热固性浇注PBX炸药装药的界面性质

仿生疏液表面对浇注PBX 药浆的低黏附性能研究祝青，蒋全萍，王德海，郑保辉，李尚斌，罗观（中国工程物理研究院化工材料研究所，四川绵阳621999）摘要：降低浇注高聚物粘接炸药（PBX ）药浆与接触材料的黏附作用是提高浇注固化PBX 制备工艺水平和效率的关键因素之一。

采用溶液刻蚀方法在接触容器金属表面构筑微米‐纳米多级复合仿生结构，使高黏液端羟基聚丁二烯（HTPB ）和浇注PBX 药浆在金属表面的静态接触角均大于130°，表面具有良好的疏液性能，且通过调整刻蚀时间为120min 时，在金属表面形成仿花状的微纳米复合结构，可使金属表面与HTPB 、HTPB/Al 和HTPB/1，1‐二氨基‐2，2‐二硝基乙烯（Fox‐7）药浆间的黏附作用力分别降低至29.4，46.0μN 和12.7μN ，下降幅值达57%~82%。

同时将仿生结构涂覆于模具内表面，宏观实现对PBX 药浆不黏附特性。

关键词：浇注高聚物粘接炸药（PBX ）药浆；仿生表面；微纳米多级结构；疏液表面；黏附性中图分类号：TJ55文献标志码：ADOI ：10.11943/CJEM20183091引言高聚物粘接炸药（PBX ）药浆是一种典型高固含量的复杂多组分液体［1］。

可浇注固化PBX 是目前武器装备应用较广、发展前景最大的装药种类之一，在浇注PBX 的制备过程中，有两个因素制约了效率提高且造成资源浪费，一是因为PBX 药浆与接触材料的强黏附力导致清洗效率低下，使用大量有机溶剂，自动化不易实现；二是PBX 药浆与接触材料的强黏附力导致管道输送过程中药浆大量损耗，既不易清理，又浪费资源。

因此，如何显著降低浇注PBX 药浆与接触材料的黏附作用成为提高其工艺水平和效率的关键因素之一。

且在推进剂生产等大型工业领域和抗污领域中也会面对相同的难题和技术瓶颈，这些问题可通过构筑对复杂多组分液体的超疏液表面来降低液体与接触材料黏附力的方法进行解决。

超疏液特性表面是一种仿生功能表面，是指与液体的接触角大于150°且滚动角小于10°的材料表面［2-3］，其浸润性能主要与界面设计相关，包括表面能和表面微纳米结构［4-5］，其中表面的微纳米结构是影响表面浸润性能的关键因素［6-10］。

第七章 炸药的爆炸作用炸药发生爆炸时所形成的高温高压气体产物，必然对周围的介质产生强烈的冲击和压缩作用。

若物体与爆炸的炸药接触或相距较近时，由于受到爆轰产物的直接作用，物体便产生运动、变形、破坏和飞散；若物体离爆炸源较远时，则受爆轰产物的直接破坏作用就不明显。

但是，当炸药在可压缩的介质（如空气、水等）中进行爆炸时，由于爆轰产物的膨胀，压缩周围的介质并在介质中形成冲击波，此冲击波在介质中传播，便可以对较远距离的物体产生破坏作用。

因此，炸药爆炸对周围物体的作用，既可以表现在较近的距离上，又可以表现在离炸药较远的距离上。

习惯上将炸药爆炸时对周围物体的各种机械作用称为炸药的爆炸作用。

通过分析知道，炸药的爆炸作用与炸药的装药量、炸药的性质、炸药装药的形状（在一定的距离上），以及爆炸源周围介质的性质等因素有关。

通过对炸药爆炸作用的研究，可以正确地评价炸药的性能，为合理使用炸药和充分发挥其效能，以及为各种装药设计提供必要的理论依据。

7.1爆炸冲击波在介质分解界面上的初始参数炸药爆炸时，在与之接触的介质中必然要产生冲击波，在爆轰产物中可产生冲击波或稀疏波。

（研究初始参数对评定炸药爆炸对邻近介质的作用，冲击波传播规律很有益处）介质中的初始冲击波参数取决于炸药的爆轰参数和介质的性质（力学性质：压缩性与密度），如果介质的密度大于爆轰产物的密度，则在介质与爆轰产物分解面处的压力x P ﹥2P （爆轰压力），同时向爆轰产物中传递一个冲击波；否则x P ﹤2P ，则向爆轰产物中传递一个稀疏波。

2P >x P 时情形：当装药在空气中爆炸时，最初爆轰产物与空气的最初分界面上的参数，也就是形成空气冲击波的初始参数。

图7-1 2x P P 时分界面附近初始参数分布情况由于爆轰形式的冲击波在开始阶段必然是强冲击波，可采用强冲击波关系式：x x u k D 21+= 2021x x D P k ρ=+ 011ρρ-+=k k x （7-1）可见，只要能从理论上获得x u ，即可计算其它参数。

