典型PBX炸药动态压缩及剪切点火机理研究

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在研究PBX炸药配方安全性时，典型的做法是先开展机械感度研究，进行筛选配方，再进行成型药柱的安全性试验研究。目前，传统的机械感度试验，如撞击感度，要求粉状炸药药量仅为30~50 mg，而实际使用的炸药件为成型装药，采用粉状炸药的落锤感度、摩擦感度难以表征实际应用时的安全性。而成型药柱的安全性试验，如Susan撞击试验、枪击试验、烤燃试验等，药柱直径在50 mm以上，药量百克量级，PBX炸药制备成本高，实际操作复杂而困难。中等尺寸成型药片的安全性试验方法可以较好调和这一矛盾。通常，在Susan试验、Spigot试验等大型撞击试验中，成型药柱主要受到撞击压缩或剪切的作用，导致炸药点火。因此，设计成型药片的安全性试验方法时，主要考虑药片受到撞击压缩、剪切等作用，分析炸药在撞击压缩、剪切刺激作用下的响应行为，实现PBX炸药配方筛选。为此，本文设计了撞击压缩试验和撞击剪切两种试验方法，对机械点火机理进行解耦，加深理解；并针对LLM-105配方进行安全性评价，以期寻找到能降低其药柱撞击感度的方法。

1  建立了炸药压缩刺激及剪切刺激的加载方法

结合高速录像、冲击波超压测量及撞击压力测量，建立了炸药药片的压缩、剪切试验(如图1所示)，实现了对复杂撞击过程刺激方式的初步解耦工作。

采用高速录像拍摄落锤撞靶过程，观察落锤撞靶姿态，观测炸药反应情况，试验录像机帧速可达50 000幅/s。用自由场冲击波超压传感器测量炸药反应超压。传感器距离撞击点约1 m、高度约0.5 m位置。在钢座中心与钢片表面间安装PVDF压力计，测量击柱撞击压缩样品过程中形成的撞击压力。试验后对样品残骸进行了SEM及XPS测试，获得更多试验信息。

2  针对典型LLM-105基PBX炸药开展了动态压缩及剪切试验，获得规律认识

PBX药片撞击试验高速录象典型结果如图2所示。从图中可以看出，对于LLM-A炸药，落高为3 m时，落锤与撞击压缩试验装置垂直撞击，落锤撞击试验装置后，作用一段时间，落锤反弹，未出现火光和黑烟，表明炸药未发生点火反应；在落高为4 m，落锤撞击试验装置后，装置中有大量黄色烟雾及气体喷出，表明此时炸药发生了反应。

图3是不同LLM-105基PBX药片撞击压缩试验回收样品残骸照片。从图可以看出，对于LLM-A炸药，落高为2 m、3 m时，样品被压缩，样品中无明显可见裂纹；落高为4 m时，炸药碎裂，仍回收有大量样品，装置表面有明显反应痕迹；落高为6 m时，未回收有样品，装置表面有明显反应痕迹。对于LLM-B炸药，落高为3 m、4 m时，样品被压缩，样品边缘有可见裂纹，样品与钢片表面均有发黑现象，表明炸药发生了轻微分解反应。

对撞击压缩试验回收的LLM-105基PBX炸药样品进行SEM测试，结果见图4。对于LLM-A、LLM-C、LLM-R、LLM-H炸药，反应后炸药表面均出现很多细孔，为炸药表面材料出现反应气化后留下；而对于未反应样品，未见明显变化。

一共开展了五种配方的试验，发现不同的配方在动态压缩或剪切安全性方面有不同的表现。此外，获得了含高品质与普通品质LLM-105主炸药及氟橡胶、FOX-7、PEW等不同粘结剂的LLM-105基PBX炸药的点火响应规律及其影响因素。本研究获得的相关规律对炸药的研制具有重要的指导价值。

3  采用XPS技术分析试验后样品残留物中F元素的含量变化，发现F元素含量变化与试验结果密切相关

采用XPS技术分析撞击压缩、剪切后的LLM-105炸药残药样品。X射线光电子能谱(XPS)分析可以获得材料表面的元素组成和化学态分布信息，能够有效地分析试验后炸药表面的组分变化，为炸药是否发生反应提供有力的证据。所研究的PBX炸药主要含有C、H、O、N、F等元素。由于特定原因，主要需要关注F元素的含量变化。撞击前后LLM-105基PBX中F元素的含量变化如图5所示。从图中可以发现F元素含量变化与试验结果密切相关。