低速撞击不同温度下炸药药柱的响应特性.pdf

1 6 爆破器材 E x p l o s i v eM a t e r i a l s第4 4 卷第1 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 ∞1 j 昭5 2 ．2 0 1 5 ．0 1 ．0 0 4 低速撞击不同温度下炸药药柱的响应特性崇 徐洪涛冯博冯晓军 田轩封雪松赵娟 西安近代化学研究所 陕西西安，7 1 0 0 6 5 [ 摘要]为研究炸药药柱在低速撞击复合刺激下的安全性，建立了炸药药柱低速撞击复合环境试验系统，对 一4 0 、2 0 、7 0 ℃的B 炸药与J 0 8 炸药柱进行了低速撞击感度试验。采用气敏检测系统监测药柱撞击密闭腔室内 c 0 、c O 以及H 3 种气体的浓度来判断药柱的爆炸状况，提高了试验结果判断的准确性，获得了不同温度下B 炸 药与J 0 8 炸药柱的临界落高。结果表明，温度与炸药药柱临界撞击高度并没有很直接的关系，B 炸药与J 0 8 炸药的 药柱撞击安全性在一定温度范围内 2 0 ～7 0 ℃ 对温度不敏感，低温环境下B 炸药稍有钝感，而J 0 8 炸药则趋于更 加敏感。 [ 关键词]炸药药柱；撞击安全性；复合刺激；爆炸判断；响应特性 [ 分类号]T D 2 3 5 ．2 1 ；0 3 8 9 引言 炸药药柱撞击感度测定数据可为炸药生产加 工、运输及储存过程中受到意外撞击后安全性评估 提供一定依据，然而炸药在其全寿命周期中可能会 受到一些不同形式外界刺激的共同作用．从而引发 重大安全隐患。H a r 0 1 d 等⋯研究了P B x _ 9 5 0 2 炸药 在2 4 0 ℃下的枪击感度。结果表明，P B X ．9 5 0 2 炸药 经加热后发火阈值略有下降，安全性降低。s w i t z e r 等[ 2 ] 采用s t e v e n 试验研究了P B x - 9 4 0 4 与L x 埘．炸 药在高温与室温下的响应阈值．结果表明，加热到 1 5 0 。1 7 0 ℃后。L X 舭炸药的响应阈值有显著提高， P B x - 9 4 0 4 炸药的响应阈值略有提高。代晓淦等[ 3 ] 研究了热和枪击复合环境试验中P B x _ 2 炸药的响 应特性。分别采用约1 ℃／m i n 和1 0 ℃／m i n 的升温 速率对P B x - 2 炸药进行加热，试验结果表明。P B x - 2 炸药在常温以及两种升温速率环境下的反应程度基 本一致。目前，国内关于炸药药柱在复合环境下安 全性的研究力度不够。本文建立了炸药药柱低速撞 击的复合环境试验系统，选用B 炸药药柱和J 0 8 炸 药药柱，分别研究了两种炸药药柱在低速撞击复合 刺激下的响应特性，为今后预估炸药在此类环境下 的安全性能奠定了基础。 1 低速撞击试验 1 ．1 试验系统及其装置 撞击感度是指炸药在受到外界撞击后发生爆炸 的难易程度．通常用爆炸百分数表示．G J B 7 7 2 A 一 1 9 9 7 中规定的撞击感度试验方法适用于药粉，每发 试验药量为5 0m g ，它是用来表征炸药在生产、运输 及储存过程中受到意外撞击发生反应的难易程度。 但是，火炸药制成药柱及装填武器后，仅用粉状时的 撞击感度来表征药柱及装填武器后受到撞击刺激后 的感度显然是不合适的。因此，为了表征药柱受到 撞击刺激下的感度，建立了1 0g 药柱的撞击感度试 验装置[ 4 ] ，同时用该装置研究炸药药柱温度的变化 对药柱撞击感度的影响。图1 为测量药柱撞击感度 的落锤装置示意图。 1 ．2 试验方法 本试验采用图1 药柱撞击感度仪对不同温度的 炸药药柱在低速撞击下的响应进行测试．落锤质量 选用3 0k g 。试样为铸装B 炸药 质量分数分别为 6 0 ％R D X 、4 0 ％T N T 、1 ％蜡 药柱舵0m m 2 0m m 和压装J 0 8 炸药 质量分数分别为9 5 ％H M x 、5 ％黏 结剂 药柱D 2 0m m 2 0m m ，试验药柱质量1 0g 。 试验温度分别为一4 0 、2 0 、7 0 ℃。采用高低温箱对样 品进行温度处理．将试验药柱放置于达到所需温度 的高低温箱，在所需的温度保温3h ，然后迅速取出 进行试验。 试验过程中，由于药柱在加工过程中两个端面 的平行度不能完全保证，导致一部分药柱在被撞击 刺激下发生横向位移，一定程度影响试验结果[ 5 ] 。 睾收稿日期2 0 1 4 - 0 5 ．