PBX-HMX-A炸药非稳态爆轰特性的研究
胡栋
【期刊名称】《兵工学报》
【年(卷),期】1988(000)004
【摘要】本文独立地提出了研究炸药反应区特性的方法——楔形有机玻璃法,并成功地用于炸药非稳态爆轰特性的研究。

该方法的优点是:能真实反映炸药的爆轰特性,方法简单,精度较高(约为2～3%),仅需实验一发就可确定炸药的反应区特性。

利用该方法测量PBX-HMX-A炸药不同厚度时的爆轰特性表明:在PBX-HMX-A炸药中存在非稳态爆轰,爆压增长不大。

当装药厚度土为10mm时,爆压P为31.55GPa,装药厚度增加到45mm以后,在测量精度内爆压P无明显增长,为35.54±0.29GPa。

爆速D为8.68km/s。

采用平面透镜或平面透镜、10mm厚有机玻璃衰减层作为
引爆系统时,爆压没有明显改变。

【总页数】7页(P7-13)
【作者】胡栋
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TQ564
【相关文献】
1.弯曲装药条件下粉状乳化炸药爆轰特性的试验研究 [J], 倪欧琪;解立峰;李斌;韩
志伟
2.圆筒实验数据研究高能炸药的爆轰特性 [J],
Waldemar;A;Trzcinski;Stanistaw;Cudzito
3.乳化粉粒状炸药的爆轰特性分析研究 [J], 孟小晖
4.低密度光爆专用炸药爆轰特性研究 [J], 黄文尧;王自军
5.CL-20基薄膜炸药的爆轰特性研究 [J], 李文祥;邢晓玲;刁小强;赵省向
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

PBX的损伤、断裂及本构关系研究PBX的损伤、断裂及本构关系研究PBX是高聚物粘结炸药（polymer bonded explosive）的简称，是由炸药颗粒和聚合物组成的一种固体高能炸药，是武器的主要装药；PBX力学行为影响武器的性能。

本文绪论介绍了PBX材料及其含能特性，并从力学研究角度认为PBX以及炸药代用材料属于颗粒填充聚合物复合材料。

根据目前在PBX力学行为方面的一些研究，总结了PBX 力学行为的典型特征及其研究进展。

然后本文以某一配方PBX为主要研究对象，同时结合其它配方PBX以及炸药代用材料，从损伤力学、断裂力学、断裂动力学、材料动态力学性能及本构关系等方面研究PBX的力学行为。

（1）通过SEM对炸药代用材料的细观观察结果表明，炸药代用材料与PBX的细观破坏模式一致，即拉伸载荷下以颗粒界面断裂（沿晶断裂）为主，而压缩载荷下以颗粒断裂（穿晶断裂）为主。

正因为PBX（以及炸药代用材料）在拉伸和压缩下具有不同的破坏模式，材料拉伸强度和压缩强度存在明显的差别。

（2）将声发射（AE）技术应用于PBX材料损伤演化过程的监测。

大量的实验结果表明，PBX在损伤演化过程中激发出大量的声发射信号；利用声发射技术，根据检测的声发射信号，可以定性研究PBX的损伤演化过程和识别材料的细观破坏模式；对于含宏观裂纹的PBX材料试件，还可以研究宏观裂纹的扩展过程，以及判定起裂点（起裂时刻或起裂时的载荷）；而对炸药代用材料结构件的声发射实验表明，声发射技术可以应用于这类材料结构件在载荷作用下损伤演化的监测。

（3）基于PBX细观结构特征和破坏模式，定义损伤变量D为单位面积上微缺陷的密度；采用弹性模量下降法测量损伤变量，建立了与应变相关的损伤演化方程描述PBX在拉伸载荷下的损伤演化规律。

（4）根据PBX及其代用材料的静态断裂实验，研究这类材料断裂韧性的实验测试方法。

结果表明，可以选取0.2≤a/W≤0.3范围裂纹长度的三点弯曲试件来确定PBX及其代用材料的断裂韧性；测定了JOB9003及其代用材料的断裂韧性分别为0.2MPam1/2和0.23MPam1/2。

2017-07 兵工自动化36(7) Ordnance Industry Automation ·1·doi: 10.7690/bgzdh.2017.07.001不同粘结体系对PBX炸药能量输出特性的影响李瑶瑶，崔庆忠(北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京 100081)摘要：粘结剂作为PBX炸药中重要的添加剂，对炸药的力学性能、能量特性等都有很大的影响。

为研究不同粘结体系对PBX炸药水下爆炸能量特性的影响，首先对不同粘结体系炸药配方进行优化设计，然后进行不同粘结体系PBX炸药的水下爆炸试验。

试验结果表明：与HTPB惰性粘结体系炸药相比，含能粘结体系应用于PBX炸药后，比冲击波能提高了12%～23%；但是由于含能粘结体系力学和工艺性能的限制，使得炸药固含量降低，降低了炸药的气泡能。

