飞片材料经加速老化后对飞片速度的影响研究

涂小珍，张 波，曹 可，宫 正，李 伟



飞片材料经加速老化后对飞片速度的影响研究

涂小珍1，张 波2，曹 可1，宫 正1，李 伟1

（1.中国工程物理研究院化工材料研究所，四川 绵阳，621999；2.海军装备部驻西安地区军事代表局，重庆，400042）

为了掌握经长期贮存后的飞片材料在初始起爆条件下的飞片速度是否会发生显著性退化，采用光子多普勒测速仪对经71℃加速老化不同时间后的聚酰亚胺飞片材料形成飞片的速度进行了测试。结果表明，针对不同时间加速老化后的聚酰亚胺飞片材料，在相同起爆条件下由其形成飞片的最大速度及飞片出炮筒时的速度均无显著性变化，且在一定炮筒厚度下，飞片出炮筒的速度没有达到最大值。

冲击片雷管；加速老化；飞片；飞片速度

由于冲击片雷管对机械冲击、静电、杂散电流、射频等都有较强的抵抗能力，特别适用于直列式爆炸序列，目前在钝感弹药中的应用也越来越广泛[1]。

冲击片雷管的起爆能量主要与撞击炸药的飞片速度及飞片厚度相关，且飞片厚度又对飞片速度具有一定的影响。因此，飞片速度成为冲击片雷管设计中的一个重要关键参数[2]。为此，国内外针对冲击片雷管飞片速度开展了多项研究。如H.H.Chau[3]利用电格尼模型计算了爆发电流密度和飞片最终速度的关系；袁士伟[4]采用电格尼能模型，计算分析了飞片厚度、密度对飞片速度和飞片动能的影响；王翔[5]采用DISAR测试技术，分别获得了聚酯薄膜飞片、铝/聚酯薄膜飞片及铜/聚酯薄膜飞片在金属箔电爆驱动下的速度历程；付秋波[6]开展了爆炸箔厚度及桥区尺寸对冲击片雷管飞片速度的影响，获得在一定的起爆能量下，驱动飞片达到最大速度的爆炸箔存在一个最佳厚度值，且在爆炸箔厚度一定的情况下，减少爆炸箔的桥区尺寸，可以提高爆炸箔驱动飞片的能力；陈清畴[7]采用光子多普勒干涉测速仪，系统开展了桥箔宽度、桥箔厚度、飞片厚度、加速膛长度及高压电源对飞片速度的影响；都振华[8 ]采用光子多普勒干涉测速仪研究了爆炸桥箔经加速老化后对飞片速度的影响，结果表明，加速贮存后爆炸桥箔在聚酰亚胺基底的附着能力变差，且随着加速贮存时间的延长，爆炸桥箔驱动飞片能力下降，飞片速度降低。

为了确定某冲击片雷管在模拟长期贮存过程中性能退化的关键原因，本文通过飞片速度测试，研究了该冲击片雷管用聚酰亚胺薄膜经加速老化后，在相同起爆条件下的飞片速度变化情况。

1 试验

1.1 试验样品

采用专用冲床将聚酰亚胺薄膜冲裁成尺寸规格为Φ6mm的小圆片，其中小圆片每组5片，共4组。

1.2 仪器及设备

AHX-863油浴烘箱，温度控制范围：室温~110℃，控温精度±1℃。光子多普勒测速系统为南京理工大学研制。测试用光纤规格为：2PF-01-1550- 9/125-S-12- 25-2AS- 60-3A-3-5。

1.3 试验方法

高温加速老化试验参照GJB 736.8-1990 火工品试验方法 71℃试验法进行，将加工好的聚酰亚胺薄膜小圆片放置于AHX-863烘箱内，然后以1℃/min的速度升温到71℃加速老化不同时间，取出恒温到室温后，通过管壳与炮筒和镀箔电极塞装配在一起。飞片速度测试加工试验件剖面图如图1所示。

图1 飞片速度测试试验件剖面图

测试飞片速度时，先按图2所示搭建好测试系统，并通过样品固定工装调整好光纤位置，检测电源、光子多普勒测速仪及示波器均处于正常状态，然后连接电源起爆爆炸箔剪切并加速飞片。

图2 飞片速度测试装置及系统

2 试验结果及分析

2.1 经不同时间老化后飞片的最大速度

图3（a）为采用光子多普勒测速仪测得的飞片飞行轨迹典型曲线，图3（b）为采用get data graph digitizer软件描绘的飞片速度随时间变化轨迹图。

图3 测得飞片速度典型轨迹曲线

表1为飞片材料经71℃加速老化不同时间后测得的飞片最大速度。

表1 经71℃加速老化不同时间测得的飞片最大速度

Tab.1 Max velocity of flyer made by material aged different time at temperature of 71℃

