樊雪鋒

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鎂/聚四氟乙烯/氟橡膠（MTV）紅外誘餌劑的配方優(yōu)化研究

樊雪鋒

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一〇研究所，湖北宜昌，443003）

基于典型鎂/聚四氟乙烯/氟橡膠（MTV）紅外誘餌基礎(chǔ)配方，利用正交設(shè)計(jì)的方法，改進(jìn)研制了一種MTV型紅外誘餌配方，并對(duì)該配方藥柱的燃速、輻射強(qiáng)度進(jìn)行了測試。結(jié)果表明改進(jìn)配方增強(qiáng)了藥柱的水下燃燒能力以及紅外輻射性能。本研究為紅外誘餌的工程應(yīng)用提供參考。

紅外誘餌；MTV；正交設(shè)計(jì)；輻射強(qiáng)度；燃燒；水下

鎂/聚四氟乙烯/氟橡膠（MTV）型紅外誘餌劑是一種能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈紅外輻射效應(yīng)的煙火材料，可用于裝填各類紅外誘餌干擾彈[1]。該誘餌劑燃燒時(shí)，能夠在近、中和遠(yuǎn)紅外3個(gè)窗口產(chǎn)生強(qiáng)烈的紅外輻射[2]，已成為對(duì)抗紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的重要手段[3]。焦清介、陳明華，趙非玉等[1-4]研究了MTV型紅外誘餌劑的燃燒速度、紅外輻射性能、燃燒機(jī)理等，呂惠平、高翔等[5-6]在MTV型誘餌藥劑基礎(chǔ)上，研究了高熱劑對(duì)其紅外輻射性能的優(yōu)化作用。以上研究的重點(diǎn)主要是關(guān)于MTV紅外誘餌的各種性能測試分析，對(duì)配方自身多組分系統(tǒng)優(yōu)化研究涉及較少。在工程應(yīng)用中，有時(shí)為保證紅外誘餌的作戰(zhàn)效果，需要紅外誘餌藥柱在燃燒狀態(tài)下入水并翻轉(zhuǎn)漂浮后持續(xù)輻射紅外能量，目前該內(nèi)容研究更少。

本文以MTV型為基礎(chǔ)，利用正交試驗(yàn)法，添加紅外活性物質(zhì)，探討多組分配方對(duì)藥柱燃燒速度、紅外輻射性能的影響，得出具體的配方并進(jìn)行了測試分析。本研究摸索了藥柱水下燃燒情況，對(duì)拓寬誘餌的作戰(zhàn)使用環(huán)境、提升MTV型紅外誘餌的作戰(zhàn)效能具有借鑒意義。

1 MTV型誘餌材料基礎(chǔ)配方設(shè)計(jì)

MTV型誘餌材料的本質(zhì)是復(fù)合含能型的煙火材料，主要由鎂粉(Mg)、聚四氟乙烯(PTFE)、氟橡膠和改性劑組成，其中Mg為可燃劑，PTFE為氧化劑，氟橡膠為粘結(jié)劑[7]。為改進(jìn)藥柱入水燃燒情況和長波紅外輻射特性，需要添加不同種類的改性物質(zhì)，其用量隨需要而定[8]。

根據(jù)煙火藥氧平衡設(shè)計(jì)原則，結(jié)合改性劑的優(yōu)化選擇，立足MTV型基礎(chǔ)組分，本文結(jié)合前期研究內(nèi)容，擬對(duì)兩種配方的MTV型紅外誘餌進(jìn)行配方組分改性研究。確定配方的基礎(chǔ)組成為（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）：Mg約30%，PTFE約25%, 氟橡膠約為10%，3種改性劑的含量為45%。

