热固性浇注PBX 炸药装药的界面性质

段伯祯，陈 竚，曹少庭，王克勇

（西安近代化学研究所，陕西 西安710065）

引 言

浇注PBX 炸药以其优良的性能得到广泛的应用［1］。但由于装药工艺设备的限制，装药量较大或弹体装药需采用分次装药时，后装的药浆在前次装药的表面展开并结合后形成了装药界面［2］。装药界面处有无质量缺陷，及其对装药的整体性能有无影响成为装药所关注的问题。因此，研究装药界面对装药性能的影响具有实际意义。

本研究针对以HTPB 为黏结剂的热固性浇注PBX炸药浇注装药中所形成的装药界面，采用工业CT、剖切、电镜扫描、抗拉强度等试验方法进行了对比研究，为工厂大药量装药生产提供参考。

1 实 验

1.1 材料与仪器

RDX，2类（颗粒尺寸不大于0.5mm），甘肃银光化学工业集团有限公司；特细球形铝粉，FLQT-3型（平均颗粒尺寸为13μm），鞍钢实业微细铝粉有限公司；HMX，颗粒尺寸不大于2.36mm（D 级）和颗粒尺寸不大于0.125mm，甘肃银光化学工业集团有限公司；HTPB，黎明化工研究院。

DF-400工业CT 设备，莫斯科探伤有限公司；Quanta600FEG 型场发射扫描电镜，美国FEI公司；4505型材料试验机，英国INstron公司。

1.2 样品的制备

表1为两种PBX 炸药的配方，按表1配方，分别采用真空浇注方法［3］，将PBXN-109炸药［4］浇注后并于未固化前在其上表面及时浇注PBX-110炸药［4］进行分段装药，固化后制成Φ20mm×20mm药柱，标记为A+B 样品，见图1（a）；将PBXN-109炸药浇注固化后制成Φ20mm×20mm 药柱，标记为A 样品，见图1（b）；将PBX-110炸药浇注固化后制成Φ20mm×20mm药柱，标记为B样品，见图1（c）。

表1 两种炸药配方Table 1 The formulation of two explosives

图1 试样照片Fig.1 Diagrams of three samples

1.3 界面性质测试

对A+B样品沿轴向剖切，并目视检查剖切面质量。

为了消除目视误差，对A+B试样在DF-400工业CT 设备上沿轴向无损检测，检测剖切面质量。

采用Quanta600FEG 型场发射扫描电镜对3种样品进行形貌、结构特征细微观察并对A+B 试样界面处进行元素分析。

采用4505 型材料试验机，分别对3 种样品以50mm／min的速度做拉伸试验［5］，测试每种试样的拉断峰值应力σm。其中A+B样品的界面层置于拉伸段的中间位置。

2 结果及分析

2.1 装药质量分析

A+B样品的剖切图见图2。

图2 A+B样品剖切图Fig.2 Diagram of A+B cross section

从图2可见，试样的剖面上呈现明显的目视界面，但界面处致密，未见分层、气孔等缺陷。可见，界面处质量良好。目视界面是由于两种炸药的固相成分不同所致，PBXN-109炸药含铝粉为灰色，而PBX-110炸药为白色，所以目视界面明显。药浆所含的气体在真空浇注过程中被除去，使界面处未见气孔等缺陷。

A+B样品的无损检测结果见图3。从图3可见，A+B样品有明显的界面，该界面上下两部分色度不同，但界面处未见气孔、条形孔隙等缺陷，说明界面处致密，无分层，与剖切结果一致。

图3 A+B样品轴向CT图Fig.3 Diagram of A+B axial CT

上述工业CT 的轴向剖切图显示出不同色度和明显界面是由于两种炸药装药的密度不同所致。PBXN-109炸药密度为1.64g／cm3，PBX-110 炸 药密度为1.66g／cm3，密度大的成像色深，密度小的成像色浅，导致CT图上出现不同色度和界面。

2.2 微观结构分析

3种样品的扫描电镜图片见图4。

图4 3种样品的扫描电镜图图4 SEM photoes of three samples

从图4（a）和（b）可见，A 和B样品颗粒之间，无间隙，未见分界。从A、B 样品的形貌可知，较大的组分颗粒之间填充满较小的固相颗粒和黏结剂等，这是采用颗粒级配和真空浇注工艺的缘故。在真空状态下，炸药各组分间气体被除去，小颗粒和液态组分分散到大颗粒之间，各组分相互紧密排布，并均匀分布，所以固化后无间隙。由于每种样品组分一致且分布均匀，故而未见分界。

对图4（c）中点1和点2处进行能谱分析，结果表明，点1处Al元素计数为15，点2处Al元素计数为446。

从图4（c）和能谱分析结果可见，炸药颗粒之间充满物质，无间隙。可辨界面，其两侧形貌不同。大颗粒左侧点1处铝粉含量较低，说明大颗粒左侧为PBX-110 炸药；大颗粒右侧点2 处铝粉含量较高，说明大颗粒右侧为PBXN-109炸药；该大颗粒为PBX-110炸药中的D 级HMX 颗粒，其左侧是两种炸药的界面层。这是因为先浇注的炸药可形成较平的药浆表面，后浇注的炸药其药浆在重力作用下从局部嵌入前者之中，两种黏结剂体系相同的炸药组分交织、融合，形成不规则的薄的界面层，黏结剂固化后，界面层的固液组分紧密结合，使两种配方的装药形成一个整体，所以界面处无明显的分离和间隙。

2.3 力学性能

在试验温度20℃、拉伸速度50mm／min的条件下，对3种样品进行拉伸试验，结果表明，A、B、A+B 三种样品的拉断峰值应力分别为：0.0867、0.0668、0.0732MPa。σm从小到大的排序依次是：B＜A+B＜A。A+B试样的σm处于中间。

A+B样品的界面处与A、B样品同样具有较高的拉断峰值应力。这是因为两种炸药采用相同的黏结剂，在固化剂作用下，黏结剂在炸药内部及其界面上均发生了交联反应［6］，生成的网格结构将不同的炸药组分牢固衔接，从而在界面处形成了一个整体，使两种炸药没有分层现象，并具有一定强度。这与剖切、无损检测以及SEM 的结果一致。

3种样品中，颗粒的大小影响其装药的拉断峰值应力。B样品的拉断峰值应力最小，这与B 样品中的HMX 颗粒较大（≤2.36mm），更容易在拉力作用下与黏结剂脱粘有关［7］；而A 样品的拉断峰值应力最大，这与A 样品所含固相（包括RDX 颗粒（≤0.125mm）和FLQT-3 球形铝粉（13μm））颗粒较小、与黏接剂有较强的粘接强度有关；而A+B样品的σm处于A、B 样品之间，这与界面处两种炸药的组分在浇注时互相嵌入交错，形成不规则界面，致使界面处大颗粒含量少于B 样品而多于A 样品有关。

3 结 论

（1）采用真空浇注工艺方法将两种相同黏结剂体系的热固性炸药进行分段装药会形成装药界面，但界面处无分层、空隙、气孔等质量缺陷，装药界面处质量良好。

（2）两种相同黏结剂体系的热固性炸药进行分段装药所形成的界面处具有较高的抗拉强度，其装药结构完整牢固。其抗拉强度的大小与炸药中固相含量的颗粒度相关，颗粒越大抗拉强度就越低。

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