劉慧慧, 鄭申聲, 關(guān)立峰, 史遠(yuǎn)通, 蔡賈林, 羅 觀

(中國(guó)工程物理研究院化工材料研究所, 四川 綿陽(yáng) 621999)

1 引 言

澆注型高聚物粘結(jié)炸藥(CPBX)是由高能單質(zhì)炸藥、高聚物粘結(jié)劑及添加劑組成,是固相顆粒與高聚物的復(fù)合材料[1-2〗。其具有能量高、易損性好、機(jī)械性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于混合炸藥裝藥[3-6〗。對(duì)于CPBX,在澆注過(guò)程中,物料的流變性能對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量的好壞起到至關(guān)重要的作用,長(zhǎng)期受到研究者的廣泛關(guān)注[7-13〗。物料的流變性包括流平性和流動(dòng)性。流動(dòng)性差、流平性能不良的料漿各組份之間不易混合均勻、澆注速度緩慢,甚至澆注后藥條堆積形成空洞、裂紋或庇隙等缺陷。物料的流動(dòng)性可用粘度參數(shù)來(lái)表征,物料粘度越大,流動(dòng)性能越差。至今還沒(méi)有明晰的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以定量的描述物料的流平過(guò)程。CPBX是復(fù)雜的多組分混合物,影響物料流變性能的因素也十分復(fù)雜,液相如粘結(jié)劑、增塑劑和稀釋劑等性質(zhì),固相如顆粒的形狀、粒度分布、表面性質(zhì)及各固相含量配比等。實(shí)際裝藥生產(chǎn)中,在確定主炸藥、粘結(jié)劑和其它助劑成分的條件下,影響產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)的主要原因?yàn)楣滔囝w粒原材料的變化,如原材料來(lái)源不同導(dǎo)致的固相顆粒形狀、顆粒度及分布不具有重復(fù)性,從而物料的流變性也隨之發(fā)生變化。近年,已有很多研究針對(duì)配方中小組分對(duì)物料流變性能影響的規(guī)律[11-13〗,但是固相顆粒自身級(jí)配對(duì)澆注炸藥流變性能影響的研究還比較少[7〗。

本研究的CPBX是以HMX為固相填料、季戊四醇丙烯醛樹脂為粘結(jié)劑、硫酸二乙酯為固化劑。為獲得不同HMX級(jí)配物料的澆注適應(yīng)性及調(diào)整顆粒級(jí)配的規(guī)律,本研究通過(guò)改變配方中固相各組份的含量及顆粒大小來(lái)研究不同顆粒級(jí)配下物料的非牛頓指數(shù)、粘度和屈服值變化規(guī)律,從而揭示固相填料中大、中、小顆粒含量對(duì)物料流變性能的影響規(guī)律,以為配方設(shè)計(jì)提供參考。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑與儀器

試劑: 季戊四醇-丙烯醛樹脂(醇醛樹脂),工業(yè)級(jí),黎明化工研究院; 硫酸二乙酯(DES),分析純,成都聯(lián)合化工試劑研究所; 奧克托今(HMX): HMX-L(大顆粒,250～425 μm)、HMX-M1/HMX-M2(中顆粒,125～250 μm)、HMX-S(小顆粒,平均粒徑12 μm); 苯乙烯,化學(xué)純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。鄰苯二甲酸二乙酯,分析純,成都市科龍化工試劑廠; 大豆卵磷脂,生物試劑,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司; 碳纖維,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

儀器: RVDV-Ⅲ+型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì),Brookfield公司,粘度測(cè)量范圍為1～100000 mPa·s。

2.2 樣品制備與測(cè)試

樣品制備: 將HMX/醇醛樹脂基CPBX料漿中各組份按一定配比稱量至燒杯中,加熱攪拌均勻,待測(cè)。依據(jù)HMX大、中、小顆粒的配比對(duì)樣品進(jìn)行命名編號(hào),如表1。

表1 樣品編號(hào)

