熱固性澆注PBX 炸藥裝藥的界面性質

段伯禎，陳 竚，曹少庭，王克勇

（西安近代化學研究所，陜西 西安710065）

引 言

澆注PBX 炸藥以其優良的性能得到廣泛的應用［1］。但由于裝藥工藝設備的限制，裝藥量較大或彈體裝藥需采用分次裝藥時，后裝的藥漿在前次裝藥的表面展開并結合后形成了裝藥界面［2］。裝藥界面處有無質量缺陷，及其對裝藥的整體性能有無影響成為裝藥所關注的問題。因此，研究裝藥界面對裝藥性能的影響具有實際意義。

本研究針對以HTPB 為黏結劑的熱固性澆注PBX炸藥澆注裝藥中所形成的裝藥界面，采用工業CT、剖切、電鏡掃描、抗拉強度等試驗方法進行了對比研究，為工廠大藥量裝藥生產提供參考。

1 實 驗

1.1 材料與儀器

RDX，2類（顆粒尺寸不大于0.5mm），甘肅銀光化學工業集團有限公司；特細球形鋁粉，FLQT-3型（平均顆粒尺寸為13μm），鞍鋼實業微細鋁粉有限公司；HMX，顆粒尺寸不大于2.36mm（D 級）和顆粒尺寸不大于0.125mm，甘肅銀光化學工業集團有限公司；HTPB，黎明化工研究院。

DF-400工業CT 設備，莫斯科探傷有限公司；Quanta600FEG 型場發射掃描電鏡，美國FEI公司；4505型材料試驗機，英國INstron公司。

1.2 樣品的制備

表1為兩種PBX 炸藥的配方，按表1配方，分別采用真空澆注方法［3］，將PBXN-109炸藥［4］澆注后并于未固化前在其上表面及時澆注PBX-110炸藥［4］進行分段裝藥，固化后制成Φ20mm×20mm藥柱，標記為A+B 樣品，見圖1（a）；將PBXN-109炸藥澆注固化后制成Φ20mm×20mm 藥柱，標記為A 樣品，見圖1（b）；將PBX-110炸藥澆注固化后制成Φ20mm×20mm藥柱，標記為B樣品，見圖1（c）。

表1 兩種炸藥配方Table 1 The formulation of two explosives

圖1 試樣照片Fig.1 Diagrams of three samples

1.3 界面性質測試

對A+B樣品沿軸向剖切，并目視檢查剖切面質量。

為了消除目視誤差，對A+B試樣在DF-400工業CT 設備上沿軸向無損檢測，檢測剖切面質量。

采用Quanta600FEG 型場發射掃描電鏡對3種樣品進行形貌、結構特征細微觀察并對A+B 試樣界面處進行元素分析。

采用4505 型材料試驗機，分別對3 種樣品以50mm／min的速度做拉伸試驗［5］，測試每種試樣的拉斷峰值應力σm。其中A+B樣品的界面層置于拉伸段的中間位置。

2 結果及分析

2.1 裝藥質量分析

A+B樣品的剖切圖見圖2。

圖2 A+B樣品剖切圖Fig.2 Diagram of A+B cross section

從圖2可見，試樣的剖面上呈現明顯的目視界面，但界面處致密，未見分層、氣孔等缺陷。可見，界面處質量良好。目視界面是由于兩種炸藥的固相成分不同所致，PBXN-109炸藥含鋁粉為灰色，而PBX-110炸藥為白色，所以目視界面明顯。藥漿所含的氣體在真空澆注過程中被除去，使界面處未見氣孔等缺陷。

A+B樣品的無損檢測結果見圖3。從圖3可見，A+B樣品有明顯的界面，該界面上下兩部分色度不同，但界面處未見氣孔、條形孔隙等缺陷，說明界面處致密，無分層，與剖切結果一致。

