某枪用工程塑料环境适应性改进试验研究

胥泽奇，魏小琴

（1.中国兵器工业第五九研究所，重庆 400039；2.重庆市环境腐蚀与防护工程技术研究中心，重庆 400039）

工程塑料是一种化学合成的高分子基复合材料，因其质量轻、强度高、弹性好、刚度大、耐热、耐腐蚀以及良好的工艺性和经济性，成为枪械制造不可缺少的一种新型材料，得到世界各国广泛应用。法国FAMAS，奥地利AUG，美国M16A2，俄罗斯AK74突击步枪，奥地利格洛克手枪，德国G11 无壳弹步枪，比利时P90等枪大量采用了工程塑料，其中AUG塑料件有32个，占全枪零件数的20%；格洛克手枪塑料件占全枪的45%[1]。

为增强工程塑料的性能要添加增强纤维，在枪械的使用过程中，由于摩擦作用，这些纤维会发生外露，导致磨毛发白的现象。另外，非金属材料在贮存过程中长霉也是一大问题。为了解决环境适应性问题，在某枪械的研制过程中，选择了几种性能相对较好的材料，进行环境适应性筛选及验证。

1 试验

1.1 试验样品

枪械上使用的工程塑料材料包括上、下护手材料和弹匣材料。试验样品包括不同厂商生产的5种改进工艺的上、下护手材料和4 种弹匣材料。分别做成枪械上、下护手弹匣部件及力学性能试样，成型工艺为注塑成型。试验样品见表1。

1.2 试验方式

1）实验室环境试验

实验室环境试验详细的试验方法见表2。

2）自然环境试验

结合产品的使用环境、试验成本、试验费用等，选择万宁试验站和拉萨试验站。两站的环境条件如表3 所示。为了缩短试验时间，试验时将枪械未改进的原工程塑料样品作为对比试样同时进行试验。

自然环境试验采用户外暴露的方式进行。户外暴露参照 GB/T 3681-1983 和 GB/T 3511-1983，采用标准暴露场面南向45°角暴露。

表1 试验样品Table 1 The test samples

表2 实验室环境试验方法Table 2 The methods of laboratory tests

表3 典型环境试验站环境条件Table 3 Environmental conditions of typical exposure stations

1.3 性能检测与评定方法

枪械产品列装量大、涉及面广，因此除了基本的力学性能等要求外，对产品的外观要求也很高。故此试验前后检测试样的力学性能，以及变色、粉化、变形等外观性能。

冲击强度反映了枪械在使用中抗摔打、抗冲击的能力。试验按照GB1043-1993，用塑料粒料制作标准样测定材料无缺口冲击强度和缺口冲击强度。

颜色变化按 GB 250-1995 分 5～1 级，每 2 级之间可再增加半级，5 级无变化，1 级变化最大。粉化参照 GB 1766-1995 分 0～5 级，0 级无粉化，5 级严重粉化。长霉情况直接测定长霉面积。试验后检查项目还包括样品变形、裂痕以及破损情况等可能影响非金属部件质量的变化细节。

2 试验结果及分析

2.1 耐磨性

耐磨性反映了塑料件在实际应用中，受摩擦后保持原有状态的能力。试验考虑实际的使用情况，用部件和材料分别测定。部件采用方法一测试，材料采用方法二测试。测试结果见表4。

上、下护手的耐磨性试验结果显示，HS-2 和HS-5摩擦后只有轻微变色，耐磨性较好，但HS-5的滚动摩擦磨损量明显较HS-2 大。HS-3 耐磨性较差，摩擦变色和磨损量均较大。由于弹匣部件上没有足够的平整面，不能进行方法一的测试，只进行了方法二的磨损量测试。测试结果显示由小到大分别为：DJ-3，DJ-2，DJ-1，DJ-4。

2.2 耐候性试验与热老化试验

耐候性试验与热老化试验结果见表5。

耐候性试验是在实验室条件下模拟和强化在自然气候中受到的光、热、氧、湿气、降雨等环境因素，通过加速塑料的老化，以评定塑料材料的耐候性。热老化试验以塑料件经受热和氧的加速老化作用后的性能变化，评定塑料的耐热老化性能[2]。枪械塑料材料一般置于包装中进行贮存，贮存过程中主要受到热和氧的老化作用。因而材料的耐热老化性能与其贮存性能较为一致。本试验目的是筛选材料，故试验未进行到材料失效。表5试验结果显示，HS-2，HS-4及DJ-3三种材料的性能优于其它材料。

表4 耐磨性测试结果Table 4 Results of wearability test

表5 耐候性试验与热老化试验结果Table 5 Results of weatherability and thermal aging test

2.3 霉菌试验

将塑料样品接种规定菌种后在霉菌试验箱内培养，检查霉菌生长情况，以评定塑料抗霉能力。试验按照GJB150.10-1986进行和评定。

抗霉菌性是枪械非金属材料的重要性能。枪械长霉易发生在贮存过程中，包括长期贮存和部队贮存等过程。霉菌生长能使材料发生直接降解，其分泌的新陈代谢排泄物（有机酸）和其它离子化合物能导致有机材料和金属的腐蚀，影响产品的外观乃至使用性能。霉菌生长繁殖，需要同时具备4个条件：有活力的霉菌孢子、霉菌生长所需营养物质、霉菌生长所处的适宜温度与相对湿度。霉菌孢子直径仅为1～10μm，在流动的空气中极易传播，适于大多数霉菌生长的最适宜温度为25～30 ℃，相对湿度为85%以上[3]。枪械的总装车间及部队库房均存在大量霉菌孢子，其贮存的环境条件很多也适于霉菌生长。因而，在塑料件的生产过程中防霉是十分必要的。试验的结果显示，HS-2，HS-4，DJ-3 以及DJ-4的抗霉菌性能均较好。

表6 霉菌试验结果Table 6 Results of mildew test

2.4 自然环境试验

根据实验室环境试验结果，选择各项性能相对较好的HS-2与DJ-3进行自然环境试验。自然环境试验18个月的试验结果见表7。

表7 自然环境试验结果Table 7 Results of exposure test

实验室环境试验具有快捷、条件可控、重现性好等优点。但实验室环境试验只能反映试验样品在短期内受到环境因素的作用后的性能变化，这种变化使得产品在实际使用环境下的性能变化往往存在差异。因此，实验室环境试验后还必须开展自然环境试验的验证。自然环境试验结果显示，枪械上、下护手及弹匣的改进后的工艺环境适应性明显高于原工艺件，耐环境变色能力提高1～2 级，没有明显的粉化现象，但万宁试验站样品仍有少量的纤维外露现象，还需进一步改进。

3 结论

改进的枪械上、下护手工艺与弹匣工艺环境适应性明显优于原工艺，耐环境变色能力提高1～2级，没有明显粉化，但在海洋环境下暴露仍有少量纤维外露。

[1]顾永春.塑料在轻武器上的应用[J].现代兵器，1985（3）：31—35.

[2]范启胜，黄雪鹰，郭宝星.轻武器用工程塑料热老化试验与寿命预测[J]，兵工学报，2006，27（1）：141—143.

[3]胥泽奇，殷明.新型小口径步枪封存包装长贮防霉性能研究[J]，包装工程，2003，24（6）：60—62.