Table 1 Number of samples

samplename(HMX-L/HMX-M/HMX-S)samplename(HMX-L/HMX-M/HMX-S)S10/45(HMX-M1)/40S719/45(HMX-M1)/21S27/45(HMX-M1)/33S825/45(HMX-M1)/15S39/45(HMX-M1)/31S910/49(HMX-M1)/26S411/45(HMX-M1)/29S1012/46(HMX-M1)/27S513/45(HMX-M1)/27S1116/40(HMX-M1)/29S616/45(HMX-M1)/24S1213/45(HMX-M2)/27

測(cè)試方法: 將樣品池加熱到設(shè)定的溫度70 ℃,開動(dòng)轉(zhuǎn)子使其在空氣中歸零,然后將混合均勻的樣品加入到樣品池中。測(cè)試轉(zhuǎn)速范圍為0～250 r·min-1,從最低轉(zhuǎn)速開始,逐漸增加轉(zhuǎn)速,讀取相應(yīng)的粘度和扭矩?cái)?shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理方法: 根據(jù)同軸圓筒測(cè)試的基本公式及測(cè)試原理計(jì)算剪切速率和剪切應(yīng)力[14〗,采用冪律模型[7,9,13〗計(jì)算非牛頓指數(shù)，采用卡森模型[15-16〗計(jì)算料漿屈服值。

3 結(jié)果與討論

3.1 大、小顆粒含量對(duì)料漿流變性能的影響

3.1.1 流體特性

樣品S1～S8(中顆粒含量相同)的剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化規(guī)律如圖1。由圖1可知,隨著剪切速率的不斷增加,料漿的剪切應(yīng)力均呈增加趨勢(shì)。以樣品S8為例,料漿的剪切應(yīng)力首先隨剪切速率的漸增呈增加趨勢(shì)達(dá)到最高點(diǎn)(上升曲線),之后隨著剪切速率的漸減而降低(下降曲線)。上升和下降曲線不重合,形成滯后環(huán),說(shuō)明該料漿具有觸變性,這一結(jié)果與文獻(xiàn)[9,17〗報(bào)道的結(jié)果一致。料漿的觸變性是料漿內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞而不能及時(shí)恢復(fù)的一種效應(yīng),當(dāng)最終對(duì)料漿停止作用后,料漿會(huì)以不同的時(shí)間恢復(fù)到原來(lái)松散的剛性結(jié)構(gòu)。這種料漿的粘度不僅與剪切速率有關(guān),還與剪切時(shí)間有關(guān)。因此在本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,每一個(gè)剪切速率下保持的時(shí)間一致。

圖1 不同HMX級(jí)配樣品S1～S8的剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化

Fig.1 Change in shear stress with shear rate for samples S1-S8 with different HMX gradation

樣品S1～S8的物料粘度隨剪切速率的變化規(guī)律如圖2。首先物料粘度是與剪切速率相關(guān)的,說(shuō)明該體系屬于非牛頓流體[18〗。另外,隨著剪切速率的增加,料漿的粘度顯著下降,隨后趨近于水平,說(shuō)明所考察的物料在該剪切速率范圍內(nèi)為假塑性流體。這一結(jié)果與文獻(xiàn)[9,13〗報(bào)道一致。另外CPBX炸藥表現(xiàn)出剪切變稀現(xiàn)象,即為剪切變稀流體。這是因?yàn)橛薪宦?lián)顆粒網(wǎng)絡(luò)的存在[18-19〗,開始存在絮凝作用的料漿因受剪切作用而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化,隨著剪切速率的增加,顆粒網(wǎng)絡(luò)被破壞成小單元,料漿粘度呈降低趨勢(shì)[13〗。當(dāng)剪切速率增加到某一程度時(shí),絮凝現(xiàn)象會(huì)完全消失,宏觀表現(xiàn)為粘度不再隨剪切速率的增加而變化。以樣品S8為例,剪切速率從0.02 s-1增加至1.08 s-1,物料粘度從7440 Pa·s降低至140 Pa·s,減小率達(dá)98.12%; 剪切速率增加至19.39 s-1,粘度降低至12.49 Pa·s,減小率達(dá)91.08%; 當(dāng)繼續(xù)增加剪切速率至53.85 s-1,料漿粘度降低至6.93 Pa·s,減小率僅為44.52%,即低剪切速率對(duì)粘度的影響較大。剪切速率大于20 s-1時(shí),料漿粘度隨剪切速率變化不明顯,料漿近乎完全屈服,趨近于牛頓流體的特征,這也是下文測(cè)量計(jì)算屈服值的依據(jù)。