总的来看，TEGDN、GAP、HTPB粘结体系的PBX炸药总能量分别达到了2.01、1.99、2.15倍TNT当量。

关键词：配方设计；含能粘结体系；水下爆炸；能量输出结构中图分类号：TJ510.6 文献标志码：ADifferent Binder System Influence onEnergy Output Characteristics of PBXLi Yaoyao, Cui Qingzhong(State Key Laboratory of Explosion Science & Technology, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China) Abstract: As the important part of polymer bonded explosive, blinders has great effect on the mechanical property and energy characteristics. In order to research the influence of different binders on energy characteristics of PBX underwater explosion, the formula of each binders was carried out optimal design, then the underwater explosion experiment of different blinders PBX were conducted. The test result showed that, compared with HTPB inactive binder system explosive, the shockwave of PBX with energetic binder system increases by 12%~23%. Meanwhile the bubble performance of explosive with energetic binders is decreased because the mechanical property and processing performance of energetic binders were poor which lead the decrease of solid-content. In summary, the TNT equivalent of explosive with TEGDN binder, GAP binder and HTPB binder arrived 2.01, 1.99 and 2.15 respectively.Keywords: formulation design; energetic binders system; underwater explosion; energy output structure0 引言粘结剂作为PBX炸药中重要的添加剂，在其中占有8%～23%的比例，是PBX炸药的关键，对炸药的能量、感度及力学性能都有很大影响。

PBX炸药技术特性及在水中兵器上的应用
孙华;郭志军
【期刊名称】《装备学院学报》
【年(卷),期】2009(020)003
【摘要】介绍了国内外水中兵器装填炸药发展现状,分析了高聚物粘结炸药(polymer bonded explosive,PBX)的主要性能及特点,并与现役装备战斗部装填炸药参数进行对比;研究了PBX炸药及其装药技术在水中兵器战斗部上应用情况;对其在其他武器系统中更好拓展应用进行了探讨.
【总页数】4页(P108-111)
【作者】孙华;郭志军
【作者单位】海军驻太原地区军事代表室,山西,太原,030027;山两汾西重工有限责任公司,山西,太原,030027
【正文语种】中文
【中图分类】TQ564.47
【相关文献】
1.DDI/IPDI固化聚氨酯力学性能及其在PBX炸药中的应用 [J], 郑保辉;关立峰;李玉斌;罗观;刘绪望
2.激光熔覆及其在水中兵器修复上的应用 [J], 岳灿甫;吴始栋
3.GXZ高效旋转薄膜蒸发器技术特性及其在氯碱工业上应用 [J], 浦纪寿;吴剑峰
4.水悬浮包覆造粒下含能黏结剂在PBX炸药中的应用 [J], 余咸旱; 丁涛; 阎鹏; 余
推波
5.激光焊接技术特性及在工程材料上的应用 [J], 陈阳
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

TATB基PBX界面热阻研究及导热系数预测周筱雨;杨雪梅;韦兴文;王培【期刊名称】《含能材料》【年(卷),期】2017(025)005【摘要】为研究TATB基高聚物粘接炸药(PBX)中炸药晶体与粘结剂之间的界面热阻,采用在TATB单质药片上涂覆氟橡胶层的方法,制备了TATB基PBX单层界面样品,并通过纳米压痕法获得了界面样品氟橡胶层及界面层厚度,利用激光热导仪测得TATB/氟橡胶界面层在293,303,313,323,333 K下的导热系数分别为6.18×10-3,6.53×10-3,9.87×10-3,2.16×10-2,7.72×10-3 W·m-1·K-1.基于界面导热系数与热阻的关系,建立含界面热阻的PBX导热系数预测模型,获得了某型PBX导热系数理论值,理论计算结果与实测值吻合性较好.【总页数】6页(P422-427)【作者】周筱雨;杨雪梅;韦兴文;王培【作者单位】中国工程物理研究院化工材料研究所, 四川绵阳 621999;中国工程物理研究院化工材料研究所, 四川绵阳 621999;中国工程物理研究院化工材料研究所, 四川绵阳 621999;中国工程物理研究院化工材料研究所, 四川绵阳 621999【正文语种】中文【中图分类】TJ55【相关文献】1.陈氏法在TATB基PBX蠕变特性研究中的适用性分析 [J], 赵龙;甘海啸;唐维;唐明峰;周红萍2.HMX基和TATB基PBX爆轰波的拐角性能 [J], 郭向利;韩勇;卢校军;李志鹏3.TATB 基和 CL-20基 PBX 炸药爆轰波拐角性能的实验研究 [J], 郭向利;韩勇;曹威;段英良;冉剑龙;卢校军4.超声检测方法研究HMX及TATB基PBX的热循环性能 [J], 程垄;徐尧;李丽;肖盼;庞海燕;张伟斌5.HMX基和TATB基PBX炸药爆轰成长差别的实验研究 [J], 温丽晶;段卓平;张震宇;欧卓成;黄风雷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

