改善高能硝胺发射药力学性能研究

表 3。硝化 棉含 氮量 为 12. 6% 时, 硝化 棉含 量由 30% 提高到 39% 时, - 40℃抗冲强度由 6. 09 kJ/ m2 提高到 9. 15 kJ/ m2。表明在硝胺发射药中适当增加
选用正式商品中最细( E 级) 粒度。 固体填料与黏结剂的表面能及其界面张力是影
响力学性能的重要因素, 通过接触角的测定, 可以测
工艺生产的稳定性, 消除工艺因素带来的影响。 改变发射药中 1# N C+ 皮罗棉组成的混棉的含
良好的界面性质并避免应力集中, 改善药体的力学 性能。RGD7 发射药在实验室研究阶段已通过系统
量, 研究硝化棉含量对力学性能的影响, 实验结果见 研究, 确定了 NQ 的平均粒径为4. 2 Lm, RDX 粒度
1 实验研究
1. 1 高分子黏结剂的研究 R G D7 发射药配方中的高分子黏结剂是由 1#
N C 和 3# N C 组成的混合硝化棉, 对于这类固体填 料含量高的发射药, 使用柔顺性好的皮罗棉有利于 提高力学性能。
以 RGD7 作为基 础配 方, 设计了 以下 研究 方 案: ( 1) 改变混棉 的组成; ( 2) 改变混棉 的氮量[ 2] ; ( 3) 改变混棉的含量。
摘 要: 为满足高膛压 火炮对高能发射药 力学性能的应用要 求, 优 化了 RG D7 高能 硝胺发射药 基础配方 的黏结剂 体系, 分析 了高能固体填料 RDX 和 NQ 与黏结剂体系的界面粘结性能。用配方体系中加入键合剂方法改善了高能 硝胺发射药的力学性能。 关键词: 爆炸力学; 发射药; 力学性能; 黏结剂; 键合剂 中图分类号: T J55; T Q 562 文献标识码: A 文章编号: 1007-7812( 2005) 03-0001-03
3. Xi′an M o der n Chemistry Resear ch Instit ut e, Xi′an 710065, China) Abstract: T o m eet the requirem ent of mechanical per fo rmance o f pr opellant used in high pr essur e g un, t he binder system in the basic for mulation o f R GD7 hig h-energ y nitr oamine wa s optimized and inter face adhesive pr oper ties between the binder sy stem and hig h-energ y solid filling s, R DX and N Q wer e analy zed. T he mechanical perfo rmance of R GD7 high-ener gy nitro amine pr opellant had been g r eatly impro ved by a dding bonding ag ent in the for mulat ion o f the pr opellant . Key words: ex plo sive mechanics; g un pro pellant; mechanical per for mance; binder ; bo nding agent
注: * 为研究所样品; * * 为工厂样品; 混棉含氮量均为 12. 8%
本上以机械夹杂物的形式存在于发射药基体中, 其
实验结果表明, 研究所样品的力学性能要好于 力学性能在很大程度上与固体填料的性质、含量、粒
工厂样品。从表观来看, 研究所样品表面光滑, 断面 度及其在基体内的分布状态等因素有关。通过黏结
第 28 卷第 3 期 2 00 5 年8 月
火 炸 药 学报 Chinese Journal of Expl osives & Propellants
1
改善高能硝胺发射药力学性能研究
赵 毅1, 黄振亚2, 刘少武3, 杨文宝3, 张远波3
( 1. 中国兵器工业集团公司, 北京 100089; 2. 南京理工大学化工 学院, 江苏 南京 210094; 3. 西安近代化学研究所, 陕西 西安 710065)
T ab le 1 T he eff ect of component of N C mix tu res and t heir nit rogen cont ent on m echan ical perf ormances of t he propell ant s
配方
混棉组成
含氮量/ % 火药力/ ( J·g - 1) 温度/ ℃ 抗压强度/ M P a 压 缩率/ % 抗冲强度/ ( kJ·m- 2)
2
火 炸药 学报
第 28 卷第 3 期
结果表明, 用皮罗棉代替 3# N C 后, 发射药的
调整混棉组成改变含氮量的改进型配方在低温
力学性能均有所提高; 当混棉氮量为 13. 0% 时, 皮 时的力学性能有所提高, 这主要是由于皮罗棉具有
罗棉代替 3# NC 的 RGD7C 配方的抗压强度、压缩 较高的数均分子量并且分布较为均匀, 聚合度也较
以皮罗棉代替 3# N C, 并调整混棉比例改变混 棉氮量, 研究皮罗棉对力学性能的贡献。在混棉含量 相同时, 用皮罗棉代替 3# N C, 实验结果见表 1。
收稿日期: 2005- 03- 07 作者简介: 赵毅( 1955- ) , 男, 高级 工程师, 博士研究生, 从事含能材料科研及管理工作。
pro ductio n pr opellant
配方
混棉组成
RG D7A * 1# N C+ 皮棉 R GD 7A * * 1# N C+ 皮棉
温度/ ℃
- 40 20
- 40 20
抗压强度/ 压缩率/ 抗冲强度/
M Pa
% ( kJ ·m - 2)
131. 0 12. 2
6. 86
34. 6 121. 8
r s/ ( mJ·m- 2) 35. 0 43. 4 68. 2
注:
r
D s
为色散分力;
r
p s
为极性分力。