1 6 基金项目火炸药燃烧国防科技重点实验室基金项目资助 9 1 4 0 c 3 5 0 4 0 8 1 1 0 C 3 5 0 7 作者简介徐洪涛 1 9 8 2 ～ ，男，工程师，从事火炸药评估技术研究。E ．m a i l 】【I l ∞1 1 0 1 6 3 ．c o m 通信作者冯博 1 9 8 7 ～ ，男，工程师，从事混合炸药技术研究。E ．m a i l r f b 0 6 1 4 3 9 1 6 3 ．c o m 万方数据 2 0 1 5 年2 月低速撞击不同温度下炸药药柱的响应特性徐洪涛，等 l 一底板；2 一托锤架；3 一导杆；4 一步进电机； 5 一挂锤架6 一顶板；7 一锤头 图l 落锤装置示意图 F i g ．1 S c h e m a t i cd i a 酽a mo fd m ph a m m e rs y s t e m 为保证试验条件的一致性，并且不致于增加样品制 备的技术难度，试验中给药柱安装一个简易的导向 装置 导向套 ，通过对不同材料及规格的导向套试 用研究。最终确定采用P V C 材料的导向套。试验装 配过程如文献[ 6 ] 所述，将炸药药柱置于上、下两个 击柱之间。其整体采用P V c 管约束后放于击砧中心 位置。 2 结果分析与讨论 2 ．1 撞击结果的判定 G J B 7 7 2 A 1 9 9 7 中规定“当观察到有爆炸声， 发光、冒烟、试样变色、与试样接触的击柱表面有痕 迹、有分解或爆炸气体产物的现象之一时，均判断为 爆炸”。目前在大部分的机械感度试验中，试验结 果判定主要依赖于人工的判断。主要根据声音的大 小、金属配件上的爆炸痕迹来判断，判断难度较大并 且判断结果因人而异。为提高试验结果的判断准确 性．本试验通过自动监测药柱撞击密闭腔室内的气 体成分来判断药柱的爆炸状况。 火炸药的分解气体产物主要是c O 、c O ，、H ，和 N O 。，试验选用检测C O 、C O 以及H 的3 种气体传 感器组成气敏检测系统[ 7 ] ，对药柱撞击密闭腔室中 3 种气体的浓度进行监测，其分辨率达到l l O ～。 采用特制的微型真空泵，通过橡皮管从撞击密闭腔 室中抽取空气样品．得到的气体样品再通过气敏传 感器。撞击密闭腔室如图2 所示。如果试样发生了 反应．从气敏检测装置的数据采集分析系统就可以 准确地做出判断。 气敏检测装置通过对药柱撞击过程中撞击密闭 腔室内的气体进行采集分析，可以得到C O 、C O ，以 及H ，3 种气体的浓度．时间曲线。通过曲线对药柱是 图2 撞击密闭腔室 F i g ．2I m p a c t i n gh e m e t i cr o o m 否反应进行判断。典型的检测结果图像如图3 所 示．横坐标为时间。纵坐标代表气体浓度的传感器电 压值，图中蓝色曲线表示C 0 的浓度，绿色曲线表示 H ，的浓度，红色曲线表示C O ，的浓度。其中，图3 a 为未发生爆炸的检测图像，图3 b 为发生爆炸 的检测图像。当炸药药柱在撞击刺激下未发生爆炸 时，在整个试验过程中气体传感器检测到的c 0 、 C O ，以及H ，的浓度基本不发生变化；而当药柱在撞 击刺激下爆炸时．检测到的C 0 与H ，的浓度从药柱 爆炸时刻有一定的突跃上升．而突跃上升的大小体 现了药柱受撞击后的反应程度。 1 ．2 0 1 ．1 6 1 ．1 2 出 翘I ．0 8 1 ．0 4 1 ．0 0 卜心。㈦。。二川。。Z i 蚕j li．。。。“。．．．．。。．。。．．二．．。。。。．i。iI．1li；-- U 5 01 0 01 5 0 2 0 U 2 5 03 0 0 3 5 U 毗阃旭 b 发生爆炸 图3 气体检测结果图像 F i g ．3 R e s u l t so fg 鹊d e t e c t i n g 2 ．2 不同温度下炸药药柱的撞击响应 分别对B 炸药药柱和J 0 8 炸药药柱在不同温 度下进行低速撞击试验，获得其在不同温度下的药 柱的临界落高，结果如表1 所示。 渤姗娜 船荆如时刻 ● 牝 啪 ㈩ ∞ ∞弱如筋加坫m∞∞ i i j ／驾唧 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e 打a l s 第4 4 卷第1 期 表1炸药药柱在不同温度下的临界落高 T a b ．1C r i t i c a ld r o ph e i g h to ft h ee x p l o s i v e c o l u m n su n d e rd i f 玷r e n tt e m p e r a t u r e s C m 由表l 可以看出，在一4 0 、2 0 、7 0 ℃3 种温度下 进行的药柱低速撞击试验中，B 炸药药柱的临界落 高在2 0c C 与7 0 ℃时保持一致，而在一4 0 ℃时略有 升高J 0 8 炸药药柱的临界落高在2 0 ℃与7 0 ℃时 保持一致，而在一4 0 ℃时降低了5 0 ％。