某固體云爆劑老化前后的安全性研究

趙方超,黃文明,李澤華,羅天元

(1.西南技術(shù)工程研究所,重慶400039;2.國防科技工業(yè)自然環(huán)境試驗(yàn)研究中心,重慶400039)

技術(shù)專論

某固體云爆劑老化前后的安全性研究

趙方超1,2,黃文明1,2,李澤華1,2,羅天元1,2

(1.西南技術(shù)工程研究所,重慶400039;2.國防科技工業(yè)自然環(huán)境試驗(yàn)研究中心,重慶400039)

目的研究某型固體云爆劑老化后的使用安全性。方法采用真空安定性試驗(yàn)儀按GJB 772A—97方法501.2測試?yán)匣昂髽悠返陌捕ㄐ?、相容?采用感度設(shè)備按GJB 772A—97中的相應(yīng)方法分別測試?yán)匣昂髽悠返淖矒舾卸取⒛Σ粮卸纫约盎鹧娓卸取＝Y(jié)果云爆劑老化前后,每克試樣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的放氣量均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2 mL,安定性均合格。樣品老化前后火焰感度試驗(yàn)均未爆,撞擊感度和摩擦感度均在樣品在失重1%時最高,當(dāng)樣品老化至失重1.5%時,爆炸概率反而比失重1%樣品的降低。結(jié)論該型固體云爆劑老化前后均具有良好的安全性,老化失重達(dá)到1.5%后,仍能滿足安全使用要求。

固體云爆劑;安定性;相容性;感度

固體云爆劑屬于第三代固體復(fù)合型燃料,代表了近年來燃料空氣炸藥發(fā)展的最新成果。相對于前兩代燃料空氣炸藥而言,它可以提高彈道精度和爆炸穩(wěn)定性,簡化彈體結(jié)構(gòu),減輕彈體質(zhì)量,提高裝藥密度,增大威力。我國對液固復(fù)合型云爆劑的爆炸特性、失效機(jī)理、貯存化學(xué)穩(wěn)定性以及混合燃料的內(nèi)相容性等曾開展過較為全面的研究[1—5],但就固體云爆劑而言,限于時間較短,其老化后的安全性數(shù)據(jù)積累十分欠缺,因此無法準(zhǔn)確掌握藥劑老化后的使用安全性。基于此方面的需求,文中以某型固體云爆劑為對象,進(jìn)行了加速老化前后的安全性研究。

1 試驗(yàn)

對于含能材料而言,其安全性主要表現(xiàn)在自身的安定以及與設(shè)計(jì)接觸材料相容兩個方面。文中在研究固體云爆劑安定性和相容性時,選擇了國際認(rèn)可度較高的真空安定性試驗(yàn),同時對云爆劑進(jìn)行了相關(guān)感度試驗(yàn),研究了其老化前后對外界作用的敏感性。

1.1 真空安定性試驗(yàn)

固體云爆劑的主體成分為黑索今,因此可將之視為炸藥類產(chǎn)品,美軍標(biāo)MIL-STD-1751《炸藥安全性與性能鑒定試驗(yàn)》第5.6.5.2條規(guī)定“任何原因引起的大于1%的失重(不包含水分減少)或大于1%的不規(guī)則尺寸變化通常予以拒收”[6],即認(rèn)為炸藥失效。為深入研究該型固體云爆劑的安全性能,文中選取老化后樣品質(zhì)量損失為1%和1.5%的兩組樣品。原始樣品、質(zhì)量損失1%樣品和1.5%樣品分別編號為A1#,A2#,A3#,每樣取(5.00±0.01)g。

試驗(yàn)儀器為YC-1C型真空安定性試驗(yàn)儀(中國兵器工業(yè)第二○四研究所)。

按GJB 772A—97《方法501.2真空安定性試驗(yàn)壓力傳感器法》進(jìn)行試驗(yàn)。將樣品在(55±2)℃真空烘箱中預(yù)處理 2 h后,真空條件下置于(100± 0.5)℃加熱爐中連續(xù)加熱48 h。

每克試樣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的放氣量不大于2 mL,安定性合格。試樣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下釋放的放氣量按式(1)計(jì)算:

