材料老化对火工品性能影响研究

涂小珍，周美林，张巍耀，刘晓峰



材料老化对火工品性能影响研究

涂小珍，周美林，张巍耀，刘晓峰

（中国工程物理研究院化工材料研究所，四川绵阳，621900）

为了掌握某火工品材料老化对其性能的影响，采用高温加速老化试验，对其电极电阻及PETN炸药粉末比表面积在老化过程的变化情况进行了测试分析，并通过该火工品单发作用时间测试，研究了电极及PETN粉末老化对其性能的影响。结果表明：在高温加速老化过程中，该火工品电极电阻无显著性变化，其装配成的火工品单发作用时间也无明显变化，但其PETN炸药粉末比表面积随老化时间延长出现了明显下降，采用经不同时间老化后的PETN装配火工品，测得单发作用时间随比表面积减小而延长。

火工品；加速老化；PETN炸药；作用时间

火工品作为武器弹药中一次性使用的敏感元器件，其性能好坏将直接影响武器弹药的可靠性及安全性[1]。在长期贮存过程中，因贮存环境影响，材料老化，火工品会随贮存时间延长出现性能退化或失效[2-9]。开展火工品贮存性能研究，掌握其在贮存环境下的性能情况、机制，不仅可为其寿命评估奠定基础，而且还可以为其设计改进、工艺调整、贮存环境控制等提供支撑。

某火工品是以PETN为单一装药的爆炸桥丝雷管(简称EBW)，主要由管壳、电极和PETN炸药组成。在某批生产过程中，因PETN碾药不均，炸药颗粒度增大，出现该批产品单发作用时间较以往批次产品普遍偏长现象。另外，该火工品在温度和温湿度加速老化试验过程中，单发作用时间是其各性能参数中变化最明显的参量，且当单发作用时间超出技术指标要求后，其电阻、外观及输出威力等均满足技术指标要求。为了掌握该火工品在模拟贮存过程中导致其单发作用时间延长的原因，本研究采用高温加速老化试验，对该火工品用关键元件电极及PETN炸药在老化过程中的电阻及比表面积进行了测试研究，并将老化后的电极与老化后的PETN炸药分别装配成火工品，通过单发作用时间测试，研究了电极及PETN炸药老化对该火工品性能的影响。

1 加速寿命试验

考虑到火工品在密封贮存过程中主要受环境温度的影响，本文采用高温加速老化试验箱，分别在温度为71℃、91℃条件下对该火工品用合格电极及PETN炸药进行高温加速老化试验。

2 试验结果及分析

2.1 PETN老化后比表面积分析

表1是利用BET理论静态法中的容量法，采用NOVA2000型比表面积分析仪，测得该火工品批生产用PETN粉末，经不同高温加速老化不同时间后的比表面积变化百分量。

表1 PETN粉末经老化后的比表面积变化百分量

Tab.1 The change percent value of PETN powder’s specific surface area after accelerated aging test

从表1可以看出，PETN粉末经高温加速老化试验后，其比表面积出现了下降，且老化温度越高，下降地越明显，同时，在相同温度条件下，老化时间越长，其比表面积下降地越多。

2.2 电极老化后桥丝电阻变化情况

表2是该火工品各5发电极经71℃和91℃老化9d后，取出在室温放置48h后测得的电阻变化情况。从表2可以看出，经高温加速老化后，该火工品电极电阻均较老化前有所变化，有增大趋势，但变化量均非常小。表3是采用-检验法，对不同老化条件下5发电极电阻均值在显著水平=0.05条件下进行显著性检验结果。从表3检验结果可以看出，该火工品电极在71℃和91℃加速老化9d后的电阻较老化前无显著性变化。