圖2 不同HMX級(jí)配樣品S1～S8的粘度隨剪切速率的變化

Fig.2 Change in viscosity with shear rate for samples S1-S8 with different HMX gradation

3.1.2 料漿的流動(dòng)性能

由于實(shí)驗(yàn)考察的料漿為假塑性流體,因此固相組份為HMX的醇醛樹脂基CPBX炸藥可用冪律模型[7,9,13〗來(lái)描述其流變特性。

η=Kγn-1

(1)

式中,η為粘度,Pa·s;K為擬合系數(shù);γ為剪切速率,s-1;n為非牛頓指數(shù)。

不同HMX級(jí)配的醇醛樹脂基炸藥的冪律模型模擬結(jié)果列于表2,此部分僅討論樣品S1～S8。所有樣品的n值均處于0和1之間,表明該料漿體系屬于剪切變稀流體[9,13,18〗,也印證了前面所述結(jié)果。n值越大,物料的非牛頓流體特性越弱,宏觀表現(xiàn)為物料的粘度隨剪切速率的變化程度越大,隨著剪切速率的增加,越容易從非牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)榕ｎD流體,即物料受到外力屈服流動(dòng)的恢復(fù)能力越強(qiáng)。由于在噴淋式澆注體系中,料漿受外力通過(guò)花板噴孔澆注進(jìn)入模具,之后恢復(fù)靜止?fàn)顟B(tài)并保證流平充滿模具。因此需要物料表現(xiàn)出的n值盡量大,使得物料有較好的流動(dòng)性能。將固相顆粒近似球形,計(jì)算不同樣品大、小顆粒比表面積的比,并與物料的n值關(guān)聯(lián),如圖3所示。當(dāng)大顆粒含量增加,伴隨小顆粒含量降低時(shí),Slarge/Ssmall增大,n值呈增大趨勢(shì),物料表現(xiàn)出更弱的非牛頓特性,因此流動(dòng)性能越好。推斷是因?yàn)樾☆w粒相對(duì)比例減少時(shí),固相顆粒的總比表面積減小,用于包裹固相顆粒的粘結(jié)劑越少,而作為流動(dòng)介質(zhì)的粘結(jié)劑含量相對(duì)增大,物料粘度降低、流動(dòng)性更好。

表2 不同HMX級(jí)配的醇醛樹脂基澆注炸藥的冪律模型

Table 1 Power law model of aldol resin based casting explosive with different HMX gradation

sampleη=Kγn-1correlationindexsampleη=Kγn-1correlationindexS1K=164.53,n=0.10100.9962S7K=168.20,n=0.31460.9964S2K=151.74,n=0.23080.9977S8K=148.15,n=0.24090.9992S3K=136.63,n=0.31340.9994S9K=222.54,n=0.30140.9968S4K=187.51,n=0.22640.9994S10K=216.49,n=0.30660.9981S5K=198.43,n=0.25700.9991S11K=199.87,n=0.33860.9975S6K=194.89,n=0.32260.9971S12K=166.99,n=0.27840.9997