式中:V為試樣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下釋放的氣體體積(簡稱放氣量),mL;2.69×10-3為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下溫度與壓力的比值,K/Pa;P為試樣釋放的氣體壓力,Pa;V0為反應(yīng)器容積和測壓連接管路容積之和;VG為試樣體積(試樣質(zhì)量除以真密度);T為實(shí)驗(yàn)室溫度,K。

試樣分解釋放氣體壓力值及放氣體積結(jié)果見表1。

表1 固體云爆劑老化前后真空安定性試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Vacuum stability test results of SE-FAE before and after aging

1.2 相容性試驗(yàn)

國內(nèi)外對于炸藥和彈藥內(nèi)、外涂料以及底漆的相容性研究十分重視,其中,美軍標(biāo)和1972年再次重申有效的軍用規(guī)范對于炸藥和涂料、底漆的相容性評價規(guī)定是十分明確而嚴(yán)格的[7]。固體云爆劑屬于新型藥劑,其裝藥同樣必須在相容性試驗(yàn)合格后方可進(jìn)行。為研究該固體云爆劑貯存老化對其與接觸材料相容性的影響,設(shè)計(jì)了以下試驗(yàn)組合,具體見表2。

表2 相容性試驗(yàn)樣品組合情況Table 2 Sample combinations for compatibility test

每單一試樣取(2.50±0.01)g,混合試樣(5.00± 0.01)g,混合質(zhì)量比為1∶1。

試驗(yàn)儀器為YC-1C型真空安定性試驗(yàn)儀。

按GJB 772A—97《方法501.2真空安定性試驗(yàn)壓力傳感器法》進(jìn)行試驗(yàn)。將樣品在(55±2)℃真空烘箱中預(yù)處理 2 h后,真空條件下置于(100± 0.5)℃加熱爐中連續(xù)加熱40 h。

判定標(biāo)準(zhǔn):R＜3.0,相容;3.0≤R≤5.0,中等反應(yīng);R＞5.0,不相容。

反應(yīng)凈增放氣量R按式(2)進(jìn)行計(jì)算:

式中:R為反應(yīng)凈增放氣量,mL;VC為混合試樣放氣量,mL;VA為火炸藥試樣放氣量,mL;VB為接觸材料放氣量,mL。

9組試驗(yàn)樣品的相容性測試結(jié)果見表3。

表3 固體云爆劑與典型接觸材料的相容性試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of compatibility test between SE-FAE and typical contact materials

1.3 感度試驗(yàn)

試驗(yàn)儀器(中國兵器工業(yè)第二一三研究所):撞擊感度為WL-Ⅰ型落錘儀、摩擦感度為MGY-Ⅰ型摩感儀、火焰感度為HGY-Ⅱ型火焰感度儀。

三種感度試驗(yàn)依據(jù)的試驗(yàn)方法及具體試驗(yàn)條件見表4。

樣品的感度試驗(yàn)結(jié)果見表5。

1.4 常見炸藥感度

一些常見炸藥的撞擊感度值和摩擦感度值見表6[8]。

表4 三種感度試驗(yàn)方法及試驗(yàn)條件Table 4 Three sensitivity test methods and the test conditions

表5 固體云爆劑感度測試結(jié)果Table 5 Sensitivity test results of SE-FAE

表6 GJB條件下常見炸藥的撞擊感度和摩擦感度Table 6 Impact sensitivity and friction sensitivity of common explosives tested in GJB conditions

2 討論

1)火炸藥材料在貯存過程中,常以緩慢的速度進(jìn)行著分解反應(yīng),個別組分揮發(fā)、升華等,放出微量氣體,因此放氣量是衡量火炸藥材料安定性的一個重要指標(biāo)。從表1中的數(shù)據(jù)可以看出,云爆劑老化前后,每克試樣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的放氣量均遠(yuǎn)小于2 mL,因此該云爆劑老化前后安定性均合格。另外,原始樣品的放氣量大于老化后,這是因?yàn)樵囼?yàn)樣品在老化過程中,易受熱分解揮發(fā)的組分已在減重期間揮發(fā),而樣品可能尚未達(dá)到加速分解放氣階段,因此,老化后試樣反而呈現(xiàn)放氣量減少現(xiàn)象。

