa－1·s－1和9.70 MPa－1·s－1。

［關(guān)鍵詞］ 微孔發(fā)泡；超臨界流體；發(fā)射藥；CL-20；燃燒；感度；力學(xué)性能

［分類號］ TQ562

Design and Performance Study on Microporous Gun Propellant Containing CL-20

JIA Hangsheng①， CUI Libao①， DING Yajun①， LI Chenglong①， GU Han①， WANG Xiaoqian②

①School of Chemistry and Chemical Engineering， Nanjing University of Science and Technology （Jiangsu Nanjing， 210094）

②Military Representative Office in Taiyuan District （Shanxi Taiyuan， 030000）

［ＡＢＳＴＲＡＣＴ］ In order to study the influence of hexanitrohexaazaisowurtzitane （CL-20） content and microporous structure on the performance of gun propellant， a supercritical foaming process was used to design and prepare microporous gun propellants containing CL-20. Morphology and structure of the gun propellant were observed using scanning electron microscopy （SEM）. Combustion performance， mechanical properties， and sensitivity were studied by closed bomb tests， simply supported beam impact tests， and friction sensitivity tests， respectively. The results show that CL-20 particles uniformly disperse on the surface and interior of the sample， and a large number of bubbles with sizes ranging from 0.08 to 2.00 μm were formed inside the sample. The addition of CL-20 particles reduces mechanical properties of the samples. The higher the content of CL-20， the more significant the decrease in the impact strength and tensile strength of the sample. With the increase of CL-20 content， friction sensitivity and electrostatic sensitivity of the sample will also increase， and burning rate will be improved to a certain extent. Mechanical properties of the sample after foaming modification are weaker than those of the sample without foaming modification. Foaming process can suppress the increase in sensitivity caused by the increase in CL-20 content. After foaming， combustion performance of the sample is significantly improved. L-B （relative dynamic vivacity-relative pressure） curves of the sample show a rapid upward trend in the range of B from 0 to 0.10. And it reaches the maximum in the range of B from 0.14 to 0.18. When the mass fraction of" CL-20 is 15% and 20%， Lmax is 14.39 MPa－1·s－1 and 9.70 MPa－1·s－1， respectively.

［KEYWORDS］ microporous foaming; supercritical fluid; gun propellant; CL-20; combustion; sensitivity; mechanical property

0 引言

提高材料的能量密度，將高能材料添加到發(fā)射藥中，可以提高發(fā)射藥的能量性能［1-2］。研究人員在發(fā)射藥配方中選擇或增加高能量組分方面不斷進(jìn)行著嘗試。Sanghavi等［3］制備了一種HMX（奧克托今）基LOVA（低易損性）發(fā)射藥，不但提高了發(fā)射藥的能量，還使發(fā)射藥在易損性、穩(wěn)定性和壓縮百分比方面表現(xiàn)出相當(dāng)大的改善；同時，火焰溫度也略有下降。此外，研究者還將RDX（黑索今）加入到發(fā)射藥和推進(jìn)劑中，研究了RDX的含量和粒度對含能材料燃燒性能、力學(xué)性能和感度的影響［4-6］。相比于RDX、HMX，CL-20（六硝基六氮雜異伍茲烷）作為目前應(yīng)用中能量最高的單質(zhì)炸藥［7-8］，在提高發(fā)射藥和固體推進(jìn)劑能量這一領(lǐng)域同樣具有極高的應(yīng)用潛力［9-10］。