2 配方優(yōu)化

2.1 測試方法

本文制備的紅外誘餌藥柱的直徑為Ф24mm，試制壓力6MPa，裝藥量43g，藥柱示意圖見圖1。以紅外誘餌的燃燒速度、紅外輻射強(qiáng)度、藥柱入水性能為指標(biāo)，對(duì)藥柱配方進(jìn)行對(duì)比研究分析。以自由落水法，測試分析藥柱在燃燒狀態(tài)下從設(shè)定高度落水后的燃燒變化情況，其過程見示意圖2。

圖1 藥柱示意圖

圖2 藥柱入水示意圖

利用SR5000測試藥柱紅外輻射性能，SC7300熱像儀測試藥柱燃燒溫度及時(shí)間，其測試過程見圖3。

圖3 紅外輻射強(qiáng)度及燃燒溫度測試示意圖

2.2 試驗(yàn)配方正交優(yōu)化

從基礎(chǔ)配方入手，利用正交試驗(yàn)法對(duì)配方組分進(jìn)行優(yōu)化，是配方設(shè)計(jì)研究的重要手段。改性劑種類的選擇對(duì)藥柱的性能有重要的影響，碳化硅（SiC）、陶瓷粉和硅粉（Si）在燃燒時(shí)具有較好的紅外輻射特性[9-10]；氧化鐵（Fe2O3）具有一定的高熱效應(yīng)，既可以增強(qiáng)誘餌藥柱入水燃燒特性又可以增加中波紅外輻射特性；二氧化鈦（TiO2）、鎂鋁合金(Mg-Al)燃燒可提高長波紅外輻射特性[11]?？紤]配方多組分配的復(fù)雜性，以入水燃燒情況和輻射能量為關(guān)鍵指標(biāo)，擬通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的相互對(duì)比分析得出結(jié)論，探討原因、摸索機(jī)理。根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，確定部分組分質(zhì)量含量。利用正交設(shè)計(jì)結(jié)合氧平衡的計(jì)算原則，確定各配方其他成分的配比，此為配方設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本文選用正交表L9（34），配方的因素和水平選擇見表1。配方中的因素選擇、水平改進(jìn)量值范圍的選取根據(jù)MTV型紅外誘餌藥柱的典型特點(diǎn)和前期的試驗(yàn)結(jié)果確定。配方正交試驗(yàn)情況見表2。

表1 配方的因素和水平

Tab.1 Factors and levels of formulation

表2 配方正交試驗(yàn)表

Tab.2 The orthogonal experiment table of formulation

3 分析與討論

根據(jù)正交試驗(yàn)表中相應(yīng)配比制作測試樣品，并對(duì)樣品進(jìn)行輻射能量測試，測試過程見圖4。

圖4 紅外輻射能量測試過程圖

利用極差法對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。分析時(shí)將藥柱燃燒及入水后情況分為：藥柱可水下完全燃燒、藥柱可水下部分燃燒后熄滅、藥柱遇水快速熄滅、藥柱無法點(diǎn)燃4種情況，分別用數(shù)字3、2、1、0表示。配方正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果見表3，正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)極差法處理結(jié)果見表4。為了便于比較，將配方的指標(biāo)隨因素各水平的變化情況繪成圖5。

表3 配方正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表

Tab.3 The data of orthogonal experiment

表4 配方正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果

Tab.4 The data processing results of orthogonal experiment

圖5 配方指標(biāo)隨因素變化情況

根據(jù)表4處理結(jié)果可得，氟橡膠及改性劑1對(duì)配方的整體指標(biāo)性能影響較為明顯。隨著PTFE含量的增加，燃燒速度逐漸降低，符合PTFE氣化、吸熱和氣化產(chǎn)物讓反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散是MTV型誘餌材料燃燒速度控制步驟[2]的理論模型。針對(duì)藥柱燃燒入水情況，改性劑1的選擇明顯地提高了配方反應(yīng)的高熱效應(yīng)，增強(qiáng)藥柱水下可燃燒的能力。