因此，温度 与药柱临界撞击高度并没有直接的联系，B 炸药与 J 0 8 炸药的药柱撞击安全性在一定温度范围内 2 0 ～7 0 ℃ 对温度不敏感，低温环境下B 炸药药柱略 有钝感，而J 0 8 炸药药柱趋于更加敏感。 目前，比较公认的机械作用下炸药发生爆炸的 机理是热点起爆机理。当炸药受到机械作用时，首 先机械能转变为热能，因为机械作用不会是均匀的， 热能只能集中在一些局部的小区间。使这些区间的 炸药温度升高形成热点，在热点处炸药发生分解，并 由于反应的放热性使分解速度迅速加快。如果热点 的数目足够多．尺寸足够大，热点处的温度达到足够 高时，就可以引爆炸药。炸药受到机械作用时，炸药 晶粒之间的摩擦、炸药与金属之间的摩擦以及炸药 被挤压产生黏滞流动均会形成热点。因此，炸药药 柱中组分以及晶粒的接触状态会对其撞击感度有较 大影响，B 炸药药柱与J 0 8 炸药药柱切面的扫描电 镜照片如图4 所示。 a B 炸药 b J 0 8 炸药 图4 药柱切面的扫描电镜照片 F i g ．4 S E Mi m a g e so ft h ec m s s s e c t i o no f d i f f e r e n te x p l o s i v ec o l u m n s 对比图4 中两幅药柱切面扫描电镜照片。B 炸 药的切面比较清晰，基本看不到R D X 晶粒以及晶粒 之间的界面，药柱的内部缺陷较少；而J 0 8 炸药的切 面比较粗糙，可清晰看到H M X 晶粒以及晶粒之间 的界面．药柱的内部缺陷可能较多。造成两种炸药 不同微观结构的原因在于B 炸药为熔铸体系，T N T 作为载体将R D x 晶体包裹，T N T 与R D x 接触程度 好。T N T 一定程度上弱化了R D X 晶粒的直接接 触[ 8 1 ；而J 0 8 炸药为压装炸药．H M x 晶粒通过黏结 剂挤压成型组合在一起，成型后H M X 晶粒间的界 面依然存在，大部分的晶粒之间为直接接触[ 9 。0 。。 在本试验中，药柱在受撞击瞬间先发生破碎。破碎后 就有可能形成大量的热点[ 1 卜”] 。 由于B 炸药的内部结构均匀一致以及内部缺 陷较少，并且由于T N T 对R D X 晶粒表面完全包裹． 导致B 炸药药柱在受撞击破碎时晶粒之间的摩擦 较少，因此B 炸药在不同温度下的撞击感度基本不 发生变化。而低温下，由于材料在撞击下发生化学 反应所需的能量加大．因此导致B 炸药药柱在低温 下的撞击感度略有降低。 由于J 0 8 炸药中H M x 晶粒通过黏结剂结合在 一起。成型后药柱在2 0 ℃与7 0 c C 下存在一定的塑性 变形，药柱受撞击破碎时黏结剂能一定程度上使裂 纹发生钝化，并且黏结剂受挤压加热后的塑性流动 可以在一定程度上限制H M x 晶粒间的摩擦，因此 2 0 ℃与7 0 ℃下J 0 8 炸药药柱的撞击感度相同。而 低温下，尤其是一4 0 ℃时J 0 8 炸药药柱成脆性，原 本结合力不强的H M x 晶粒与黏结剂在热胀冷缩的 作用下导致J 0 8 药柱产生更多裂纹．并且裂纹大都 出现在晶粒与黏结剂界面之间，药柱破碎时H M X 晶粒间的摩擦作用会明显增强。 3 结论 1 建立了能有效应用于炸药安全性评价的低 速撞击复合环境试验系统。 2 试验采用气敏检测系统监测药柱撞击密闭 腔室内c O 、c O ，以及H ，3 种气体的浓度来判断药 柱的爆炸状况，提高了试验结果判断的准确性。 3 温度与药柱l 临界撞击高度并没有直接的联 系，B 炸药与J 0 8 炸药的药柱撞击安全性在一定温 度范围内 2 0 7 0 ℃ 对温度不敏感，低温环境下B 炸药药柱略有钝感，而J 0 8 炸药药柱趋于更加敏感。 参考文献 [ 1 ] H a m l dw s ，s u s a n A A ，K i mE A ，e ta 1 ．H a z a r d t e s t so n ah e a ￡e d ’r A T B - b 觞e dh i g he x p l o s i 代[ c ] ／／P m c e e d j n 伊 7 t hI n t e m a t i o n a lD e t o n a t i o n S y m p o s i u m ． S n o w m a s s o m c eo fN a v a lR e s e a r c h ．