超臨界CO2 發(fā)泡技術(shù)普遍應(yīng)用于塑料、橡膠、彈性體等材料的微孔發(fā)泡中，可在聚合物中產(chǎn)生大量泡孔，大大改變材料原本的形貌。將該技術(shù)應(yīng)用在含能材料領(lǐng)域，同樣具有相當(dāng)大的潛力［11-13］。利用該技術(shù)，可在發(fā)射藥中的特定區(qū)域形成大量特定尺寸、特定泡孔密度的微孔，從而使發(fā)射藥獲得特定的燃燒規(guī)律和獨(dú)特的物理性質(zhì)。目前，研究者通過超臨界CO2 發(fā)泡工藝制備出了不同組分和形態(tài)的微孔發(fā)射藥，研究了超臨界CO2 的溶解度、發(fā)泡溫度和發(fā)泡時間等對成核結(jié)構(gòu)的影響，給出了理想的發(fā)泡時間和發(fā)泡溫度，并對發(fā)泡后發(fā)射藥的斷面形貌、力學(xué)性能以及燃燒性能進(jìn)行了探究，相關(guān)的工藝已經(jīng)非常成熟［14-18］。同時，相關(guān)研究表明，經(jīng)超臨界CO2 發(fā)泡后的微孔可燃材料中，隨著其他高能組分含量的增加，對孔的結(jié)構(gòu)有重要影響，并可使試樣的燃燒時間明顯縮短［19-21］。

為了在提升發(fā)射藥本身能量性能的同時，改善發(fā)射藥燃?xì)忉尫乓?guī)律，以滿足發(fā)射藥整體能量性能的要求，在成熟15/1單孔管狀藥藥型的基礎(chǔ)上，通過后期超臨界CO2 發(fā)泡工藝改性，在單孔管狀發(fā)射藥內(nèi)部形成大量泡孔；同時，在成熟的發(fā)射藥配方中，通過添加不同含量的CL-20，使發(fā)射藥本身能量性能得到一定程度的提升，從而在燃燒過程中獲得更大燃面的同時釋放更多的能量，理論上獲得了一種具有較高能量釋放性能和較好燃燒規(guī)律的單孔管狀發(fā)射藥。研究了不同CL-20含量以及發(fā)泡工藝對發(fā)射藥燃燒性能、力學(xué)性能及感度方面的影響，以期為CL-20和超臨界CO2 發(fā)泡技術(shù)在發(fā)射藥中的應(yīng)用提供技術(shù)性支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：太根吸收藥片，含硝化纖維素（NC）、太根（TEGN）和二號中定劑（C2），瀘州北方化學(xué)工業(yè)有限公司；丙酮、乙醇，化學(xué)純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；CL-20，遼寧慶陽化學(xué)工業(yè)公司；甲基丙烯酸甲酯（MMA），純度99%，上海Adamas-beta公司；去離子水，自制。

儀器：BT0211-4型捏合機(jī)，紅星化工機(jī)械廠；TJ-10T型油壓機(jī)，天津市第二鍛壓機(jī)床廠；HA220-50-06型超臨界CO2 發(fā)生裝置，海安縣石油科研儀器有限公司；AHX安全型水浴烘箱，南京理工大學(xué)機(jī)電總廠；Quanta 250FEG型掃描電鏡，美國FEI公司；BFH-12型落錘沖擊實(shí)驗(yàn)機(jī)，美國Idea Science公司；100 mL密閉爆發(fā)器，咸陽寶豐機(jī)械電器有限公司；CMT4254型萬能材料實(shí)驗(yàn)機(jī)，深圳新三思材料檢測有限公司；XSPARK10型靜電火花感度測試儀、FSKM10型摩擦感度儀，捷克OZM公司。

1.2 樣品制備

含CL-20的整體成型泡沫發(fā)射藥主要由CL-20、NC、TEGN、MMA及其他功能性組分組成。采用半溶劑法擠壓成型工藝制備15/1單孔管狀藥。其中，MMA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%；NC與溶劑的質(zhì)量比為0.12;1.00，乙醇和丙酮混合溶劑的質(zhì)量比為1;2;在此基礎(chǔ)上，分別添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%和20%的CL-20，制成待測樣品，標(biāo)記為樣品1#、 2#。隨后，分別取部分樣品1#、 2#為基體，采用超臨界CO2 微孔發(fā)泡工藝對樣品進(jìn)行處理。發(fā)泡過程中，控制飽和壓力為15 MPa、飽和溫度為40 ℃、飽和時間為24 h、解吸附時間為5 min、解吸附溫度為20 ℃、發(fā)泡溫度為90 ℃、發(fā)泡時間為60 s。制備了2種泡沫發(fā)射藥，標(biāo)記為樣品3#、4#。

