热老化对HMX基高聚物粘结炸药尺寸的影响研究

王玉玲，余文力，肖秀友，王 涛



热老化对HMX基高聚物粘结炸药尺寸的影响研究

王玉玲1，余文力1，肖秀友2，王 涛1

（1.第二炮兵工程大学，陕西 西安，710025；2.中国兵器工业第59研究所，重庆，400039）

参照GJB 736.8-1990的试验方法，对HMX基高聚物粘结炸药在71℃高温条件下进行了196d的加速老化试验，并每隔一定时间测定其尺寸。研究发现：随着老化时间的增长，药柱的直径有增大的趋势，但增大速度较慢，其变化量小于0.05%；而药柱的高度和体积在老化前10d急剧减小，而后缓慢减小，当达到某一最小值后又缓慢增大，但总的收缩变化率小于0.9%，小于美军标MIL-STD-1751中1%的要求，说明HMX基高聚物粘结炸药的物理安定性较好。

高聚物粘结炸药；热老化；尺寸；安定性

高聚物粘结炸药要加工成各种几何形状后使用，在一定的贮存条件下(温度、湿度、气氛），随着贮存时间的增长，产品的某些性能可能会发生不同程度的变化，如热分解引起的成分含量的变化、力学性能的降低、爆轰性能的下降、安全性能降低及几何形状和尺寸的变化等，而这些性能都是武器的主要技术指标[1]。

热老化是炸药的一种主要失效模式。在此失效模式下，其失效机理表现为炸药的热分解，热分解速率主要取决于温度的高低。因此热加速老化试验是研究炸药贮存性能的一种重要手段。国外对于高聚物粘结炸药的老化试验研究主要集中在老化对炸药组分、相容性、内部细观损伤、力学性能、化学稳定性、热稳定性等方面的研究[2-4]。国内对高聚物粘结炸药的老化试验研究主要集中在老化对炸药冲击波感度、热稳定性、表面特性、模量、破坏强度、破坏应变、稳态蠕变速率等的影响[5-9]，而专门针对热老化对尺寸影响的研究较少。本文主要对含有TNT、硝化棉和氟橡胶等成分的HMX基高聚物粘结炸药在71℃下老化后的几何尺寸进行研究。

1 试验方法

1.1 药柱的老化

参照GJB 736.8-1990 火工品试验方法71℃试验法，选取6发与实际炸药部件具有相同密度的Ф24 mm×12mm药柱，放在设定温度为71℃、控温精度为±0.5℃的LRH-150-S型恒温恒湿箱内进行加速老化试验，老化一定时间后取出测定其高度和直径。

1.2 几何尺寸测试及计算方法

老化一定时间后，用分度值为0.02mm的游标卡尺测得药柱两端面上对应4个点的高度值，然后取平均值作为药柱高度测量值；在药柱的中间位置，沿圆周方向对称测量3个直径值，取平均值作为药柱直径测量值。然后按下述公式计算其体积和几何尺寸变化率。

体积按式（1）计算：

炸药试件高度变化百分率按式（2）计算：

直径变化百分率按式（3）计算：

体积变化百分率按式（4）计算：

2 试验结果与讨论

炸药试件尺寸随老化时间的变化率如表1所示。

表1 HMX基高聚物粘结炸药老化后尺寸变化率

Tab.1 Dimension change rate of PBX based on HMX after aging

根据表1给出的试验结果，得到71℃温度下药柱直径、高度和体积变化率随老化时间的变化关系，如图1所示。

图1 炸药试样尺寸随老化时间的变化率

从图1中可以看出，随着老化时间的增长，药柱的直径有增大的变化趋势，但增大速度较慢，其变化量小于0.05%。高度的变化趋势为：在贮存初期急剧减小，而后缓慢减小，当达到某一最小值后又缓慢增大。药柱体积的变化规律与药柱高度基本一致。

造成加热初期药柱体积收缩的主要原因是由于加热后炸药分子的运动而引起的，分子热运动作用使得炸药中的高分子聚合物均匀化。理论研究表明，物质的热收缩现象一般出现在加热初期，它是一个结构调整、均匀化的过程，因此有一定的极限，当超过这个极限时，收缩现象将终止，体积便不再缩小。而后，药柱发生膨胀，体积缓慢增大。因为TNT分子具有苯环的稳定结构，硝基的对称分布使分子有较好的热稳定性，比硝酸酯甚至硝胺还要好[10]，因此药柱后期的膨胀主要是由于炸药内少量稳定性较差的硝化棉的分解反应引起的。硝化棉分解时，其O-NO2键断裂，释放出NO2气体产物[11]，气体产物在炸药内部的聚集引起应力，在应力的作用下，药柱发生膨胀。

3 结论

通过对HMX基高聚物粘结炸药的71℃老化试验研究，得出如下结论：

（1）随着老化时间的增长，药柱的直径有增大的变化趋势，但增大速度较慢，其变化量小于0.05%。

（2）随着老化时间的增长，药柱的高度在老化前10d急剧减小，而后缓慢减小，当达到某一最小值后又缓慢增大。药柱体积的变化规律与药柱高度基本一致。

（3）HMX基高聚物粘结炸药在老化过程中，药柱径向略微出现膨胀，轴向出现收缩。

（4）随着老化时间的增长，药柱的高度和体积变化率小于0.9%，小于美军标MIL-STD-1751中1%的标准[12]，说明HMX基高聚物粘结炸药的物理安定性较好。

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The Influence of Heat Aging on Dimension of PBX Based on HMX

WANG Yu-ling1，YU Wen-li1，XIAO Xiu-you2，WANG Tao1

(1. The Second Artillery Engineering University，Xi’an，710025；2. No.59 Institute of China Ordnance Industry, Chongqing，400039)

According to experiment method in GJB 736.8-1990，accelerated aging test of one hundred and ninety-six days about PBX based on HMX was done under 71℃, and dimension of grain were measured at a certain time. The study shows that diameter of explosive grain has a increasing trend, but its change is less than 0.05 percent. At the same time, height and volume of explosive grain all declined sharply at the beginning of ten days, then slowly decreased to the lowest value, after that increased slowly again, but total shrinkage rate is less than 0.9 percent, which meet with the requirement of one percent of MIL-STD-1751. This explains that physical properties of explosive are steady.

Polymer bonded explosive(PBX)；Heat aging；Dimension；Stability

1003-1480（2014）05-0025-03

TQ560.71

A

2014-06-03

王玉玲（1971-），女，副教授，主要从事含能材料老化效应研究。