传爆药冲击波感度试验方法的简化研究.pdf
doi10. 3969/ j. issn. 1001-8352. 2015. 06. 012 传爆药冲击波感度试验方法的简化研究 * 严家佳① 王建灵① 张 哲② 李鸿宾① 杨 斐① ①西安近代化学研究所陕西西安,710065 ②中国北方化学工业集团有限公司北京,100083 [摘 要] 尝试了一种用压装 A-IX-IRDX 与钝感剂质量比为 95︰5药柱替代纯 RDX 作为施主药柱进行冲击波 感度试验SSGT的方法,通过零隔板试验,检验了施主药柱的爆炸能量输出性能。 所得施主药柱的平均质量为 1 195. 5 mg,相对误差0. 495%;鉴定块的平均凹痕深度1. 769 mm,相对误差0. 96%,说明压装法得到的施主药柱性 能较好。 利用该方法研究了 JH-14 传爆药经过高温加速老化前后的冲击波感度,结果显示,老化后的样品冲击波 感度具有增加的趋势。 [关键词] 爆炸力学;炸药安全性;传爆药;冲击波感度;小隔板试验 [分类号] TJ410. 1 引言 GJB21781994 传爆药安全性试验方法[1]中严 格规定了传爆药冲击波感度试验SSGT方法,统一 利用该方法进行试验可以保证试验结果准确、可靠, 并且具有横向可比性。 但是,由于该方法对试验装 置、施主药柱要求非常严格,造成所需的试验成本较 高,而对于一些对试验结果精度要求较低且无需将 试验数据进行横向对比的研究项目而言,并不一定 要完全按照上述方法进行试验。 本文提供了一种用 A-IX-IRDX 与钝感剂质量比为95︰5替代纯 RDX 制造施主药柱的方法,所得施主药柱能量输出合格、 稳定。 相比于 GJB21781994 规定的方法,本方法 更加安全,施主药柱制造过程更加简便。 利用该方法研究了 JH-14 传爆药经过高温加速 老化试验后的冲击波感度变化规律,所得结果和理 论分析结果相符。 1 试验 1. 1 试验装置 试验装置见图 1,为标准的传爆药冲击波感度 试验SSGT的小隔板试验装置。 施主炸药为 A-IX-I,804 厂生产;主炸药 RDX, 品质为 II 型 2 类。 将 A-IX-I 压制成直径 5. 00 mm、 高 5. 43 mm、平均密度 1. 65 g/ cm3的药柱,每次试 验使用 7 个,总高度 38. 01 mm。 所用隔板为标准 PMMA聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃板,受主炸药 为 JH-14质量比 RDX/ 氟橡胶/ 石墨96. 5︰3. 0︰ 0. 5,直径和高度与施主炸药相同,二者均采用强 约束。 鉴定块材质为 20#软钢,用以判定受主炸药 是否发生爆炸反应。 1 - 雷管座;2 - 雷管;3 - 施主药柱;4 - 套筒; 5 - 有机玻璃板;6 - 套筒;7 - 试样装药;8 - 鉴定块 图 1 SSGT 小隔板试验装置图 Fig. 1 Experimental apparatus of SSGTsmall gap test 1. 2 试验原理和试验方法 雷管起爆施主药柱,施主药柱产生的冲击波经 过 PMMA 隔板衰减后作用于受主炸药,通过鉴定块 上的凹痕深度判定在冲击波作用下受主炸药是否发 生爆炸反应。 根据经验选取初始隔板值进行试验, 若爆炸,则增加隔板值;否则,减小隔板值。 取连续 3 次出现爆炸的最大隔板值和连续 3 次出现不爆的 最小隔板值的算术平均值作为最终试样的 50% 爆 25 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 44 卷第 6 期 * 收稿日期2015-02-04 作者简介严家佳1985 ,男,硕士,主要从事爆炸性能评估技术方面的研究。 E-mail241049625@ qq. com 炸临界隔板值。 若鉴定块凹痕深度超过零隔板时凹 痕深度的一半,则判定为爆炸,结果记为 1;否则,为 不爆,结果记为 0。 该原理的图解见图 2,图中试样 的 50% 爆炸临界隔板厚度为7. 0 + 6. 8 /2 = 6. 9 mm。 图 2 试验方法说明 Fig. 2 Detail of the test method 2 施主药柱性能评价 施主炸药作为一个标准能量输出源,要求其能 量输出性能合格、稳定。 从已经压制好的 700 个药 柱中随机选取 35 个,分成 5 等分,作为 5 组样品。 利用精度为 0. 000 1 g 的电子称称量各组药柱的质 量,每组样品称量 3 次,算术平均值作为最终结果, 测量结果见表 1。 然后将 5 组样品进行零隔板试 验,评估它们的能量输出性能是否符合试验要求。 表 1 施主药柱质量 Tab. 1 Mass of the donor casts m1/ gm2/ gm3/ gm4/ g 1. 195 41. 201 41. 201 31. 190 6 m5/ gm/ gS/ g相对误差/ % 1. 188 61. 195 50. 005 90. 495 从随机抽样的结果来看,施主药柱的质量控制 较好,可以保证各组试验中施主药柱的质量差较小。 表 2 中列出了 5 发零隔板试验结果。 表 2 施主药柱的能量输出性能 Tab. 2 Energy output performances of donor casts 试验 序号 凹痕深度/ mm 均值/ mm S/ mm 相对偏差/ % 1#1. 752 2#1. 780 3#1. 7511. 7690. 0170. 96 4#1. 789 5#1. 773 鉴定块的平均凹痕深 度 1. 769 mm, 大 于 GJB21781994 中规定的 1. 613 1. 700 mm 的规定 值。 出现这种情况主要是因为在施主药柱的装药密 度较大的情况下,爆轰输出压力大;另一个原因就是 即使使用同一种材料,也很难保证各鉴定块的硬度 保持一致,通常鉴定块每改变一个单位布氏硬度值, 凹痕深度改变 0. 007 5 mm。 但是对于本试验而言, 凹痕深度增加是有利于减小试验误差的,所以鉴定 块选用硬度较小的 20#软钢。 5 发试验鉴定块凹痕 深度标准偏差为 0. 017 mm,相对偏差为 0. 96%。 可见,施主药柱的爆轰输出能量较为稳定。 