圖1為含CL-20的整體成型泡沫發(fā)射藥的制備工藝流程。

1.3 性能測試

微觀形貌：通過掃描電子顯微鏡（SEM）對樣品的形貌進(jìn)行表征。測試方法為：將所制備的樣品分散在導(dǎo)電膠上，然后進(jìn)行噴金處理，以加強(qiáng)樣品的導(dǎo)電性。

燃燒性能：根據(jù)GJB 770B—2005方法703.1，密閉爆發(fā)器燃燒室內(nèi)膛容積為100.03 cm3，點(diǎn)火藥為2#NC，點(diǎn)火壓力為10 MPa，裝填密度為0.2 g/cm3，實(shí)驗(yàn)溫度為常溫（20±2）℃。

力學(xué)性能：拉伸強(qiáng)度測試采用GJB 770B—2005方法413.1，加載速率5 mm/min；抗沖擊強(qiáng)度根據(jù)GJB 770B—2005方法417.1簡支梁法，實(shí)驗(yàn)溫度分別為常溫（20±2）℃和低溫（-40±2）℃。

感度測試：根據(jù)GJB 772A—1997中方法602.1摩擦感度爆炸概率法，對樣品進(jìn)行摩擦感度測試。測試溫度23 ℃，相對濕度（RH）為50%，落錘質(zhì)量1.5 kg，藥量20.0 mg，表壓2.45 MPa，擺角80°。根據(jù)WJ/9038.3—2004中第3部分靜電火花感度，對樣品進(jìn)行靜電感度測試。測試溫度26 ℃，相對濕度（RH）為49%，藥量25.0 mg，放電電容0.22 μF，放電間隙0.50 mm，負(fù)極放電，串聯(lián)電阻100 kΩ。

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)射藥的微觀結(jié)構(gòu)

利用SEM對不同樣品表面及內(nèi)部形貌進(jìn)行觀察，如圖2～ 圖3所示。

從圖2可以看到，樣品表面并非平整光滑，而是呈現(xiàn)出凹凸不平的形貌。凸起部分輪廓表現(xiàn)為不規(guī)則多邊形，尺寸為10～ 60 μm。推測樣品接近表面處存在部分CL-20顆粒，由于被發(fā)射藥基體包裹而形成了凸起；并且，樣品中CL-20添加量較高，所以眾多的凸起形成了樣品表面凹凸不平的形貌。此外，對比圖2（a）和圖2（c）可以發(fā)現(xiàn)，與未經(jīng)過發(fā)泡處理的樣品表面僅呈現(xiàn)凹凸不平的形貌不同，經(jīng)過發(fā)泡處理后的樣品表面分布了大量尺寸為1～ 10 μm的空洞。這是因?yàn)?，在發(fā)泡工序后期存在降壓、升溫過程，該過程打破了發(fā)射藥內(nèi)部超臨界CO2 流體體系的熱力學(xué)平衡，致使CO2 脫離超臨界狀態(tài)，除部分CO2 在發(fā)射藥內(nèi)部聚集成核并膨脹形成泡孔外，另有部分CO2 從發(fā)射藥內(nèi)部經(jīng)表面溢出至外界，從而在表面形成空洞。

從圖3（a）和圖3（b）可以看到，樣品切開后，內(nèi)部暴露出大量粒度為10～50 μm的顆粒，還有部分顆粒被剝離發(fā)射藥基體后留下的凹坑，這些顆粒均為樣品制備捏合工序中添加的高能組分CL-20顆粒。結(jié)合圖2（a）、圖2（b）、圖3（a）和圖3（b）可以看到，樣品經(jīng)過充分捏合工序后，CL-20顆粒已經(jīng)充分分布在樣品內(nèi)部及表面。從圖3（c）和圖3（d）可以看到，樣品中存在大量尺寸為0.08～ 2.00 μm的泡孔。在發(fā)泡過程中，樣品內(nèi)發(fā)射藥基體與超臨界CO2 流體的均相體系的熱力學(xué)狀態(tài)被打破，發(fā)射藥基體中形成大量氣核，由于氣體的運(yùn)動、氣核的長大，形成了大量微小的泡孔。這些泡孔的存在將有助于樣品燃燒過程中增大燃面，提高燃燒漸増性。