2)由表中的數(shù)據(jù)可知,固體云爆劑老化前后與3種典型接觸材料的相容性并未發(fā)生本質(zhì)變化,說明固體云爆劑本身的老化并未對其與接觸材料的相容性產(chǎn)生大的影響。固體云爆劑作為戰(zhàn)備武器能源材料貯存一定時間后,只要不超過一定的老化程度,即可滿足裝藥相容性要求,但必須注意到火炸藥材料一旦裝填于炮彈內(nèi),將與其接觸材料長時間處于直接接觸貯存狀態(tài),本組試驗(yàn)結(jié)果不適用于該狀態(tài)下的相容性判定。

3)由表5可以看出,采用導(dǎo)火索距離云爆劑0 mm點(diǎn)火引爆時,失重前后的樣品均未出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象。說明該型固體云爆劑本身對火焰不敏感,同時表明樣品老化前后火焰安全性均合格。撞擊感度和摩擦感度變化的共同點(diǎn)是:樣品在質(zhì)量損失為1%時兩種感度均最高;當(dāng)樣品老化至質(zhì)量損失1.5%時,爆炸概率反而比1%樣品的低,即撞擊感度和摩擦感度降低。該現(xiàn)象與真空安定性試驗(yàn)中1.5%樣品放氣量小于1%樣品放氣量的現(xiàn)象相吻合。

從安全性角度考慮,人們往往希望戰(zhàn)斗部裝藥材料是鈍感的。結(jié)合表6中常見炸藥的撞擊感度和摩擦感度數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,該型固體云爆劑老化前后的撞擊感度、摩擦感度均不能算高,說明該固體云爆劑的危險性較低,具有很好的生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯存和使用安全性。

3 結(jié)語

該型固體云爆劑老化前后均具有良好的安全性,老化質(zhì)量損失達(dá)到1.5%后,仍能滿足安全使用要求。對于固體云爆劑而言,如果簡單套用炸藥失效標(biāo)準(zhǔn)“質(zhì)量損失1%”作為其失效判據(jù)顯然不甚合理,建議專項(xiàng)研究適合于固體云爆劑的專用失效判據(jù)。

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Security Study of a SE-FAE before and after Aging

ZHAO Fang-chao1,2,HUANG Wen-ming1,2,LI Ze-hua1,2,LUO Tian-yuan1,2

(1.No.59 Institute of China Ordnance Industry,Chongqing 400039,China;2.Natural Environment Test and Research Center of Science,Technology and Industry for National Defense,Chongqing 400039,China)

ObjectiveTo study the use security of a SE-FAE after aging.Methods The stability and compatibility of the SE-FAE before and after aging were tested using vacuum stability test instrument according to method 501.2 in GJB 772A—97,at the same time,its impact sensitivity,friction sensitivity and flame sensitivity were tested by Sensitivity equipment according to the corresponding method in GJB 772A—97.Results The outgassing amount per gram samples before and after aging under standard condition were all much smaller than 2 ml,therefore their stability was all qualified.All the samples before and after aging did not explode in flame sensitivity experiment,both the impact and friction sensitivity were highest with an aging loss of 1.0%.When the aging loss of the samples reached 1.5%,the explosion probability was lower than the samples with an aging loss of 1.0%.Conclusion This SE-FAE had good security both before and after aging, and it could still meet the security use requirements after the aging loss reached 1.5%.

SE-FAE;stability;compatibility;sensitivity

10.7643/issn.1672-9242.2014.04.022

TJ410.89

:A

1672-9242(2014)04-0112-04

2014-05-25;

2014-06-18

Received:2014-05-25;Revised:2014-06-18

趙方超(1987—),男,河南衛(wèi)輝人,碩士,助理工程師,主要研究方向?yàn)閺椉A存壽命試驗(yàn)與評價技術(shù)。

Biography:ZHAO Fang-chao(1987—),Male,from Weihui,Henan,Master,Assistant engineer,Research focus:testing and evaluation techniques of Storage life for Projectiles.