圖3 不同HMX級(jí)配樣品的n值與Slarge/Ssmall的關(guān)系

Fig.3 Thenvalue vs Slarge/Ssmallrelation for sample with different HMX gradation

低剪切速率(2.15 s-1)和高剪切速率(53.85 s-1)下,樣品S1～S8的粘度與小顆粒含量的關(guān)系如圖4所示。由圖4可知,不同剪切速率下粘度隨小顆粒含量的變化趨勢(shì)不同。在低剪切速率下,物料粘度隨小顆粒含量的增加先增大后減小,小顆粒含量為25%左右達(dá)到最大值。相似結(jié)果在文獻(xiàn)[7〗中也有描述。其原因是當(dāng)小顆粒比例小于某一范圍時(shí),增加小顆粒含量,無(wú)疑增加了固相顆粒的總比表面積,粘結(jié)劑更多的用于包裹顆粒,導(dǎo)致流動(dòng)介質(zhì)減少、粘度增大。而小顆粒過(guò)多會(huì)提高固相間的內(nèi)摩擦力,導(dǎo)致物料粘度增大、流動(dòng)性變差。而當(dāng)小顆粒含量在某一合適范圍時(shí),可用滾動(dòng)級(jí)配理論[20〗解釋,小顆粒有相當(dāng)一部分在大顆粒表面及間隙之間,充當(dāng)流動(dòng)介質(zhì)連接大顆粒與粘結(jié)劑,顆粒的滑動(dòng)狀態(tài)變成滾動(dòng)狀態(tài),摩擦阻力減小。另外分布在大顆粒之間的流動(dòng)介質(zhì)被釋放,物料粘度降低、流動(dòng)性提高[21〗。在高剪切速率下,物料粘度與小顆粒含量呈線性關(guān)系。這是因?yàn)楦呒羟兴俾氏麓箢w粒的慣性更大而較小顆粒更易被甩離測(cè)試攪拌子,所測(cè)結(jié)果受小顆粒影響更大。因此,小顆粒增多,粘度增大。在實(shí)際澆注工藝過(guò)程中,料漿整體處于低剪切速率,需要合理調(diào)節(jié)大、小顆粒的比例,使得物料的非牛頓指數(shù)最大,粘度最低,從而保證料漿具有較好的流動(dòng)性能。

圖4 物料粘度與小顆粒含量的關(guān)系

Fig.4 Relations of the viscosity of material and content of small particles

3.1.3 料漿的流平性能

料漿內(nèi)部存在的多種相互作用形成臨時(shí)性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[10〗,使得料漿具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度而阻止其流動(dòng)。只有當(dāng)外界作用力超過(guò)該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度時(shí),結(jié)構(gòu)被破壞,料漿屈服并開始流動(dòng)。使料漿由靜止向流動(dòng)行為轉(zhuǎn)變所需的臨界力為料漿屈服值。屈服值常用來(lái)表征料漿流平性能[10,13,22〗,其大小表明料漿的狀態(tài)由靜止到流動(dòng)的難易程度即流平性能的好壞。計(jì)算屈服值的常用方法是將流動(dòng)曲線擬合,然后外推剪切速率等于零時(shí)的剪切應(yīng)力作為屈服值,如卡森模型[15-16〗?？ㄉＰ褪羌羟兴俾试?～20 s-1范圍內(nèi)的剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系,如下:

(2)

式中,τy為屈服值，Pa；c為擬合系數(shù)。

表3 樣品S1～S8的卡森模型結(jié)果

Table 3 Results of samples S1-S8 obtained by Casson model

sampleslope(c)yieldvalueτy/PacorrelationindexS12.714194.650.9962S22.609096.270.9977S32.1903101.320.9994S42.4085133.010.9994S51.7017169.960.9991S61.6347159.780.9955S71.5249161.320.9964S81.1026152.490.9978

樣品S1～S8的卡森模型擬合的結(jié)果列于表3。分析表3可知,當(dāng)中顆粒含量不變時(shí),屈服值隨大顆粒含量的增大、小顆粒含量的減小而逐漸增大。在大顆粒含量為13%(S5)時(shí),屈服值達(dá)到最大(169.96 Pa)。繼續(xù)提高大顆粒含量至19%(S7)時(shí),屈服值基本保持不變。料漿的屈服值是對(duì)應(yīng)其在低剪切速率和低剪切應(yīng)力下的流變特性,反映料漿在流平過(guò)程中的速率。屈服值越低,料漿在振動(dòng)作用下流平并形成整體就越容易。根據(jù)滾動(dòng)級(jí)配理論[20〗,對(duì)于非單一直徑、顆粒球形度偏離大的體系的流動(dòng)過(guò)程,大顆粒因其體積和形貌等因素,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比小顆粒大的多,主要以滑動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生位移,對(duì)應(yīng)的摩擦阻力較大,而小顆粒通常球型度較高且具有填孔效應(yīng),其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)主要以滾動(dòng)為主,摩擦阻力較前者要小。因此,大顆粒越多,使物料流動(dòng)需要的剪切應(yīng)力越大,屈服值越大。考慮屈服值的影響,在配方設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減少大顆粒含量、增加小顆粒含量進(jìn)行顆粒級(jí)配,從而獲得屈服值低的料漿。