表2 电极老化后电阻变化情况

Tab.2 The change value of the electrode resistance

表3 不同老化条件下电极电阻均值的-检验结果

2.3 PETN粉末老化对火工品单发作用时间影响

表4是该火工品用PETN炸药经91℃加速老化2d、4d和6d后，与未老化电极、管壳装配成产品，在室温下测得的单发作用时间值与技术指标要求值的比值情况。

表4 老化后PETN粉末装配火工品的单发作用时间

Tab.4 The sigle sample’s function time of EBWwith aged PETN powder

从表4中测得结果可以看出，PETN炸药粉末老化时间越长，其装配成火工品的单发作用时间也越长，如采用经91℃老化6d后的PETN炸药粉末，装配成的火工品的作用时间已超出技术指标要求。分析各批次首件及质量一致性检测结果，可知该火工品批生产抽检测得的单发作用时间与技术指标要求比值通常不超过87%。结合表1中测试结果，说明PETN粉末比表面积变化对其作用时间具有明显的影响，即比表面积下降地越多，其作用时间越长。

2.4 电极老化对火工品单发作用时间影响

表5是该火工品电极在91℃老化6d后，与未老化PETN炸药及管壳装配成火工品，测得的单发作用时间情况。从表5中测试结果可以看出，该火工品电极老化对其单发作用时间无明显影响。这主要是因为其电极电阻在高温加速老化过程中未发生明显变化。

表5 老化后电极装配火工品的单发作用时间

Tab.5 The sigle sample’s function time of EBWwith aged electrode

3 结论

通过对某火工品电极及PETN粉末进行老化试验，以及后续对其单发作用时间进行测试，得到了电极老化及PETN粉末老化对该火工品作用时间的影响规律。研究表明：PETN炸药粉末经高温加速老化后，其比表面积随老化时间延长出现了明显下降，且采用在相同老化温度条件下，经不同时间老化后的PETN装配成的火工品随PETN比表面积减小，其作用时间延长。但是其电极经老化后，电极电阻及装配成的火工品的作用时间无明显变化。

[1] 王凯民,温玉全.军用火工品设计技术[M].北京:国防工业出版社,2006.

[2] S. A. Moses. Long-life aerospace explosive components[C]// Proceedings of the 7th Symposium on Explosives and Pyrotechnics. Philadelphia, 1971.

[3] Malik, Dennis F. Storage reliability of missile materiel program. igniters and safe and arm device analysis[R]. ADA026938, 1976.

[4] G. Manton. Accelerated ageing of pyrotechnics 16mm signal cartridge-Green[C]//The 22nd International Pyrotechnics Seminars.Fort Collins, Colorado, 1996.

[5] M. F. Foltz. Aging of Pentaerythritol Tetranitrate (PETN) [R]. Lawrence Livermore National Laboratory,2009.

[6] 李东阳,刘占峰.火工品长贮失效情况分析[J].火工品,1996 (2):28-30.

[7] 张福光,崔旭涛,洪亮.导弹火工品贮存寿命的影响因素分析[J].装备环境工程,2011,8(6):24-30.

[8] 涂小珍,韦兴文,王培,等.电爆管失效模式及影响因素研究[J].含能材料,2012,20(1):117-119.

[9] 李芳,张蕊,都振华,等.不同贮存环境下SCB电极塞的失效机理[J].含能材料,2015,23(2):168-172.

Effect of Materails Aging on the Performance of Some Initiator

TU Xiao-zhen , ZHOU Mei-lin , ZHANG Wei-yao，LIU Xiao-feng

（Institute of Chemical Materials, CAEP, Mianyang，621900）

To obtain the effect of materials aging on the performance of exploding bridgewire(EBW) detonator, the electric resistance of electrode and the specific surface area of PETN explosive were tested and analyzed, after udergoing high temperature accelerated test,and the function time of EBW detonators adopting the aged electrode and aged PETN powder were tested. Results show that the electric resistance of electrodes had no significant change and no influence on the detonator’s function time .But the specific surface area of PETN powder was decreased obviously with the temperature rasing and test time prolonging, and the function time of EBW detonator became longer with the specific surface area of PETN powder decreasing.

Initiating explosive device；Accelerated aging；PETN powder；Function time

1003-1480（2017）04-0016-03

TJ450.4

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2017.04.005

2017-02-12

涂小珍（1976 -），女，副研究员，主要从事火工品贮存老化及寿命评估研究。

科技创新基金（KJCX-201509）。