烤燃作用下PBX炸药的热分解及细观热损伤研究

作     者：江鹏 

作者单位：北京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴艳青

授予年度：2016年

学科分类：082604[工学-军事化学与烟火技术] 08[工学] 0826[工学-兵器科学与技术] 

主      题：PBX炸药 烤燃 热损伤 细观表征 

摘      要：弹药在制造、运输、存放和使用过程中,容易受到火灾等异常热刺激,可能引起点火爆炸甚至殉爆等重大事故;随着高超声速武器的快速发展,战斗部在侵彻目标其前表面温度将达到100℃以上,给战斗部内部的炸药装药热安全性带来新的挑战。PBX炸药是军事武器中常用的高能钝感炸药,它主要由高能炸药、粘结剂和增塑剂等按不同的比例混合压制而成,这种复合结构造成了炸药细观结构的非均匀性和多尺度性,表现出非常复杂的理化性质。受热后,炸药的细观非均匀性更加明显。本课题在前人的基础上,设计实验深入研究PBX炸药在受热过程中内部细观结构的损伤情况,从细观结构变化角度去描述PBX炸药受热后一系列的性质变化,这也是目前含能材料领域的前沿热点研究方向。为研究PBX炸药的热分解过程随加热温度、加热时间变化的规律,本课题设计了热加载装置,在加热过程中采用高精度分析天平监测不同温度下PBX8701炸药试样质量随时间的变化情况,得到了三个不同温度下加热相同时间,试样分解反应质量损失曲线。对不同高温处理过的RDX单晶试样、PBX 8701炸药试样进行光学显微镜和扫描电镜观察,分析它们的细观结构受热载荷的影响。结果表明RDX炸药晶体在受到高温载荷时,内部会释放气体,导致内部晶体内部孔穴增多,并且由于热胀冷缩效应产生了裂纹;而PBX 8701炸药热损伤主要由两个方面造成的,一是由于RDX在热载荷作用下发生缓慢的分解产生气体无法排出而造成的,二是PBX 8701中的粘结剂属于有机高分子聚合物,在高温下会熔化、反应,造成结构破坏。温度越高,RDX分解程度越大,粘结剂被破坏程度越大,产生的孔穴和裂纹越多,损伤越严重。粘结剂在未分解之前,受高温影响会发生软化、流动,对内部结构中的间隙、裂纹有填充作用。采用高精度的微米CT设备探测损伤前后的PBX 8701炸药的内部结构,根据断层图像重建三维形貌,统计内部缺陷和裂纹的分布情况,得到孔隙率和比表面积受温度变化的影响规律,量化了热损伤对PBX 8701炸药内部的影响。进行准静态单轴压缩实验,得到PBX 8701炸药损伤前后的应力应变曲线,对比其不同,发现热损伤导致PBX 8701炸药力学性能下降,损伤温度越高,强度极限越低,但是该种材料在弹性阶段的弹性模量变化不大。通过以上四组实验,从宏观、微观以及热力学等多个角度考察了PBX 8701炸药的热损伤过程,获得了PBX 8701炸药的热分解规律,定量评价了热损伤对PBX炸药内部细观结构以及力学性能造成的影响,能够为弹药的安全设计提供参考。