粘度和屈服值隨小顆粒含量的變化規(guī)律如圖5所示。由圖5可知,在顆粒級(jí)配時(shí),考慮物料粘度,小顆粒的含量應(yīng)低于或高于25%; 考慮n值,小顆粒含量應(yīng)在25%左右; 而考慮屈服值,小顆粒含量應(yīng)越高越好。因此要獲得低粘度、高n值和低屈服值的料漿,需要通過(guò)顆粒級(jí)配的調(diào)整使得各參數(shù)保持在合適的折中范圍內(nèi),從而獲得流變性能較好的物料。從以上討論結(jié)果發(fā)現(xiàn),中顆粒保持不變?yōu)?5%的情況下,小顆粒的含量在25%～30%內(nèi)物料流變性較好,可保證澆注過(guò)程的順利進(jìn)行。

圖5 小顆粒含量對(duì)粘度和屈服值的影響

Fig.5 Effect of the content of small particles on viscosity and yield value

3.2 大、中、小顆粒含量對(duì)料漿流變性能的影響

3.2.1 流體特性

該部分實(shí)驗(yàn)同時(shí)考察了大、中、小顆粒對(duì)料漿流變性能的影響(S9～S11),其剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化規(guī)律如圖6。由圖6可見,隨著剪切速率的不斷增加,料漿的剪切應(yīng)力呈增加趨勢(shì)。另外,從圖7所示的粘度隨剪切速率的變化規(guī)律發(fā)現(xiàn),隨著剪切速率不斷增加,料漿的粘度開始呈指數(shù)降低,剪切速率大于20 s-1時(shí),粘度曲線趨近于水平,此時(shí)表現(xiàn)出牛頓流體的特征。這說(shuō)明所考察的含HMX的醇醛樹脂基CPBX炸藥為假塑性流體。

圖6 不同大、中、小顆粒配比樣品S9～S11的剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化

Fig.6 Change in shear stress with shear rate for samples S9-S11 with different gradation ratio of large, middle and small particles

圖7 不同大、中、小顆粒配比樣品S9～S11的粘度隨剪切速率的變化

Fig.7 Change in viscosity with shear rate for samples S9-S11 with different gradation ratio of large, middle and small particles

3.2.2 料漿的流動(dòng)性能

從擬合的相關(guān)系數(shù)可以看出,冪律模型同樣可用于描述S9～S11的流變性能,結(jié)果列于表2。通過(guò)非牛頓指數(shù)n值分析同時(shí)改變大、中、小顆粒含量對(duì)物料流動(dòng)性能的影響是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。這是因?yàn)榇藭r(shí)在體系中顆粒的分布有大幅度的改變。表2中數(shù)據(jù)顯示,隨著中顆粒含量的不斷減少、大顆粒和小顆粒含量的不斷增加,非牛頓指數(shù)n值沒(méi)有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律。低剪切速率(2.15 s-1)和高剪切速率(53.85 s-1)下,物料粘度分別與大、中、小顆粒含量的關(guān)系如圖8。從圖8可見,高剪切速率下,粘度與中顆粒含量呈負(fù)相關(guān)規(guī)律,與大顆粒、小顆粒均呈正相關(guān)規(guī)律; 低剪切速率下,粘度與中顆粒含量呈正相關(guān)規(guī)律,與大顆粒、小顆粒均呈負(fù)相關(guān)規(guī)律。分析原因是由于小顆粒的比表面積較大,包裹需要的粘結(jié)劑較多,從而導(dǎo)致小顆粒含量對(duì)粘度的影響比大顆粒大。當(dāng)大、小顆粒含量呈相同變化趨勢(shì)時(shí),物料粘度與小顆粒含量相關(guān)性更大。中顆粒與粘度的關(guān)系與大顆粒含量與粘度的關(guān)系一致,即中顆粒擔(dān)當(dāng)大顆粒的角色。這驗(yàn)證了前面所述的結(jié)論,在小顆粒含量大于25%時(shí),低剪切速率下,物料粘度與小顆粒含量負(fù)相關(guān); 高剪切速率下,物料粘度與小顆粒含量呈正相關(guān)。