ｄｏｉ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１￣８３５２.２０２１.０２.００８典型浇注ＰＢＸ炸药的准静态压缩力学行为❋席㊀鹏㊀孙培培㊀郑亚峰㊀南㊀海㊀潘㊀文西安近代化学研究所(陕西西安ꎬ７１００６５)[摘㊀要]㊀采用定应变压缩试验研究了准静态压缩条件下浇注ＰＢＸ炸药(浇注型高聚物黏结炸药)的力学行为ꎬ测试了典型浇注炸药ＰＢＸ￣１在损伤前㊁后的性能ꎬ获得了炸药的真应力￣应变曲线ꎮ试验结果表明ꎬ浇注ＰＢＸ炸药在准静态压缩条件下的力学行为分为接触压缩㊁弹性变形㊁损伤破坏和应变软化４个阶段ꎮ在压缩应变不超过损伤应变时ꎬＰＢＸ￣１炸药主要以弹性变形为主ꎬ屈服强度和屈服应变没有发生明显改变ꎻ在压缩应变超过损伤应变后ꎬ炸药中黏结剂断裂ꎬ颗粒脱黏ꎬ发生塑性变形ꎮ压缩应变增加至８％后ꎬＰＢＸ￣１炸药密度降低ꎬ残余应变增大ꎻＰＢＸ￣１炸药的屈服强度为０.６ＭＰａꎬ屈服应变为１０.６％ꎬ损伤应变为８％ꎬ炸药的损伤应变可以作为强度校核的依据ꎮ[关键词]㊀浇注ＰＢＸ炸药ꎻ准静态压缩ꎻ损伤行为ꎻ压缩应变[分类号]㊀ＴＱ５６４ꎻＴＤ２３５.２＋１ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＢｅｈａｖｉｏｒｓｏｆＴｙｐｉｃａｌＣａｓｔｉｎｇ￣ＰＢＸＥｘｐｌｏｓｉｖｅｓｕｎｄｅｒＱｕａｓｉ￣ＳｔａｔｉｃＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎＸＩＰｅｎｇꎬＳＵＮＰｅｉｐｅｉꎬＺＨＥＮＧＹａｆｅｎｇꎬＮＡＮＨａｉꎬＰＡＮＷｅｎＸｉ ａｎＭｏｄｅｒｎＣｈｅｍｉｓｔｒｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ(ＳｈａａｎｘｉＸｉ ａｎꎬ７１００６５)[ＡＢＳＴＲＡＣＴ]㊀Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｃａｓｔｉｎｇ￣ＰＢＸｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅｑｕａｓｉ￣ｓｔａｔｉｃｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｃｏｎ￣ｓｔａｎｔｓｔｒａｉｎｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｔｅｓｔ.ＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰＢＸ￣１ꎬａｔｙｐｉｃａｌｃａｓｔｉｎｇｅｘｐｌｏｓｉｖｅꎬｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｉｔｓｄａｍａｇｅ.Ｔｈｅｔｒｅｓｓ￣ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｆＰＢＸ￣１ｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｏｆｃａｓｔｉｎｇ￣ＰＢＸｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｕｎｄｅｒｑｕａｓｉ￣ｓｔａｔｉｃｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｃａｎｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｆｏｕｒｓｔａｇｅｓ:ｃｏｎｔａｃｔｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎꎬｅｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎꎬｄａｍａｇｅａｎｄｆｒａｃｔｕｒｅꎬａｎｄｓｔｒａｉｎｓｏｆ￣ｔｅｎｉｎｇ.ＷｈｅｎｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒａｉｎｉｓｌｅｓｓｔｈａｎｔｈｅｄａｍａｇｅｓｔｒａｉｎꎬｅｘｐｌｏｓｉｖｅＰＢＸ￣１ｍａｉｎｌｙｐｒｅｓｅｎｔｓｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａ￣ｔｉｏｎꎬａｎｄｔｈｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｈｅｙｉｅｌｄｓｔｒａｉｎｎｅａｒｌｙｕｎｃｈａｎｇｅ.ＷｈｅｎｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒａｉｎｉｓｍｏｒｅｔｈａｎｔｈｅｄａｍａｇｅｓｔｒａｉｎꎬｂｉｎｄｅｒｉｎＰＢＸ￣１ｆｒａｃｔｕｒｅｓａｎｄｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｄｅｂｏｎｄｆｒｏｍｔｈｅｂｉｎｄｅｒꎬｗｈｉｃｈｃａｎｒｅｓｕｌｔｉｎｔｈｅｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｖｅ.Ｄｅｎｓｉｔｙｄｅｃｌｉｎｅｓａｎｄｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒａｉｎｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｈｅｎｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒａｉｎｏｆｔｈｅｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｏｍｏｒｅｔｈａｎ８％.ＹｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈꎬｙｉｅｌｄｓｔｒａｉｎꎬａｎｄｄａｍａｇｅｓｔｒａｉｎｏｆｔｈｅＰＢＸ￣１ａｒｅ０.６ＭＰａꎬ１０.６％ꎬａｎｄ８％ꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.Ｔｈｅｄａｍａｇｅｓｔｒａｉｎｏｆｅｘｐｌｏｓｉｖｅｃａｎｂｅｕｓｅｄａｓｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｃｈｅｃｋ.[ＫＥＹＷＯＲＤＳ]㊀ｃａｓｔｉｎｇ￣ＰＢＸｅｘｐｌｏｓｉｖｅꎻｑｕａｓｉ￣ｓｔａｔｉｃｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎꎻｄａｍａｇｅｂｅｈａｖｉｏｒｓꎻｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒａｉｎ引言炸药是武器系统中弹药和战斗部的能源ꎬ通过爆轰实现毁伤效应ꎮ作为结构材料ꎬ炸药在运输㊁储存和使用过程中需要耐受一定的应力和变形ꎮ炸药的强度和刚度较低ꎬ在一定外载荷作用下会产生不同程度的损伤ꎬ影响炸药的点火阈值和爆轰波传播ꎮ炸药损伤后的力学行为直接关系到自身的应用安全性㊁爆轰稳定性和起爆可靠性等ꎬ从而影响武器系统的使用寿命㊁安全性和作战效果ꎮ针对军事需求的迫切性ꎬ炸药损伤的研究越来越受到关注ꎮ有学者对压装ＰＢＸ炸药(高聚物黏结炸药)进行径向压缩试验ꎬ观察到了颗粒断裂㊁界面脱黏㊁变形孪晶等多种损伤破坏形式ꎬ并在试验研究的基础上对ＰＢＸ材料几种可能的变形破坏机理进行了分析[１￣２]ꎮ陈鹏万等[３]利用巴西试验对高聚物黏结炸药的变形破坏机理进行了研究ꎬ结果表明ꎬ试样最主要的破坏机第５０卷㊀第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.５０㊀Ｎｏ.２㊀２０２１年４月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＥｘｐｌｏｓｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｓ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ａｐｒ.２０２１❋收稿日期:２０２０￣０５￣２４第一作者:席鹏(１９８５－)ꎬ男ꎬ硕士ꎬ高级工程师ꎬ主要从事炸药配方及工艺研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｘｉｐｅｎｇ￣５７＠１６３.