鉴定块 试验后的典型照片见图 3。 图 3 鉴定块试验后状况 Fig. 3 Typical picture of an evidence block after test 3 验证性试验 3. 1 试样准备 JH-14 传爆药是我国现役装备中常用的传爆 药,为了研究该传爆药长期储存后的安全性能,通过 高温加速老化试验模拟 JH-14 传爆药长期储存过 程,利用 SSGT 小隔板试验初步了解 JH-14 传爆药的 冲击波感度变化规律,为制定后续的研究方案提供 参考数据。 将压制好的 JH-14 药柱分成 4 等份,每份 140 个药柱,并分别标记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。 其中Ⅱ、Ⅲ、 Ⅳ试样进行加速老化处理,加速老化条件为空气环 境下 71 ℃ 恒温[2-3]。 Ⅱ试样老化 4 d,Ⅲ试样老化 19 d,Ⅳ试样老化 38 d。 Ⅰ试样未老化的 JH-14 药 柱的平均质量为 1. 233 g,密度约为 1. 67 g/ cm3。 3. 2 试验结果与分析 表 3 为未老化的 JH-14 50%爆炸临界隔板值的 确定过程。 通过 10 组试验即确定了未老化 JH-14 传爆药的临界隔板值介于 6. 81 mm 和 7. 00 mm 之 间,取其算术平均值,得到 50% 爆炸临界隔板值为 6. 91 mm。 进一步对加速老化后的样品进行试验,结果见 表 4 。根据试验的目的,只要能够得到JH-14 传 爆药加速老化前后的冲击波感度变化趋势即可, 故 试验中不严格依据常用的Bruceton升降法,而是 根据试样的试验结果调整隔板值。16#21#、22# 27#和 28#30#试验结果表明Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ样品50% 352015 年 12 月 传爆药冲击波感度试验方法的简化研究 严家佳,等 表 3 未老化 JH-14 的 50%爆炸临界隔板厚度 Tab. 3 50% Critical gap thicknesses of unaged JH-14 explosives 试验 序号 受主 药柱 隔板厚度/ mm 凹痕深度/ mm 试验 结果 6#Ⅰ6. 501. 7051 7#Ⅰ6. 701. 6721 8#Ⅰ6. 900. 1850 9#Ⅰ6. 901. 6501 10#Ⅰ6. 811. 6511 11#Ⅰ6. 811. 4821 12#Ⅰ6. 811. 5521 13#Ⅰ7. 000. 2420 14#Ⅰ7. 000. 2490 15#Ⅰ7. 000. 5900 表 4 加速老化后 JH-14 冲击波感度 Tab. 4 Shock wave sensitivity of aged JH-14s 试验 序号 受主 药柱 隔板厚度/ mm 凹痕深度/ mm 试验 结果 16# 17# 18# 19# 20# 21# Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ 6. 81 6. 81 6. 81 7. 10 7. 10 7. 10 1. 132 1. 035 1. 525 0. 560 0. 350 0. 450 1 1 1 0 0 0 22# 23# 24# 25# 26# 27# Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ 7. 30 7. 30 7. 30 7. 60 7. 60 7. 60 1. 270 1. 200 1. 330 0. 620 0. 780 0. 360 1 1 1 0 0 0 28# 29# 30# Ⅳ Ⅳ Ⅳ 7. 90 7. 90 7. 90 1. 670 1. 580 1. 550 1 1 1 爆炸 临 界 隔 板 值 范 围 分 别 为 6. 81 7. 10 mm、 7. 30 7. 60 mm 和 7. 90 mm。 结合表 3 中Ⅰ样品 的结果,可以对Ⅰ Ⅳ样品的冲击波感度做如下排 序Ⅳ Ⅲ Ⅱ≈Ⅰ。 说明 JH-14 传爆药经过高温 加速老化后的冲击波感度有增加的趋势。 分析认为,JH-14 传爆药加速老化后,冲击波感 度增加的原因有以下几种[4-8] 1JH-14 炸药受热时部分发生分解,降低了炸 药发生爆炸反应需要的外部能量,因而提高了冲击 波感度; 2JH-14 炸药中含有质量分数 3%的氟橡胶,在 氧气的氧化作用下,氟橡胶发生老化变形,导致物质 界面脱粘,破坏了混合炸药原本较为均匀的体系,使 得炸药内部出现微小损伤,甚至出现可见裂纹,从而 增加冲击波感度; 3JH-14 氟橡胶的老化变形宏观表现为药柱发 生膨胀,密度降低,对炸药感度也有一定的影响。 4 结论 1若无需将试验结果做横向对比,可以考虑使 用压装 A-IX-I 药柱替代纯 RDX 作为施主药柱进行 SSGT 小隔板试验。 本试验方法的施主药柱能量输 出性能稳定,符合常规试验要求。 2按照本方法进行试验,JH-14 传爆药的 50% 爆炸临界隔板值为 6. 91 mm,经过71 ℃高温加速老 化后,JH-14 传爆药的冲击波感度有增加的趋势。 参 考 文 献 [1] 传爆药安全性试验方法GJB21781994 [S]. 北京 中国标准出版社,1994. 