1 9 9 8 4 2 8 4 3 3 ． [ 2 ] S w i t z e rLL ，V a n d e r s a l lKs ，c h i d e s t e rsK ，e ta 1 ． T h r e s h o l ds t u d i e so fh e a t e dH M X - b a s e d e n e r g e t i c m a t e r i a lt a 】翟e t su s i n gt h es t e v e ni m p a c tt e s t [ J ] ．A I P C o n f e r e n c eP m c e e d i n g s ，2 0 0 4 ，7 0 6 1 0 4 5 1 0 4 8 ． [ 3 ] 代晓淦，文玉史，申春迎，等．热和枪击复合环境试 验中P B x ．2 炸药的响应特性[ J ] ．火炸药学报，2 0 0 9 。 万方数据 2 0 1 5 年2 月低速撞击不同温度下炸药药柱的响应特性徐洪涛，等 1 9 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] 3 2 4 4 l 掣． D a iX i a o g a n ，W e nY u s h i ，S h e nC h u n y i n g ，e ta 1 ．R e a c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fP B X 一2u n d e rh e a ta n db u l l e ti m p a c t i n gm u l t i p l et e s t [ J ] ．c h i n e s eJ o u n l a lo fE x p l o s i v e sa n d P r o p e l l a n t s ，2 0 0 9 ，3 2 4 4 1 硝． 徐洪涛．孔德仁，胡宏伟，等．火炸药药柱撞击感度 试验装置及方法[ J ] ．火炸药学报，2 0 1 0 ，3 3 3 3 0 ． 3 4 ． X uH o n 昏a o ， K o n gD e r e n ，H uH o n g w e i ，e ta 1 ．I m p a c t s e n s i t i v i t y t e s t s y s t e m a n dt e s tm e t h o do f e x p l o s i v e s c o l u m n [ J ] ． c h i n e s eJ o u m a lo fE x p l o s i v e sa n dP m p e l - 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2 2 5 ． [ 1 2 ]z h a n gL u z h e n g ，z y b i nsV ，V a nD u i nAcT ，e t a 1 ． M o d e l i n gh i g h r a t ei m p a c ts e n s i t i v i t yo fp e I f e c tR D X a I l dH M xc r y s t a l sb yr e a 口匿r e a c t i v ed y n a m i c s [ J ] ． J o u m a lo fE n e r g e t i cM a t e r i a l s ，2 0 1 0 ，2 8 S u p p l ．1 9 2 一 1 2 7 ． [ 1 3 ] P e t e r s o nPD ，A v i l u c e aGR ，B i s h 叩RL ，e ta 1 ．I n d i v i d u a lc o n t r i b u t i o n so fm c t i o na n di m p a c to nn o n 喝h o c k i n i t i a t i o no fh i g l le x p l o s i v e s [ J ] ．