ｃｏｍ理是界面脱黏和黏结剂的成穴失效ꎮ目前ꎬ国内研究人员对炸药损伤的研究大多集中在压装ＰＢＸ方面ꎬ对浇注ＰＢＸ炸药损伤研究主要集中在损伤形貌特征方面ꎬ对于损伤后的力学行为讨论较少ꎮ浇注ＰＢＸ炸药是一种聚合物基复合材料ꎬ具有优异的低易损性能和爆轰性能ꎬ广泛应用于侵彻战斗部㊁水下战斗部等[４￣６]ꎮ浇注ＰＢＸ炸药的配方体系和力学性能与压装ＰＢＸ炸药差异较大[７]ꎮ研究浇注ＰＢＸ炸药的损伤行为ꎬ可以分析炸药在储存㊁运输等准静态条件下的安全性ꎬ获取的力学性能参数也是炸药数值仿真计算的必备条件ꎬ有助于炸药在侵彻㊁冲击㊁跌落等应用工况下的安全性[８￣９]ꎮ本文中ꎬ主要以准静态压缩试验作为实施损伤的手段ꎬ通过压缩应变控制炸药的损伤程度ꎬ研究典型浇注炸药ＰＢＸ￣１损伤过程中的力学行为ꎬ讨论浇注ＰＢＸ炸药材料的微观结构和破坏性能ꎬ分析炸药的损伤演化过程ꎬ为其安全性预估提供基础数据ꎮ１㊀试验部分１.１㊀试样制备ＰＢＸ￣１炸药配方(质量分数)由６４％黑索今(ＲＤＸ)㊁２０％铝粉(Ａｌ)和黏结剂组成ꎮ黏结剂配比参考文献[１０]中的ＰＢＸＮ￣１０９炸药ꎬ外加０.０１％的ＴＰＢ催化剂[１１]ꎮ炸药药柱尺寸⌀２０ｍｍˑ２０ｍｍꎬ密度１.６４５ｇ/ｃｍ３ꎮ１.２㊀仪器设备防爆材料实验机ꎬ西安近代化学研究所研制ꎬ最大压力３０ｋＮꎬ压力相对误差０.２９％ꎬ位移相对误差０.２８％ꎻ微观扫描电子显微镜ꎬＦＥＩＱＵＡＮＴＡ￣６００型ꎬ环境为高真空模式ꎮ１.３㊀试验条件固定应变条件下连续进行３次压缩￣恢复试验ꎬ压缩速率与恢复速率均为５ｍｍ/ｍｉｎꎬ当位移恢复到起始点后ꎬ立即进行第２次压缩ꎬ试验温度２５ħꎮ定应变压缩后立即进行真应力￣应变[７]测试ꎮ密度测试参考ＧＪＢ７７２Ａ １９９７方法４０１.２液体静力称量法ꎬ分度值０.００１ｇ/ｃｍ３ꎮ２㊀结果和分析２.１㊀压缩损伤后的真应力￣应变曲线㊀㊀图１为ＰＢＸ￣１炸药在准静态压缩损伤前㊁后的真应力￣应变曲线ꎮ其中ꎬ曲线１＃是炸药损伤前的真㊀㊀图１㊀连续压缩３次后的真应力￣应变曲线Ｆｉｇ.１㊀Ｔｒｕｅｓｔｒｅｓｓ￣ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓａｆｔｅｒｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｂｙｔｈｒｅｅｃｙｃｌｅｓ应力￣应变曲线ꎻ曲线２＃~曲线６＃分别是ＰＢＸ￣１炸药在经历压缩应变分别为４％㊁６％㊁８％㊁１０％㊁１４％条件下连续压缩３次后的真应力￣应变曲线ꎮ从曲线１＃可以看出ꎬ在准静态压缩条件下ꎬＰＢＸ￣１炸药的应力应变曲线表现出显著的非线性ꎬ主要由３个阶段组成:低模量的线性阶段㊁强化阶段和应变软化阶段ꎮＰＢＸ￣１炸药存在丰富的界面层ꎬ在应变初始阶段产生界面压缩变形ꎬ表现出较低的压缩模量ꎮ随着应变增加ꎬ聚合物刚度逐渐增大ꎬ炸药处于一种高模量状态ꎬ发生大应变变形ꎮ当压缩应变大于６％ꎬ高弹形变逐渐向黏性流动转变ꎬ压缩模量逐渐降低ꎻ在越过屈服点后ꎬ应力逐渐下降ꎬ表现为明显的应变软化特征ꎮ㊀㊀从曲线２＃~曲线６＃可以看出ꎬ在压缩应变不超过８％时ꎬ由于浇注ＰＢＸ炸药丰富的聚合物的蠕变特征ꎬ在３次低应变压缩后界面压缩尚未恢复ꎬ颗粒填充更加密实ꎬ曲线表现为弹性段和软化段ꎬ在弹性段炸药的刚度增加ꎻ在压缩应变大于１０％后ꎬ炸药损伤导致应变软化ꎬ失去弹性自持性ꎬ表现出聚合物黏性特征ꎮ此外ꎬ从曲线２＃~曲线６＃还可以看出ꎬ由于损伤后的力学性能曲线是在连续３次损伤后直接测量ꎬ损伤应变没有恢复ꎬＰＢＸ￣１炸药在压缩初期存在０.５％~２.５％的残余应变ꎮ表１给出了损伤前㊁后ＰＢＸ￣１炸药的力学性能参数ꎬ未损伤炸药屈服强度σｍ为０.６０ＭＰａꎬ屈服应变εｍ为１０.６％ꎮ在定应变压缩ɤ８％并连续压缩３次后ꎬ炸药的σｍ和εｍ没有发生显著变化ꎬ压缩处于ＰＢＸ￣１炸药的弹性压缩阶段ꎻ当定应变压缩ȡ１０％以后ꎬ炸药损伤导致应变软化ꎬ失去弹性自持性ꎬ表现出聚合物黏性特征ꎮ２.２㊀准静态压缩条件下的残余应变和密度变化㊀㊀样品在压缩后的残余应变测试结果如图２所示ꎮ浇注ＰＢＸ炸药是一种介于理想弹性体和理想２４ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５０卷第２期表１㊀损伤前、后的力学性能参数Ｔａｂ.１㊀Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｄａｍａｇｅ曲线编号σｍ/ＭＰａεｍ/％１＃０.６０１０.６２＃０.６１１０.４３＃０.６２１０.２４＃０.５９１０.８５＃ ６＃㊀㊀图２㊀ＰＢＸ￣１在不同压缩应变下的残余变形Ｆｉｇ.２㊀ＲｅｓｉｄｕａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＰＢＸ￣１ｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒａｉｎｓ黏性体之间的黏弹性材料ꎬ当受到外力作用后ꎬ平衡形变迅速完成ꎬ与理想弹性体相关ꎻ在外力卸去后ꎬ形变还会随时间发展ꎬ又与黏性材料相似[７]ꎮＰＢＸ￣１炸药在宏观上表现为黏弹性材料ꎬ其力学松弛也表现在蠕变㊁滞后等方面ꎬ即使在２％压缩应变后ꎬ也存在接近０.