从表1中数据可以看出，聚酰亚胺飞片材料经加速老化后测得的飞片最大速度无明显差异。

2.2 经不同时间老化后飞片出炮筒后的速度

在冲击片雷管的实际起爆过程中，飞片经炮筒后将直接起爆炸药，因此，在评估过程中更关注飞片出炮筒时的速度。为此，在不考虑其他外界环境影响条件下，先通过对测得的——曲线进行积分，获得其位移曲线，然后通过炮筒的长度，获得对应的飞片速度。表2为各图片处理后获得的飞片出炮筒时的速度情况。

表2 经71℃加速老化不同时间后飞片出炮筒时的速度

Tab.2 Velocity of flyer going through barrel after material aged different time at temperature of 71℃

注：v1和v2分别为某冲击片雷管设计炮筒厚度为1和2时的速度，且1﹤2。

从表2中的结果可以看出，在相同起爆条件下，炮筒越长，出炮筒时的飞片速度越大，且飞片出炮筒时的速度均没有达到最大值，同时各飞片速度与飞片材料被加速老化时间无明显的相关性。这说明，冲击片雷管在模拟长期贮存过程中，飞片材料老化不会影响飞片出炮筒时起爆炸药的速度。

2.3 飞片对载玻片的损伤情况

图4中（a）~（c）是用光学显微镜观察到的载玻片被飞片撞击后的典型损伤图片。

图4 飞片撞击载玻片显微图片

从图4中载玻片被飞片撞击后的损伤形貌可以看出，与炮孔对中的载玻片损伤最严重，且在其周围也有不同程度的损伤破坏。这说明，飞片在撞击到载玻片前已发生了破碎，能量较少的飞片对载玻片的破坏程度也较小，只有小小的浅坑状。另外对所有载玻片显微图观察也发现，载玻片表面被损伤的程度与飞片材料被加速老化时间无明显的相关性。

根据GJB736.8-1990 火工品试验方法 71℃试验法中修正的阿累尼乌斯（Arrhenius）方程：

式（1）中：0，1分别为温度0和1对应的时间。

可以初步获得该飞片材料在室温25℃放置34a再装成冲击片雷管后的飞片速度不会发生显著性变化。这说明，对冲击片雷管长贮性能退化评估中，可以暂不考虑飞片材料老化对冲击片雷管性能退化的贡献。

3 结论

对冲击片雷管用聚酰亚胺飞片材料经加速老化后的飞片速度测试研究表明：飞片材料经71℃加速老化后对飞片出炮筒时的速度无明显影响，且在设计的炮筒长度情况下，飞片出炮筒时的速度还未达到其最大速度。

[1] 尹强,耿春余.冲击片雷管研究与发展[J].探测与控制学报, 2005,27(4):8-11.

[2] 杨振英,马思孝,邓琼,等.冲击片雷管的参数设计[J].火工品，1996(1):31-35.

[3] H. H. Chau, G. Dittbenner , W. W. Hofer, et al. Electric gun: a versatile tool for high-pressure shockwave research[J]. Review of Scientific Instruments,1980,51(12):1 676-1 681.

[4] 袁士伟,曾庆轩,冯长根,等.冲击片雷管飞片参数设计与估算[J].火工品,2003(4):18-20.

[5] 王翔,谭开元,文尚刚,等.飞片材料对电爆驱动飞片速度的影响[J].含能材料,2014(2):259-262.

[6] 付秋波,蒋小华,郭菲,等.爆炸箔尺寸对飞片速度的影响[J].兵工学报,2010(4):434-436.

[7] 陈清畴.冲击片雷管作用特征及影响规律研究[D].北京:北京理工大学,2016.

[8] 都振华,孙新申,张蕊,等. 爆炸桥箔加速贮存前后的电爆特性[J].含能材料,2016(5):479-484.

Study on the Influence of Flyer Material Undergoing Aging on Flyer Velocity

TU Xiao-zhen1, ZHANG Bo2, CAO Ke1，GONG Zheng1，LI Wei1

(1.Institute of Chemical Materials, CAEP, Mianyang, 621999;2.Military Representive Bureau of Naval Equipment Department in Chong Qing, Chongqing, 400042）

In order to make sure that the flyer velocity has significant change when the flyer material has been stored for long time, the flyer velocity was tested by photonic doppler vilocimetry(PDV), after the flyer material has been aged for different time at the temperature of 71℃. The test results show that the max flyer velocity has not significant changed with the aging time , as well as the velocity of flyer going through the barrel. The velocity of flyer going through the barrel doesn’t reach the max value.

Slapper detonator；Accelerated aging；Flyer；Flyer velocity

1003-1480（2019）02-0024-03

TJ45+2

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2019.02.006

2019-02-25

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。