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安全与环境学报 2023年

作者：吴艳青潘帅江鹏北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室

炸药热损伤特征及演化行为对装药安全性具有重要影响。本研究旨在探究PBX炸药在不同温度载荷（未加热、140℃、160℃、180℃，40h）下的内部损伤和演化行为。为此，设计了无约束状态下的炸药烤燃实验，通过分析天平监测炸药的质量变化... 详细信息

炸药热损伤特征及演化行为对装药安全性具有重要影响。本研究旨在探究PBX炸药在不同温度载荷（未加热、140℃、160℃、180℃，40h）下的内部损伤和演化行为。为此，设计了无约束状态下的炸药烤燃实验，通过分析天平监测炸药的质量变化，以确定在高温加载条件下的质量损失规律。利用显微镜和扫描电子显微镜等技术对炸药样品的表面和内部损伤进行表征。研究结果表明，温度越高，炸药的质量损失越大且损失速率越快；加热过程中粘结剂先发生熔化，随着加热时间变长和温度升高，粘结剂熔化程度变大，流动性增强，气体从炸药表面孔洞内逸出，孔洞增多且尺寸变大；温度越高炸药内部出现的孔隙越多，孔隙尺寸越大，孔隙主要是由于气体从试样内部逸出形成；炸药内部比表面积变化规律为上升-下降-上升，其变化趋势受到化学反应速率和粘结剂的流动及损失影响。粘结剂材料的热稳定性是影响炸药热损伤演化行为的重要因素。因此，提高粘结剂材料的热稳定性对于减少炸药材料的热敏性具有至关重要的作用。

关键词：安全工程 PBX炸药烤燃热损伤细观表征

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RDX基PBX在高温条件下热损伤表征试验研究

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安全与环境学报 2024年第3期24卷 891-897页

作者：吴艳青潘帅江鹏北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

炸药热损伤特征及演化行为对装药安全性具有重要影响。为探究高聚物黏结剂炸药(Polymer Binder Explosive,PBX)在不同温度载荷下的内部损伤和演化行为,对无约束状态下炸药进行烤燃试验,使用分析天平监测炸药的质量变化,并采用显微镜和... 详细信息

炸药热损伤特征及演化行为对装药安全性具有重要影响。为探究高聚物黏结剂炸药(Polymer Binder Explosive,PBX)在不同温度载荷下的内部损伤和演化行为,对无约束状态下炸药进行烤燃试验,使用分析天平监测炸药的质量变化,并采用显微镜和扫描电子显微镜等技术对炸药样品的表面和内部损伤进行表征。结果表明:温度越高,炸药的质量损失越大且损失速率越快;加热过程中黏结剂先发生熔化,随着加热时间变长和温度升高,黏结剂熔化程度增大,流动性增强,气体从炸药表面孔洞内逸出,孔洞增多且尺寸变大;温度越高炸药内部出现的孔隙越多,孔隙尺寸越大,孔隙主要是由于气体从试样内部逸出形成;炸药内部比表面积变化趋势为上升—下降—上升,其变化趋势受到化学反应速率和黏结剂的流动及损失影响。黏结剂材料的热稳定性是影响炸药热损伤演化行为的重要因素。

关键词：安全工程高聚物黏结剂炸药(PBX) 烤燃热损伤细观表征

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热力复合作用下TATB基PBX结构变化原位研究

热力复合作用下TATB基PBX结构变化原位研究

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作者：原曾年中国工程物理研究院

学位级别：硕士

高聚物黏结炸药(Polymer Bonded Explosives,缩写为PBX)作为一类颗粒高度填充的非均相含能复合材料,主要由粉末炸药晶体和高聚物粘结剂、增塑剂及钝感剂等组成,其中TATB(1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯)是PBX中常用的单质高能钝感炸药。由... 详细信息

高聚物黏结炸药(Polymer Bonded Explosives,缩写为PBX)作为一类颗粒高度填充的非均相含能复合材料,主要由粉末炸药晶体和高聚物粘结剂、增塑剂及钝感剂等组成,其中TATB(1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯)是PBX中常用的单质高能钝感炸药。由于PBX具有能量高、安全性好、成型性能优良等特点而在军民领域中得到了广泛应用。PBX全寿命环境条件非常复杂,伴随着诸多的热力作用。这些热力环境都可能导致PBX产生结构变化,显著影响PBX的力学性能和安全性能。因此,开展热力耦合作用下PBX结构变化研究非常重要。本文以TATB基PBX为研究对象,从热力复合原位试验技术、定量化表征方法、新试验和表征手段的可行性测试、及不同温度下TATB基PBX的结构变化和破坏行为等几个方面展开。首先,本文基于X射线计算机层析成像(X-ray computed tomography,缩写为X射线CT)系统搭建了热力复合加载试验平台,设计了一种适用于CT系统的原位圆弧巴西试验装置,建立了描述TATB基PBX裂纹形态的定量化表征方法,开发了 PBX内部颗粒结构变化及位移场分析算法。其次,利用PBX模拟材料开展原位圆弧巴西试验,初步验证了上述试验、表征、及分析方法的可行性和科学性。对比了完好及含不同预制缺陷形式的PBX模拟材料的变形及破坏行为特点,研究发现:(1)无预制缺陷样品从圆盘中心处开始起裂并沿径向生长,而当缺陷方向与加载方向呈45°夹角时,裂纹在缺陷顶点处开始生长;(2)当缺陷为非贯通的表层缺陷时,样品具有分层起裂的特点;(3)通过有限元计算进行理论模拟,模拟结果与试验现象吻合较好。最后,开展了-20℃～70℃温域内TATB基PBX结构变化研究,定量化表征了不同热力复合作用下的裂纹形态,分析了其内部颗粒变化,研究发现:(1)PBX破坏应变对温度不敏感;(2)随着温度由低到高,裂纹形态由平直向曲折变化,且裂纹断面由粗糙向光滑变化;(3)低温巴西试验中,PBX内部颗粒以平移、剪切滑移及自身破碎为主,而在高温时,PBX内部结构变化以粘结剂膨胀、颗粒体积缩小及颗粒重组为主。

关键词：高聚物粘结炸药(PBX) 原位CT研究热力复合作用结构变化细观表征

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烤燃作用下PBX炸药的热分解及细观热损伤研究

烤燃作用下PBX炸药的热分解及细观热损伤研究

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作者：江鹏北京理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词： PBX炸药烤燃热损伤细观表征

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