A I Pc o n f e r e n c eP r o c e e d i n g s ，2 0 0 7 ，9 5 5 1 9 8 3 - 9 8 6 ． R e a c H o nC h a r a c t e r i s t i co fE x p l o s i v eC o l u m n so nD i a I e r e n t T e m p e r a t 圳r e si nL o wS p e e dI m p a c t i n gM l l l t i p l eT e s t x UH o n 昏a o ，F E N GB o ，F E N GX i a o j u n ，T I A NX u a n ，F E N Gx u e s o n g ，Z H A 0J u 锄 X i ’a I lM o d e mC h e m i s t r yR e s e a r c hI n s t i t u t e S h a a 畎iX i ’a n ，7 1 0 0 6 5 [ A B s T R A c T ] I no r d e rt os t u d yt I l es 小t yo fe x p l o s i v ec o l u m n su n d e rl o ws p e e di m p a c t i n gm u l t i p l es t i m u l a t i o n s ，t h e m u l t i p l ee n v i m n m e n t st e s ts y s t e mw a se s t a b l i s h e da n dt h el o w i m p a c ts e n s i t i v i t yt e s t so fC o m p o s i t eBa n dJ 0 8w e r ec 删e d o u tu n d e rt h et e m p e r a t u r eo f 一4 0 ℃，2 0 ℃a n d7 0 ℃．n ed e n s i t yo fC 0 ，C 0 2 a n dH 2i nt h ei m p a c t i n gh e 珊e t i cr o o m w e r em o n i t o r e db yt h eg a s - s e n s i t i v ed e t e c t i o ns y s t e mt od e t e 唧i n et h es t a t u so ft h ec o l u m n se x p l o s i o n ，w I l i c hi m p r o V e st } l e a c c u r a c yo ft h ej u d g I l l e n to fe x p l o s i o n ．1 1 1 ec T i t i c a ld r o p h e i g h to fc o m p o s i t eBa n dJ 0 8u n d e rt h r e ed i 乱碍n tt e m p e r a t u r e s w a so b t a i n e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec r i t i c a ld r o ph e i g h th a sn ov e r yd i r e c tr e l a t i o n s h i p 埘t ht e m p e m t u r e ．T h ei m p a c t i n g s a f e t yo fC o m p o s i t eBa n dJ 0 8i sn o ts e n s i t i v et ot e m p e r a t u r ei nac e r t a i nt e m p e r a t u r er a n g ef m m2 0 ℃t o7 0 ℃． U n d e ra n e n v i m n m e n tw i t hl o w e rt e m p e r a t u r e ，t h eC o m p o s i t eBi ss l i g h t l yi n s e n s i t i v ea n dJ 0 8t e n d st ob em o r es e n s i t i v e ． [ K E Yw O R D s ]e x p l o s i v ec o l u m s ；s 出t yo fi m p a c t i n g ；m u l t i p l es t i 舢l a t i o n s ；j u d g I n e n to fe x p l o s i o n ；r e a c t i o nc h a r a c ． t e s t i c 万方数据