綜上分析得出配方優(yōu)化后的結(jié)果見表5，其中改性劑1為Fe2O3與TiO2，改性劑2為陶瓷粉和SiC，其他為配方中碳酸鎂類燃速調(diào)節(jié)劑。最終優(yōu)化配方的測試結(jié)果見表6，紅外藥柱入水燃燒過程如圖6所示。

圖6 紅外藥柱入水燃燒過程圖

表5 正交優(yōu)化后的配方

Tab.5 The results of orthogonal optimization of formulation

表6 優(yōu)化配方測試結(jié)果

Tab.6 The test results of the improved formulation

4 結(jié)論

基于典型MTV型紅外誘餌配方，以紅外輻射強(qiáng)度和入水性能為關(guān)鍵指標(biāo)，利用正交試驗(yàn)法，設(shè)計(jì)優(yōu)化出配方，對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析。通過正交試驗(yàn)中基礎(chǔ)配方的數(shù)據(jù)對(duì)比和極差分析，可得改性劑1對(duì)輻射強(qiáng)度影響明顯，PTFE和氟橡膠的含量變化對(duì)配方性能影響呈現(xiàn)規(guī)律性變化。針對(duì)工程應(yīng)用中需要藥柱在燃燒狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)入水翻轉(zhuǎn)問題，高熱效應(yīng)既可增強(qiáng)藥柱水下燃燒性能，又對(duì)藥柱燃燒的紅外輻射有貢獻(xiàn)。

[1] 趙非玉,解錦,郭永利,張永強(qiáng).鎂/聚四氟乙烯/氟橡膠(MTV)紅外誘餌的紅外輻射特性研究[J].光電技術(shù)應(yīng)用,2007(1): 34-35.

[2] 陳明華,焦清介,劉禮斌.鎂/聚四氟乙烯紅外誘餌劑燃燒速度的計(jì)算[J].火工品,2004(3):5-8.

[3] 陳明華,焦清介,常非,溫玉全.鎂/聚四氟乙烯紅外誘餌劑的紅外輻射性能研究[J].激光與紅外,2002(4):253-255.

[4] 陳明華,焦清介,溫玉全,盧斌.Mg4A13/PTFE紅外誘餌劑的輻射性能研究[J].激光與紅外,2005,35 (7):500-503.

[5] 呂惠平,潘功配,陳昕,陳厚和,朱晨光,劉國生.高熱劑的紅外輻射特性研究[J].紅外技術(shù),2011(11):670-673.

[6] 高翔,高俊元,高俊杰,等.長波紅外燃燒輻射藥劑:中國,1603 28982[P].2008-10-08.

[7] 潘功配,楊碩.煙火學(xué)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1997.

[8] 焦清介,霸書紅.煙火輻射學(xué)[M]. 北京:國防工業(yè)出版社, 2009.

[9] 楊志強(qiáng),于志良.提高紅外誘餌輻射強(qiáng)度途徑探討[J].光電技術(shù)應(yīng)用,2004,74(1):28-31.

[10] 潘功配,朱長江,王昭群.紅外(誘餌)/箔條干擾性能研究[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào),1994,77(5):12-16,65.

Study on the Formula Optimization of Mg/PTFE/Viton(MTV) Infrared Decoy Flare Composition

FAN Xue-feng

(No.710 R&D Institute ,CSIC, Yichang, 443003)

On the basis of(Mg/PTFE/VITON) MTV type infrared composition formula, a infrared decoy flare composition was improved by the method of orthogonal design. Meanwhile, the burning rate and radiation intensity of the grain were tested. The test result indicated the improved formula enhance the combustion capacity of the grain underwater, as well as its radiation intensity. The study provides reference for the engineering application of the infrared decoy flare composition.

Infrared decoy；MTV；Orthogonal design；Radiation intensity；Combustion；Underwater

1003-1480（2015）03-0038-04

TQ567.5

A

2015-03-17

樊雪鋒（1976-），男，高級(jí)工程師，從事火工煙火專業(yè)方向研究。