黏結劑對可燃傳火管性能的影響

吳永剛，鄭啟龍，田書春,丁 琨,周偉良

(1.西安北方惠安化學工業有限公司，陜西 西安710302；2. 南京理工大學化工學院，江蘇 南京210094)

黏結劑對可燃傳火管性能的影響

吳永剛1，鄭啟龍2，田書春1,丁 琨1,周偉良2

(1.西安北方惠安化學工業有限公司，陜西 西安710302；2. 南京理工大學化工學院，江蘇 南京210094)

為研究黏結劑對可燃傳火管性能的影響，分別采用惰性黏結劑、含能黏結劑、惰性/含能混合黏結劑和惰性黏結劑/RDX混合物，以卷制工藝制備了4種可燃傳火管，測試了其力學性能和定容燃燒性能。結果表明，與制式可燃傳火管相比，全部采用含能黏結劑可使可燃傳火管的定容燃燒灰分降低69.0%，但拔斷力、壓縮力和耐壓強度分別下降了52%、68%和60%；采用惰性黏結劑/RDX(質量比90∶10)混合物時，可燃傳火管的力學性能基本不變，定容燃燒灰分降低12.2%；采用惰性/含能混合黏結劑(質量比為50∶50)時，可燃傳火管的燃速和燃燒完全性得到改善，力學性能下降幅度較小。

可燃傳火管；含能黏結劑；力學性能；定容燃燒性能；惰性黏結劑

引 言

為提高先進火炮系統勤務效率，同時滿足其初速高、射程遠、特征信號低和燒蝕性小等要求，近年來發展了模塊化剛性組合裝藥[1-3]。可燃藥筒及可燃傳火管的出現，促進了火炮結構和裝藥結構的改進，并使模塊化裝藥得以實現[4-5]。模塊化裝藥需適用于機械化裝填且在最小號裝藥時完全燃燒, 這就要求可燃元件在滿足使用強度的同時要具有更好的燃盡性[6]。國外關于配方組分對可燃元件性能影響的研究較為廣泛，主要是針對可燃藥筒。G. R. Kurulkar等[7]以硝基胍作為添加劑，在提高可燃藥筒燃燒性能的同時還可以降低對炮管的燒蝕作用，延長炮管壽命。R. I. Brabets[8]和Simpson[9]等分別較為系統地研究了不同黏結劑及不同工藝條件對可燃藥筒力學性能的影響，發現混合黏結劑的性能較單一的效果好，且在黏結劑中加入交聯劑，有助于交聯結構的形成。M. T. Shedge等[10]則分析了不同聚醋酸乙烯酯含量對可燃藥筒力學性能的影響。

可燃傳火管是伴隨著可燃藥筒裝藥而產生的一種新型點傳火元件，主要由可燃管體、點傳火藥、金屬接頭組成[11]，它具有點火能量分布均勻、點火一致性好等優點[12]，同時它與可燃藥筒一起解決了大口徑高膛壓武器彈藥的順暢退殼問題，已被廣泛應用于大口徑火炮可燃藥筒發射裝藥中[13]。可燃管體作為可燃傳火管的主要組成部分，其力學強度和燃燒完全性對可燃傳火管性能實現及整個發射裝藥性能的安全性和可靠性有著重要的影響[14]。現有的可燃管體是以卷制工藝制備的，改善燃盡性主要是通過調節黏結劑來實現。國內外關于可燃管體的研究相對較少，Edward Daniels[15]研究了以硝化棉丙酮溶液作為黏結劑的組合式可燃傳火管管體，改善了管體燃盡性，但管體變形大，強度較低，且管體結構及工藝復雜。

本研究在不改變可燃管體硝化棉紙和黏結劑用量的條件下，以含能黏結劑全部或部分取代惰性黏結劑，采用卷制工藝，制備了不同黏結劑的可燃管體及可燃傳火管，研究了不同黏結劑組分對可燃管體力學性能及可燃傳火管燃燒性能的影響。