５％的残余应变ꎮ虽然在压缩应变小于６％时的残余应变差异不大ꎬ但是ꎬ总体上依然体现出残余应变随压缩应变增加而增长的趋势ꎮ从压缩２４ｈ后的残余应变曲线可以看出ꎬ在压缩应变小于８％时ꎬ残余应变经过２４ｈ得到恢复ꎻ当压缩应变大于８％以后ꎬ残余应变随着压缩应变的增加而增大ꎬ表明在压缩应变大于８％以后ꎬ损伤逐渐增大ꎬ炸药发生明显的塑性变形ꎮ㊀㊀图３是ＰＢＸ￣１炸药在定应变压缩前㊁后的密度变化曲线ꎮ在压缩后立即进行密度测量ꎬ炸药密度随着压缩应变的增大而逐渐增大ꎻ在压缩应变８％时ꎬ密度达到最大值１.６５ｇ/ｃｍ３ꎻ随后密度迅速减小ꎮ定应变压缩２４ｈꎬ炸药的密度变化相对平缓ꎬ在压缩应变小于８％时ꎬ密度与压缩前基本一致ꎻ在压缩应变大于８％以后ꎬ密度显著降低ꎮ２.３㊀ＰＢＸ￣１炸药的损伤形貌在定应变压缩过程中ꎬ炸药在达到最大应力之前已经可以目测到局部微小裂纹和裂纹增长现象ꎮ㊀㊀图３㊀ＰＢＸ￣１在不同压缩应变下的密度Ｆｉｇ.３㊀ＤｅｎｓｉｔｙｏｆＰＢＸ￣１ｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒａｉｎｓ㊀㊀图４是ＰＢＸ￣１炸药在３次定应变压缩后的表面形貌ꎮ从图４(ａ)可以看出ꎬＰＢＸ￣１炸药在较小应变压缩下无明显损伤ꎬＲＤＸ与铝颗粒分布均匀ꎬ颗粒之间通过黏结剂密实填充ꎮ由图４(ｂ)可知ꎬ在定应变６％压缩后ꎬ黏结剂发生弹性变形ꎬ颗粒之间受到挤压ꎬ炸药颗粒被黏结剂紧密包裹ꎮ由图４(ｃ)㊁图４(ｄ)可知ꎬ在应变大于１０％以后ꎬ炸药在微观上表现出明显的不均匀性ꎬ黏结剂发生松弛或断裂ꎬ伴随着颗粒脱黏现象ꎬ表现为明显的损伤状态ꎮ从微观形貌可以看出ꎬ在准静态压缩过程中ꎬ浇注ＰＢＸ炸药的力学行为主要表现为黏结剂的变形和损伤ꎬ未发现炸药穿晶断裂㊁粉碎等变化ꎮ㊀㊀㊀㊀㊀(ａ)ε＝２％㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｂ)ε＝６％㊀㊀㊀㊀㊀(ｃ)ε＝１０％㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(ｄ)ε＝１２％图４㊀不同应变下ＰＢＸ￣１炸药的ＳＥＭ图(２００ˑ)Ｆｉｇ.４㊀ＳＥＭｏｆＰＢＸ￣１ｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒａｉｎｓ(２００ˑ)２.４㊀ＰＢＸ￣１炸药的力学行为分析从炸药损伤前的真应力￣应变曲线(图１ꎬ曲线１＃)可以看出ꎬ在准静态压缩条件下ꎬ未损伤ＰＢＸ￣１炸药在小应力(<０.０５ＭＰａ)下存在一个低模量的线性阶段ꎮ根据文献[１２]报道ꎬ在如此小的应力下３４２０２１年４月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀典型浇注ＰＢＸ炸药的准静态压缩力学行为㊀席㊀鹏ꎬ等㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀不可能发生聚合物断裂㊁沿晶断裂㊁穿晶断裂和塑性变形ꎮ与单一聚合物和其他聚合物基复合材料不同ꎬＰＢＸ￣１炸药是一种带有预损伤的复合材料ꎬ压缩过程中填料与黏结剂之间丰富的界面层贡献给压缩应变的压缩量远远高于其他材料ꎮ在应变较小时ꎬ界面压缩是浇注ＰＢＸ炸药的主要卸载方式ꎮ结合准静态压缩条件下的残余应变和密度变化分析ꎬ屈服应变并不能表达炸药的损伤过程ꎬＰＢＸ￣１炸药在屈服应变之前已经发生明显的损伤ꎬ因此存在一个损伤临界点ꎬ临界点的应力和应变假定为损伤强度σｃ和损伤应变εｃꎬ屈服过程如图５所示ꎮ㊀㊀图５㊀ＰＢＸ￣１炸药的屈服过程Ｆｉｇ.