2.2 力學(xué)性能

表1為不同樣品分別在常溫（20±2）℃和低溫（-40±2）℃下的抗沖擊強(qiáng)度。樣品3#、4#中除了添加了較高含量的CL-20（質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為15%和20%）外，還進(jìn)行了發(fā)泡處理，改變了發(fā)射藥原來的內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)，從而使發(fā)射藥的受力狀態(tài)發(fā)生改變。

從表1可以發(fā)現(xiàn)，未發(fā)泡樣品中CL-20的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從15%增加至20%，常溫下的抗沖擊強(qiáng)度降低了14.00%。這是因?yàn)?，在制備樣品的壓伸成型工序中，NC大分子鏈沿著塑性流動方向伸展取向，當(dāng)發(fā)射藥受到徑向沖擊載荷時，受力方向垂直于NC大分子鏈排列方向，斷裂首先表現(xiàn)為非取向區(qū)域范德華力和氫鍵的破壞，隨后為取向的NC大分子鏈的共價鍵發(fā)生斷裂。由于樣品中添加的CL-20顆粒與樣品基體的抗沖擊能力存在差異，當(dāng)樣品受到徑向沖擊載荷時，CL-20顆粒從基體上脫落，使樣品中存在較多的空穴。這些空穴引起應(yīng)力集中現(xiàn)象，使得樣品的抗沖擊能力下降。CL-20添加量越多，樣品中的空穴也就越多，抗沖擊能力下降得也就越明顯。此外，CL-20的加入不但降低了NC的含量，也會影響發(fā)射藥中NC大分子的取向和分子間作用力的形成，這些都會使樣品的抗沖擊能力減弱。

表1中，經(jīng)發(fā)泡工藝改性后的樣品中，CL-20質(zhì)量分?jǐn)?shù)從15%增加至20%，抗沖擊強(qiáng)度略有降低，常溫和低溫下分別降低了5.40%和5.22%。這是因?yàn)?，隨著CL-20含量的增加，樣品中的應(yīng)力集中點(diǎn)相應(yīng)增加。此外，發(fā)射藥中形成泡孔的成核機(jī)理分為均相成核和異相成核［22］。在發(fā)泡過程中，除發(fā)射藥基體中因均相成核機(jī)理形成大量尺寸較小的小型泡孔外，CL-20顆粒的存在也為泡孔的異相成核提供了成核位點(diǎn)，大量的CL-20顆粒周圍形成了較大尺寸的形狀不規(guī)則的泡孔。同時，CL-20顆粒與發(fā)射藥基體間存在界面，甚至空穴，這都會使發(fā)射藥基體內(nèi)缺陷增加，泡孔壁厚度減小，承受沖擊載荷的有效截面積減少，從而樣品的抗沖擊強(qiáng)度降低。CL-20含量增加后，這一現(xiàn)象更加明顯，樣品抗沖擊強(qiáng)度進(jìn)一步降低。

從表1還可以發(fā)現(xiàn)，同一溫度下，相同CL-20含量的發(fā)泡改性樣品的抗沖擊強(qiáng)度相較未發(fā)泡樣品下降較多。這是由于，發(fā)泡樣品中CL-20顆粒周圍及基體中有較多泡孔的存在，改變了發(fā)射藥原來的內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)，大大增加了樣品中的缺陷，加劇了樣品中的應(yīng)力集中現(xiàn)象。在存有應(yīng)力集中的部位，首先達(dá)到斷裂強(qiáng)度，進(jìn)而引發(fā)微裂紋的產(chǎn)生，在宏觀上表現(xiàn)為發(fā)射藥樣品的斷裂。