表 5 表面张力和界面粘合功测算结果
22. 6 10. 0
21. 70 3. 77
27. 2
40. 4 18. 21
mechanical perfo rmances of the pro pellant
混棉含量/ f / 温度/ 抗压强度/ 压缩率/ 抗冲强度/
配方
% ( J ·g - 1) ℃
MPa
% ( k J·m- 2)
RG D 10
为进一步了解混棉组成对硝胺发射药力学性能
表 3 混棉含量对力学性能的影响
的影响, 对扩大工艺生产的产品进行了实验验证, 结
T able 3 T he effect o f co ntent of N C mix tur es o n
果见表 2。
表 2 工艺放大产品的力学性能 T able 2 T he m echanical per fo rmance of scale-up
- 40 20
107. 0 23. 3 125. 0 31. 1 131. 0 34. 6 107. 0 27. 5
11. 3 17. 8 11. 7 18. 7 12. 2 22. 6 11. 8 30. 5
2. 19 11. 8 6. 09 23. 2 6. 86 21. 7 5. 61 21. 1
发射药的力学性能, 特别是在高压燃烧条件下 的动态力学性能, 明显地受温度及载荷冲击速度的 影响, 低温和高速冲击是引起发射药破碎并导致弹 道反常的重要因素。因此, 提高发射药力学性能的主
要目标是提高发射药的冲击韧性和抗压强度。本文 主要从改进高分子黏结剂、固体填料等方面着手, 同 时引入键合剂, 以增加材料体系的结合力, 达到改善 力学性能的目的。
率较 RGD7 基础配方略有增加, 而抗冲强度则明显 大, 塑化性能好, 有利于提高发射药的机 械力学性
增加, 低温由 2. 19 kJ/ m2 增加到 5. 61 kJ/ m 2, 增加 能。另一方面, 发射药中硝酸脂基含量降低以后, 硝
了 2. 56 倍; 由 1# NC+ 皮罗棉组成混棉的 RGD7A, 化棉中的端羟基更容易与配方中的固体填料 RDX
表 4 表面能测算结果 T abl e 4 Th e meas uring and proces sing res ult s of s urf ace en ergy
材料 NNC RDX NQ
r
D s
/
(
mJ·m-
2)
r
p s
/
(
mJ·m-
2)
33. 3
1. 7
36. 4
7. 0
54. 0
14. 2
B, C 3 个配方中, 常温力学性能基本相当, 但低温力 和 NQ 中的极性氧原子形成氢键, 能够有效地提高
学性能 则以含氮量为 12. 8% 混棉 的 RGD7B 为最 与固体材料的结合能力, 从而大大改善发射药的力
好, 其低温抗冲强度较基础配方提高了 3. 13 倍。
学性能。
表 1 混棉组成及混棉含氮量对 力学性能的影响
( 1. China N o rth I ndust ries G ro up Co rpor atio n, Beijing 100089, China; 2. Scho ol of Chemical Eng ineer ing , N anjing U niver sity of Science and T echnolog y , N anjing 210094, China;
引 言
高能量和高强度是高膛压身管武器对发射药的 基本要求, 也是相关领域的主要研究方向[ 1] 。RG D7 高能硝胺发射药( 以下简称 RGD7 发射药) 是我国 研制成功的新型高能发射药, 也是迄今为止国内外 能量最高的发射药( f = 1 226 kJ/ kg) 。RGD7 发射 药的应用试验研究表明, RGD7 发射药对内弹道性 能的贡献非常显著, 但由于配方中含有大量的高能 固体填料, 在高膛压火炮武器中应用时力学性能还 存在一些不足。另外, 在 RGD7 发射药由研究所的 实验室制备向工厂的规模生产转化过程中, 工艺放 大使其力学性能问题更加突出。
硝化棉含量有利于力学性能的提高。
算出发射药基体吸 收药片( NNC ) , RDX 和 NQ 的
第 28 卷第 3 期
赵 毅, 黄振亚, 刘少武, 等: 改善高能硝胺发射药力学性能研究
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表 面 能, 也 可 以 测 算 出 RDX 与 NNC 及 NQ 与 NNC 的界面张力和粘合功。表 4 为表面能的测算结 果, 表 5 为表面张力和粘合功的测算结果。
R GD7 1# N C+ 3# N C RG D7A 1# NC+ 皮棉 R GD 7B 1# NC+ 皮棉 R GD 7C 1# NC+ 皮棉
13. 0 12. 6 12. 8 13. 0
1 226. 0 1 216. 0 1 221. 0 1 226. 0
- 40 20
- 40 20
- 40 20
Study of Improving Mechanical Performance of High-Energy Nitroamine Propellant
ZHA O Y i1, HU A N G Z hen-ya2, L IU Shao -w u3 , Y A N G W en-bao3, ZHA N G Y uan-bo3
- 40 148. 0 11. 7来自39 1 202. 8
20
54. 9 46. 6
9. 15 22. 6
RG D 7A
- 40 125. 0 11. 7
30 1 216. 0
20
31. 1 18. 7
6. 09 23. 2
注: 混棉含氮量均为 12. 6%
1. 2 固体填料的研究
在高能硝胺发射药中, RDX、NQ 等固体填料基
平整, 药体内无气孔和白点等现象, 而工厂提供的样 剂与固体填料的优化匹配, 减小固体填料的颗粒度
品表面较为粗糙, 断面有斜面现象, 药体内有少量的 并进行合理的级配, 提高其工艺分散性, 有利于固体
气孔和白点等, 仍需进一步改进生产工艺, 提高扩大 填料与黏结剂的结合, 增强两物质间的结合力, 获得