圖3 A+B樣品軸向CT圖Fig.3 Diagram of A+B axial CT

上述工業CT 的軸向剖切圖顯示出不同色度和明顯界面是由于兩種炸藥裝藥的密度不同所致。PBXN-109炸藥密度為1.64g／cm3，PBX-110 炸 藥密度為1.66g／cm3，密度大的成像色深，密度小的成像色淺，導致CT圖上出現不同色度和界面。

2.2 微觀結構分析

3種樣品的掃描電鏡圖片見圖4。

圖4 3種樣品的掃描電鏡圖圖4 SEM photoes of three samples

從圖4（a）和（b）可見，A 和B樣品顆粒之間，無間隙，未見分界。從A、B 樣品的形貌可知，較大的組分顆粒之間填充滿較小的固相顆粒和黏結劑等，這是采用顆粒級配和真空澆注工藝的緣故。在真空狀態下，炸藥各組分間氣體被除去，小顆粒和液態組分分散到大顆粒之間，各組分相互緊密排布，并均勻分布，所以固化后無間隙。由于每種樣品組分一致且分布均勻，故而未見分界。

對圖4（c）中點1和點2處進行能譜分析，結果表明，點1處Al元素計數為15，點2處Al元素計數為446。

從圖4（c）和能譜分析結果可見，炸藥顆粒之間充滿物質，無間隙。可辨界面，其兩側形貌不同。大顆粒左側點1處鋁粉含量較低，說明大顆粒左側為PBX-110 炸藥；大顆粒右側點2 處鋁粉含量較高，說明大顆粒右側為PBXN-109炸藥；該大顆粒為PBX-110炸藥中的D 級HMX 顆粒，其左側是兩種炸藥的界面層。這是因為先澆注的炸藥可形成較平的藥漿表面，后澆注的炸藥其藥漿在重力作用下從局部嵌入前者之中，兩種黏結劑體系相同的炸藥組分交織、融合，形成不規則的薄的界面層，黏結劑固化后，界面層的固液組分緊密結合，使兩種配方的裝藥形成一個整體，所以界面處無明顯的分離和間隙。

2.3 力學性能

在試驗溫度20℃、拉伸速度50mm／min的條件下，對3種樣品進行拉伸試驗，結果表明，A、B、A+B 三種樣品的拉斷峰值應力分別為：0.0867、0.0668、0.0732MPa。σm從小到大的排序依次是：B＜A+B＜A。A+B試樣的σm處于中間。

A+B樣品的界面處與A、B樣品同樣具有較高的拉斷峰值應力。這是因為兩種炸藥采用相同的黏結劑，在固化劑作用下，黏結劑在炸藥內部及其界面上均發生了交聯反應［6］，生成的網格結構將不同的炸藥組分牢固銜接，從而在界面處形成了一個整體，使兩種炸藥沒有分層現象，并具有一定強度。這與剖切、無損檢測以及SEM 的結果一致。

3種樣品中，顆粒的大小影響其裝藥的拉斷峰值應力。B樣品的拉斷峰值應力最小，這與B 樣品中的HMX 顆粒較大（≤2.36mm），更容易在拉力作用下與黏結劑脫粘有關［7］；而A 樣品的拉斷峰值應力最大，這與A 樣品所含固相（包括RDX 顆粒（≤0.125mm）和FLQT-3 球形鋁粉（13μm））顆粒較小、與黏接劑有較強的粘接強度有關；而A+B樣品的σm處于A、B 樣品之間，這與界面處兩種炸藥的組分在澆注時互相嵌入交錯，形成不規則界面，致使界面處大顆粒含量少于B 樣品而多于A 樣品有關。

3 結 論

（1）采用真空澆注工藝方法將兩種相同黏結劑體系的熱固性炸藥進行分段裝藥會形成裝藥界面，但界面處無分層、空隙、氣孔等質量缺陷，裝藥界面處質量良好。

（2）兩種相同黏結劑體系的熱固性炸藥進行分段裝藥所形成的界面處具有較高的抗拉強度，其裝藥結構完整牢固。其抗拉強度的大小與炸藥中固相含量的顆粒度相關，顆粒越大抗拉強度就越低。

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