最后，通過對比常溫和低溫條件下不同樣品的抗沖擊強(qiáng)度可以發(fā)現(xiàn)，低溫時，每種發(fā)射藥的抗沖擊強(qiáng)度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于在常溫時的抗沖擊強(qiáng)度。這是因?yàn)?，隨著溫度的降低，發(fā)射藥由塑性形變逐漸變?yōu)榇嘈詳嗔?，并且溫度越低，低溫冷脆特性越會加劇。所以，低溫條件下的樣品會明顯表現(xiàn)出較低的抗沖擊強(qiáng)度［23］。

表2為不同樣品在常溫下的拉伸強(qiáng)度。可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)泡改性樣品中，CL-20的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從15%增加至20%，拉伸強(qiáng)度也從19.72 MPa降低至12.26 MPa，下降了37.83%。初步認(rèn)為，這是由于CL-20顆粒與樣品基體的界面結(jié)合狀態(tài)不佳，導(dǎo)致CL-20顆粒與基體間存在空隙、裂紋，以及CL-20顆粒脫落產(chǎn)生凹坑造成的。這些都極易導(dǎo)致發(fā)射藥結(jié)構(gòu)變得疏松，易產(chǎn)生應(yīng)力集中點(diǎn)，進(jìn)而降低發(fā)射藥的拉伸性能。并且，隨著CL-20質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，這一現(xiàn)象更加明顯。當(dāng)發(fā)射藥樣品中CL-20質(zhì)量分?jǐn)?shù)從15%增加至20%，斷裂伸長率由24.33%變?yōu)?7.73%，得到一定程度的提高。這是因?yàn)?，?dāng)受到拉伸作用時，發(fā)射藥中的泡孔結(jié)構(gòu)會發(fā)生形變，這在一定程度上增大了材料的延展性；且CL-20在發(fā)泡過程中起到成核位點(diǎn)的作用，隨著CL-20含量的增加，發(fā)射藥中泡孔的密度增加，故而斷裂伸長率增大。

此外，由表2還可以發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)發(fā)泡改性樣品的拉伸強(qiáng)度分別為26.84 MPa和25.21 MPa，明顯高于經(jīng)過發(fā)泡后的樣品。而發(fā)泡后的樣品拉伸強(qiáng)度為19.72 MPa和12.26 MPa，分別降低了26.53%和51.37%。斷裂伸長率也分別由樣品1#和2#的42.26%和41.86%降低至樣品3#和4#的24.33%和27.73%。這主要是因?yàn)椋?jīng)發(fā)泡后，在樣品拉伸方向上，聚合物固體含量降低，承受載荷的能力隨之下降，由此拉伸強(qiáng)度降低，并導(dǎo)致在受到拉伸作用時更早斷裂，斷裂伸長率同步降低。

2.3 燃燒性能

為了比較不同樣品的燃燒性能，對樣品進(jìn)行了密閉爆發(fā)器實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如圖4～圖6所示。其中：p為壓力；t為時間；L為發(fā)射藥的相對動態(tài)活度；B為相對壓力，即壓力與最大壓力的比；u為發(fā)射藥的燃速。

從圖4中不同樣品的p-t曲線可以看出，樣品開始燃燒后，在10.98～ 273.73 MPa壓力段范圍內(nèi)，各樣品達(dá)到相同壓力的次序依次為樣品4#、 3#、 2#、 1#。隨著CL-20含量的增加，樣品燃燒的p-t曲線上升得更加明顯，達(dá)到相同壓力的時間更短，且峰值壓力也更高。這是由于，CL-20為高能組分，相對于傳統(tǒng)發(fā)射藥組分，CL-20燃燒時能夠釋放出較高的能量。因此，添加較高含量的CL-20可以達(dá)到更高的峰值壓力。此外，還可以發(fā)現(xiàn)，未發(fā)泡改性樣品的p-t曲線與發(fā)泡改性樣品的有較大區(qū)別，樣品3#、 4#燃燒結(jié)束時間分別為4.59 ms和4.65 ms，明顯早于未發(fā)泡改性樣品1#、 2#。這是由于，樣品3#、 4#采用了超臨界CO2 發(fā)泡工藝，能夠使發(fā)射藥內(nèi)部及表面形成大量微米級泡孔，燃燒時暴露更大的燃面，產(chǎn)生更多的燃?xì)夂透鼜?qiáng)的燃?xì)鈮毫?，大大增加發(fā)射藥燃速，從而使得樣品3#、 4#更早達(dá)到最大壓力，燃燒結(jié)束時間明顯縮短。