1 實 驗

1.1 材 料

硝化棉紙，西安北方惠安化學工業有限公司；RDX，粒徑5～6μm，甘肅銀光化學工業集團有限公司；惰性黏結劑，工業級，廣州金萬得膠黏劑有限公司；含能黏結劑，南京理工大學。

1.2 樣品制備

采用卷制工藝，制備了4種黏結劑配方的可燃管體及其可燃傳火管，編號分別為T-0、T-1、T-2和T-3，4種黏結劑配方見表1。

1.3 性能檢測

壓縮力按照GJB 5472-2005測試，測試溫度(25±2)℃，從管體靠近端面位置切取(20±1)mm圓環，上下截面平行，外觀平整，加載速度20mm/min，試樣破壞時的載荷值即為壓縮力。

拔斷力按照GJB 5472-2005進行測試，測試溫度(25±2)℃，以無孔可燃管體為試驗樣品，拉伸速度11mm/min，試樣破壞時的拉力值即為拔斷力。

耐壓強度按照Q/HMF1003-2009進行測試，測試溫度(25±2)℃，以無孔可燃傳管體為試驗樣品，通過介質向可燃管體內壁均勻施加壓力，加壓速率2MPa/min，試樣爆裂時的加壓介質壓強值即為耐壓強度。

1.4 密閉爆發器試驗

密閉爆發器體積1200mL，測試溫度(25±2)℃，MAINFRAM JV53500A采集系統，以裝配有金屬接頭和傳火藥的可燃傳火管為試驗樣品，其中傳火管質量為60g，傳火藥質量為60g，2號硝化棉為點火藥，測試壓力—時間曲線，讀取最大壓力、燃燒時間和平均壓力陡度。燃燒灰分采用定量的脫脂棉擦拭每發樣品試驗后爆發器本體內壁灰分，用分析天平稱質量，并用減量法計算出燃燒灰分值。每種試樣測試3發，相關數據取平均值。

2 結果及討論

2.1 可燃管體的力學性能

4種黏結劑配方的可燃管體的力學性能參數如表2所示。

表2 4種可燃管體的力學性能Table 2 Mechanical properties of four kinds of combustible tubes

與參比樣品T-0可燃管體相比， T-1的壓縮力、拔斷力和耐壓強度分別下降了68%、52%和60%，說明新型含能黏結劑較制式惰性黏結劑的黏結力差，導致可燃管體各項力學性能大幅度下降。T-2的壓縮力、拔斷力和耐壓強度與T-0相比分別下降了27.0%、10.5%和42.0%，與T-1相比分別提高了130.0%、86.1%和44.0%。T-3壓縮力和拔斷力與T-0相比分別下降了2.5%和4.2%，耐壓強度不變，這種力學性能的變化量在批量制式產品力學性能波動范圍之內，可以認為T-3與T-0的力學性能基本相同，說明采用少量的RDX與惰性黏結劑復合后，基本不影響黏結劑的黏結力。

2.2 可燃傳火管的定容燃燒性能

2.2.1 可燃傳火管的燃燒特性

將T-0、T-1、T-2和T-3四種可燃管體裝配成可燃傳火管，測得其定容燃燒性能參數見表3。

表3 4種可燃傳火管的定容燃燒性能Table 3 The constant-volume combustion performance of four kinds of combustible igniter tubes

由表3可見，與T-0相比，T-1最大壓強提高了7.51MPa，到達最大壓強的時間縮短了4.63ms，平均壓力陡度也明顯增加。這說明采用全部的含能黏結劑后，可燃管體能量提高，燃速也變快。T-2最大壓強提高了3.72MPa，到達最大壓強的時間縮短了1.30ms，平均壓強陡度也有所增大，說明可通過調節混合黏結劑中含能黏結劑與惰性黏結劑的比例來調節可燃傳火管的燃速和可燃管體的能量。T-3最大壓強、到達最大壓強的時間均沒有明顯變化，平均壓強陡度相比其他樣品變化也最小。這說明在惰性黏結劑中加入少量的RDX，對可燃傳火管的最大壓強和燃燒時間無明顯影響，平均壓強變化量也較為平穩。