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Fast Determination of RDX Content in Gunpowder Absorbent Powder by Near Infrared Spectroscopy Technique ZHOU Shuai①, DENG Guodong①, LI Dayong②, LU Leiming① ①National Special Superfine Powder Engineering Center, Nanjing University of Science and TechnologyJiangsu Nanjing,210094 ②Liaoning Qingyang Chemical Industry Corporation Liaoning Liaoyang, 111002 [ABSTRACT] In this study, near infrared NIR spectroscopy was used to determine the cyclotrimethylene trinitramine RDX content in gunpowder absorbent powder. The beaker filled with mixed liquor samples was placed above the window of spectrometer light source to directly record the spectra. Three optimum spectral intervals, including 908-945 nm, 1094- 1253 nm and 1577-1678 nm, were chosen to construct the model by the analysis of NIR spectra of pure solid RDX and sam- ples. Through comparison of different spectral preprocessing method, the optimum pretreatment method of SNV + 1st + smooth was selected. A quantitative chemometrics model based on the characteristic spectral regions of RDX was estab- lished using the partial least squares PLS. The results show that the determination coefficient R2 cv of cross-validation is 0. 987 9, the root mean square error of cross-validation RMSECV is 0. 242 0, and the root mean square error of predica- tion RMSEP is 0. 212 7. In addition, the average relative error of prediction is 0. 566 1%, and the time for determina- tion is less than 25 seconds. In conclusion, the analysis method can provide technical support for continuous and automatic production of gunpowder. [KEY WORDS] analytical chemistry; near infrared spectroscopy; fast determination; gunpowder absorbent powder; cy- clotrimethylene trinitramine 上接第 54 页 Simplified Shock Wave Sensitivity Test Method of Booster Explosives YAN Jiajia①, WANG Jianling①, ZHANG Zhe②, LI Hongbin①, YANG Fei① ①Xi’an Modern Chemistry Research InstituteShaanxi Xi’an, 710065 ②China North Chemical Industries Group Co. , Ltd. Beijing, 100083 [ABSTRACT] A new type of small scale gap test method SSGT, in which RDX was substitutedby A-IX-I [mRDX ︰minsensitive agent =95︰5]as donor casts, wasintroduced to study thesensitivity of shock wave. The explosion energy output performance of donor explosives was tested by a group of none gap tests. Result shows that the average mass of donor explosives is 1 195. 5 mg, and the relatively error is 0. 495%; the average pitting depth of identification slab is 1. 769mm, and relatively error is 0. 96%. It indicates that donor explosive has a good performance. This method was used to study the shock wave sensitivity of JH-14 before or after aging testsathigh temperatures. It shows that the aged explosives tend to have higher shock wave sensitivity, and the sensitivity increases with the increase of age time of accepters. [KEY WORDS] explosion mechanics;safety performance of explosives; booster explosive;shock wave sensitivity;SSGT small gap test 06 爆 破 器 材 Explosive Materials 第 44 卷第 6 期