從圖5（a）可以看出，發(fā)泡改性工藝使樣品3#、4#與未發(fā)泡改性樣品1#、 2#的L-B曲線呈現(xiàn)較大區(qū)別。在B為0～ 0.80范圍內(nèi)，樣品3#、 4#的L-B曲線更加高聳，L明顯高于曲線相對平坦的樣品1#、 2#。究其原因，是由于樣品3#、 4#經(jīng)過超臨界CO2 發(fā)泡工藝改性后，內(nèi)部及表面形成了大量泡孔，燃燒時能夠暴露出更大的面積與外界接觸，從而使藥粒有更多面積參與燃燒，生成更多的火藥燃?xì)?，獲得了更高的L。對于樣品3#和4#，在B為0～0.10范圍內(nèi)，L即出現(xiàn)急速上升趨勢；并在B為0.14～0.18范圍內(nèi)，L達(dá)到最大，Lmax分別為14.39 MPa－1·s－1和9.70 MPa－1·s－1。

圖5（b）中可以發(fā)現(xiàn)，樣品1#、 2#的L-B曲線呈現(xiàn)出較為平坦的燃燒趨勢，與傳統(tǒng)單孔管狀藥的L-B曲線類似。但由于樣品2#的 CL-20含量高于樣品1#，這意味在燃燒時樣品2#中有更多的CL-20顆粒能夠提供能量，故樣品2# 的L-B曲線基本高于樣品1#。樣品2#的Lmax 達(dá)到1.41 MPa-1·s-1，比樣品1#的1.20 MPa-1·s-1提升了17.50%。樣品1#與2#的燃燒過程主要分為B＝0.08～0.50和B＝0.50～0.93共2個階段。在B為0.08～0.50階段，樣品1#、 2#的L略有上升，呈現(xiàn)出一定的漸增性；在B為0.50～0.93階段，樣品1#、 2#的L幾乎表現(xiàn)為平行于X軸的直線，具有典型的恒面燃燒特征；當(dāng)B在0.93附近時，樣品1#、 2#的L急劇下降至0。

從圖6（a）可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)泡改性后樣品的燃速遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未發(fā)泡改性樣品。其中，樣品3#最高燃速可達(dá)到87.50 cm/s，而樣品1#的最高燃速僅為11.33 cm/s。發(fā)泡改性前、后，樣品的最高燃速增加了672.29%。燃速增加的原因是，微孔發(fā)射藥內(nèi)存在大量的泡孔，使燃面增大，從而燃速大幅提升。此外，從圖6（b）中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)樣品中CL-20的質(zhì)量分?jǐn)?shù)從15%增加至20%時，燃速也隨之增加，但是增加幅度較?。黄渲?，最高燃速由樣品1#的11.33 cm/s增加到了樣品2#的13.15 cm/s，提升了16.06%。

2.4 感度測試

表3為不同樣品的感度測試結(jié)果。

從表3可以看到，同一CL-20含量條件下，發(fā)泡與未發(fā)泡樣品的摩擦感度（爆炸概率）相差較小，僅出現(xiàn)4%的差距?？傮w上，CL-20含量越高，樣品的摩擦感度也越高，這與CL-20本身高能量、高感度的理化特性相符合。對于未發(fā)泡樣品而言，當(dāng)CL-20質(zhì)量分?jǐn)?shù)從15%提高到20%時，摩擦感度由36%提高到48%，提高了12%。而對于發(fā)泡樣品，同樣CL-20質(zhì)量分?jǐn)?shù)從15%提高到20%，摩擦感度由40%提高至44%，僅提高了4%。這表明發(fā)泡工藝能夠抑制樣品因CL-20含量上升導(dǎo)致的摩擦感度上升。這可能是由于發(fā)泡工藝需要將樣品浸潤于超臨界CO2 中，超臨界CO2 作用下，基質(zhì)與CL-20固體顆粒能夠結(jié)合得更加緊密。這有助于CL-20固體顆粒在受到外界作用時，將機(jī)械作用傳遞給基質(zhì)，而不會單獨(dú)承受機(jī)械作用，造成應(yīng)力集中，并形成熱點(diǎn)?？傮w上，不同樣品的摩擦感度均小于50%。