５㊀ＹｉｅｌｄｐｒｏｃｅｄｕｒｅｏｆｅｘｐｌｏｓｉｖｅＰＢＸ￣１㊀㊀如图５推理ꎬＰＢＸ￣１炸药的准静态压缩过程分为４个阶段:接触压缩阶段(０<ε<εｂ)㊁弹性压缩阶段(εｂɤε<εｃ)㊁损伤阶段(εｃɤε<εｍ)和应变软化阶段(εȡεｍ)ꎮ在接触压缩阶段ꎬ炸药受到的压缩载荷较小ꎬ炸药界面被压缩成密实状态ꎮ随着应力增大ꎬ炸药中的弹性体被压缩ꎬ聚合物组分以弹性变形作为主导因素ꎻ当载荷卸去时ꎬ弹性体的弹性变形恢复ꎬ由于界面压缩的滞后性和聚合物的蠕变ꎬ原有的颗粒间隙减小ꎬ导致炸药密度增高㊁刚度增大ꎬ在下一次的压缩过程中表现为刚度强化的特点ꎮ当炸药压缩应变大于损伤应变εｃ时ꎬ炸药中的黏结剂发生损伤破坏ꎬ逐渐失去对炸药的保护作用ꎻ但是由于炸药中的ＲＤＸ㊁铝颗粒堆积ꎬ导致炸药的真应力￣应变曲线继续上升ꎬ表现为屈服点前㊁后的屈服阶段和应变软化阶段ꎮ基于上述分析可知ꎬ浇注炸药在压缩应变大于损伤应变εｃ时ꎬ炸药已经发生损伤ꎮ根据ＰＢＸ￣１炸药在不同压缩应变下的力学性能参数和残余变形曲线变化趋势ꎬ以及扫描电镜图的对比ꎬ可以得出ＰＢＸ￣１炸药的损伤应变为８％ꎮ在材料应用或者数值模拟计算时ꎬ参考损伤强度σｃ和损伤应变εｃ进行强度校核ꎬ并赋予一定的安全余量ꎬ其真实性和可行性更优于屈服应力和屈服应变ꎮ３　结论１)测试了典型浇注ＰＢＸ炸药ＰＢＸ￣１在准静态压缩损伤前㊁后的真应力￣应变曲线ꎮＰＢＸ￣１炸药的真应力￣应变曲线表现出显著的非线性ꎮ当应变小于８％时ꎬ炸药的屈服强度和屈服应变没有发生显著改变ꎻ在压应变大于１０％后ꎬ炸药损伤导致应变软化ꎬ失去弹性的自持性ꎬ表现出聚合物黏性特征ꎮＰＢＸ￣１炸药的屈服强度σｍ为０.６ＭＰａꎬ屈服应变εｍ为１０.６％ꎮ２)ＰＢＸ￣１炸药在准静态压缩条件下的力学行为分为接触压缩㊁弹性变形㊁损伤破坏和应变软化４个过程ꎮ在压缩应变小于损伤应变时ꎬ浇注炸药主要以弹性变形为主ꎻ在压缩应变超过损伤应变后ꎬ炸药中黏结剂断裂ꎬ发生塑性变形ꎮ３)ＰＢＸ￣１炸药在较小压缩应变下无明显损伤ꎬ颗粒之间通过黏结剂密实填充ꎻ在压缩应变超过损伤应变后ꎬ密度降低ꎬ残余应变增大ꎮＰＢＸ￣１炸药的损伤应变为８％ꎮ参考文献[１]㊀ＥＬＬＩＳＫꎬＬＥＰＰＡＲＤＣꎬＲＡＤＥＳＫＨ.Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒ￣ｔｉｅｓａｎｄｄａｍａｇｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆａＵＫＰＢＸ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅꎬ２００５ꎬ４０(９):６２４１￣６２４８.[２]㊀唐明峰ꎬ庞海燕ꎬ蓝林钢ꎬ等.ＲＤＸ基ＰＢＸ的本构行为与应变历史㊁应变率效应[Ｊ].含能材料ꎬ２０１６ꎬ２４(９):８３２￣８３７.ＴＡＮＧＭＦꎬＰＡＮＧＨＹꎬＬＡＮＬＧꎬｅｔａｌ.ＣｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＲＤＸ￣ｂａｓｅｄＰＢＸｗｉｔｈｌｏａｄｉｎｇ￣ｈｉｓｔｏｒｙａｎｄｌｏａｄｉｎｇ￣ｒａｔｅｅｆｆｅｃｔｓ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｅｒｇｅｔｉｃＭａ￣ｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１６ꎬ２４(９):８３２￣８３７.[３]㊀陈鹏万ꎬ黄风雷ꎬ张瑜ꎬ等.用巴西试验评价炸药的力学性能[Ｊ].兵工学报ꎬ２００１ꎬ２２(４):５３３￣５３７.ＣＨＥＮＰＷꎬＨＵＡＮＧＦＬꎬＺＨＡＮＧＹꎬｅｔａｌ.Ｂｒａｚｉｌｉａｎｔｅｓｔａｎｄｉｔｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒ￣ｔｉｅｓｏｆｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ[Ｊ].ＡｃｔａＡｒｍａｍｅｎｔａｒｉｉꎬ２００１ꎬ２２(４):５３３￣５３７.[４]㊀李媛媛ꎬ高立龙.国外高聚物粘结炸药在大中口径炮弹中的应用[Ｊ].飞航导弹ꎬ２０１６(２):８０￣８３.ＬＩＹＹꎬＧＡＯＬＬ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙｍｅｒｂｏｎｄｅｄｅｘｐｌｏ￣ｓｉｖｅｓｉｎｌａｒｇｅｄｉａｍｅｔｅｒｓｈｅｌｌｓａｂｒｏａｄ[Ｊ].ＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＭｉｓｓｉｌｅＪｏｕｒｎａｌꎬ２０１６(２):８０￣８３.[５]㊀席鹏ꎬ南海.串联侵彻战斗部装药技术特点及发展趋势[Ｊ].飞航导弹ꎬ２０１４(６):８７￣８９.(下转第４９页)４４ ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀爆㊀破㊀器㊀材㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第５０卷第２期。