綜合比較， T-1和T-2最大壓強增加較為明顯，且含能黏結劑含量越高，最大壓強增加量也就越大，這與其能量性能變化較為一致；而對于T-3來說，RDX的加入在理論上會提高傳火管能量性能，但由于RDX添加量較少，在整個可燃管體中僅占1%(質量分數)左右，其能量性能的增加無法在最大壓強值上準確體現出來，因而T-3的最大壓強值與T-0基本相同。

2.2.2 可燃傳火管的定容燃盡性

灰分主要由傳火藥燃燒灰分和可燃管體燃燒灰分組成，T-0、T-1、T-2和T-3可燃傳火管定容燃燒后所剩的灰分量分別為11.41、3.50、7.32和10.02g。與T-0相比， T-1和T-2的總燃燒灰分分別減少了69.0%和35.9%。這是因為含能黏結劑氧平衡較高且燃速較快，能夠在不需要外界氧的情況下燃燒完全。可見，采用含能黏結劑可減少可燃傳火管的定容燃燒灰分， T-3總定容燃燒灰分減少了12.2%，改善效果比T-1和T-2差，可能是因為RDX添加量較少導致的。

3 結 論

(1)在惰性黏結劑中加入少量RDX制備可燃管體，可獲得與參比制式可燃傳火管基本一致的力學性能和燃燒特性，并能夠一定程度上改善可燃傳火管的燃盡性。

(2)采用全部含能黏結劑制備可燃管體與采用全部惰性黏結劑相比，可使可燃傳火管的定容燃燒灰分減少69.0%，但拔斷力、壓縮力和耐壓強度分別下降了52%、68%和60%，仍需要進一步改進含能黏結劑的黏結性能。

(3)采用惰性黏結劑/含能黏結劑(質量比50∶50)組成的混合黏結劑時，可提高傳火管的能量性能，改善其燃燒性能，增加燃速，顯著減少定容燃燒灰分，具有一定的應用前景；但傳火管的力學性能尤其是耐壓強度有所下降，因而還需要進行優化。

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Effect of Adhesives on the Properties of Combustible Igniter Tube

WU Yong-gang1，ZHENG Qi-long2，TIAN Shu-chun1，DING Kun1，ZHOU Wei-liang2

(1.Xi′an North Huian Chemical Co.,Ltd, Xi′an 710302，China;2.School of Chemical Engineering,Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094, China)

To study the effect of adhesives on the properties of combustible igniter tube，four kinds of combustible igniter tubes were prepared through roll-forming process by inert adhesive, energetic adhesive, inert/energetic mixed adhesive and inert adhesive/RDX mixture, respectively, their mechanical properties and constant-volume combustion performance were tested. The results show that compared with the standard combustible igniter tube, the combustible igniter tube with energetic adhesive can make the constant-volume combustion ash reduce by 69.0%, but drawing force, compressing force and pressure resistant strength are decreased by 52%,68% and 60%, respectively. When the inert adhesive/RDX mixture (mass ratio of 90∶10) is used, the mechanical properties of combustible igniter tube are basically unchanged and the constant-volume combustion ash reduces by 12.2%. When the inert/energetic (mass ratio of 50∶50) mixed adhesive is used, the burning rate and combustion completeness of combustible igniter tubes are improved, and the mechanical properties decrease slightly.

combustible igniter tube; energetic adhesive; mechanical property; constant-volume;combustion performance;inert adhesive

10.14077/j.issn.1007-7812.2017.03.017

2016-12-08；

2017-02-14

青年科技創新專項項目(QKC201610)

吳永剛(1975-)，男，高級工程師，從事發射藥裝藥相關研究。E-mail:boyadraw@sohu.com

TJ55；TJ410.3+66

A

1007-7812(2017)03-0090-03