由表3中不同樣品的靜電感度可以看到，隨著CL-20含量的提高，發(fā)泡與未發(fā)泡樣品的靜電感度都有提升，發(fā)火能量降低，這也符合CL-20的物理化學(xué)性能。CL-20質(zhì)量分?jǐn)?shù)由15％增加到20%后，發(fā)泡和不發(fā)泡工藝的樣品發(fā)火能量分別降低了0.16、0.90 J。在不同CL-20含量下，2種工藝導(dǎo)致的靜電感度發(fā)火能量差異較大。CL-20質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時，發(fā)泡改性樣品靜電感度發(fā)火能量降低了0.74 J；在CL-20質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時，無論是否發(fā)泡改性，樣品的靜電感度沒有差異。這說明CL-20含量是影響藥劑靜電感度的主要因素，而在一定含量范圍內(nèi)，發(fā)泡工藝會降低感度?？傮w上，發(fā)泡后樣品的靜電感度要小于0.80 J。

3 結(jié)論

將高能材料CL-20應(yīng)用于常規(guī)單孔管狀藥中，旨在提升發(fā)射藥整體的能量性能。同時，通過成熟的超臨界CO2 發(fā)泡工藝，在發(fā)射藥內(nèi)部形成了具有更大燃面的多孔結(jié)構(gòu)。在發(fā)射藥燃燒時，在發(fā)泡發(fā)射藥高燃速的基礎(chǔ)上，能夠通過CL-20本身的高能特性，獲得更高的燃速和更強(qiáng)的能量釋放效果。得到的主要結(jié)論如下：

1）CL-20顆粒能夠均勻分布在樣品內(nèi)部及表面。同時，經(jīng)發(fā)泡工藝后，樣品內(nèi)部及表面形成大量的泡孔，表明樣品的能量性能與燃燒性能得到改善。

2）CL-20顆粒的添加以及發(fā)泡工藝能夠?qū)悠返牧W(xué)性能產(chǎn)生影響。CL-20顆粒的加入以及發(fā)泡后產(chǎn)生的泡孔均導(dǎo)致樣品的拉伸強(qiáng)度和抗沖強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度下降；并且，隨著CL-20含量的增加，這一現(xiàn)象更加明顯。因此，CL-20含量不宜過高。

3）CL-20的添加以及發(fā)泡工藝使樣品獲得了更好的燃燒性能。經(jīng)發(fā)泡工藝后，樣品的燃燒時間極大縮短，達(dá)到了4.59 ms；同時，L也得到大幅度提高，樣品3#的Lmax 達(dá)到了14.39 MPa-1·s-1，相比相同CL-20含量的樣品1#（Lmax =1.20 MPa-1·s-1）提升了1 099.17 %。對于未發(fā)泡樣品，隨著CL-20含量的增加，樣品也獲得了更高的L-B曲線，燃速也隨之得到一定程度的增大。

4）CL-20顆粒的添加以及發(fā)泡工藝使樣品的感度提升。在相同CL-20含量條件下，發(fā)泡與未發(fā)泡樣品的摩擦感度（爆炸概率）僅出現(xiàn)4%的差距。相同的發(fā)泡工藝條件，樣品的摩擦感度和靜電感度隨CL-20含量的增加而有一定程度提升。而發(fā)泡工藝能夠抑制樣品感度因CL-20含量上升而導(dǎo)致的感度上升?？傮w上，不同樣品的摩擦感度均小于50%，靜電感度小于0.80 J。

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收稿日期：2023-12-26

第一作者：郟杭生（1998—），男，碩士研究生，主要從事含能材料的研究。E-mail：2216189400@qq.com

通信作者：李成龍（1990—），男，博士，主要從事含能材料的研究。E-mail：lclzzz@126.com