圖8 剪切速率為2.15 s-1、53.85 s-1時(shí)物料粘度與不同顆粒含量的關(guān)系

Fig.8 The relations of viscosity of material vs content of different particles at shear rate of 2.15 s-1and 53.85 s-1

3.2.3 料漿的流平性能

同樣使用卡森模型將樣品S9～S11的剪切應(yīng)力與剪切速率進(jìn)行關(guān)聯(lián),擬合并計(jì)算屈服值,結(jié)果列于表4。當(dāng)減少中顆粒含量且增加大、小顆粒含量時(shí),屈服值降低。大顆粒含量與屈服值的關(guān)系與前面所述的大顆粒含量增加會(huì)使得屈服值提高的結(jié)論呈相反的規(guī)律。分析原因是在此部分的中顆粒含量也在變化,并且小顆粒含量對(duì)屈服值的影響比大顆粒更顯著。另外,中顆粒含量與屈服值的關(guān)聯(lián)度更大,中顆粒含量從49%(S9)減少到40%(S11),屈服值也逐漸從220.36 Pa降低至154.56 Pa,與中顆粒含量呈現(xiàn)明顯正相關(guān)規(guī)律。因此,在進(jìn)行配方設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)物料流平性時(shí),可以適當(dāng)降低中顆粒的含量以獲得屈服值低的料漿。

表4 樣品S9～S11的卡森模型結(jié)果

Table 4 Results of samples S9～S11 obtained by Casson model

sampleslope(c)yieldvalueτy/PacorrelationindexS91.1975220.360.9968S101.8310190.020.9981S112.2422154.560.9975

3.3 固相顆粒的粒徑分布對(duì)料漿流變性能的影響

由于配方中HMX中顆粒的粒徑分布范圍廣、批次間形貌差異大,并且也是固相中比例最多的,因此具有代表性?；跇悠稴5,更換中顆粒,考察其粒徑分布對(duì)物料流變性的影響。從圖9和圖10中的物料剪切應(yīng)力及粘度與剪切速率的關(guān)系可知,S12同樣表現(xiàn)出非牛頓流體特征,為假塑性流體。

使用冪律模型將S12的粘度與剪切速率關(guān)聯(lián),結(jié)果列于表2。比較S5和S12,非牛頓指數(shù)由0.2570增大到0.2784,物料粘度(剪切速率2.15 s-1)由116 Pa·s減小到96 Pa·s。分析兩種中顆粒的粒徑分布,如表5,HMX-M1顆粒分布較寬,HMX-M2的顆粒分布更集中。HMX-M2中尺寸小的顆粒比例較HMX-M1少,從而S12中小顆粒總量比例少,n值較大、粘度較小。因此S12的流動(dòng)性能更好,這與實(shí)際觀察結(jié)果一致。使用卡森模型將S12的剪切應(yīng)力與剪切速率關(guān)聯(lián)發(fā)現(xiàn),當(dāng)使用HMX-M2中顆粒時(shí),屈服值由169.96 Pa降低至129.35 Pa。原因是由HMX-M1更換為HMX-M2時(shí),尺寸大的顆粒減少得多,同時(shí)尺寸小的顆粒減少得少,從而平均粒徑減小,屈服值降低。

圖9 不同中顆粒粒徑分布樣品S5和S12的剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化

Fig.9 Change in shear stress with shear rate for samples S5 and S12 with different size distribution of middle particles

圖10 不同中顆粒粒徑分布樣品S5和S12的粘度隨剪切速率的變化

Fig.10 Change in viscosity with shear rate for samples S5 and S12 with different size distribution of middle particles

表5 中顆粒HMX-M1和HMX-M2的粒徑分布

Table 5 The size distribution of HMX-M1and HMX-M2with middle particles

middleparticlesaverageparticlesize/μmmassfraction/%>300μm300～150μm150～75μm75～45μm<45μmHMX-M118011.642.230.77.87.7HMX-M21507.441.434.5106.7

4 結(jié) 論

通過(guò)調(diào)節(jié)HMX級(jí)配以及粒徑分布研究醇醛樹脂為基的CPBX炸藥的流變性能,結(jié)果表明,醇醛樹脂基CPBX炸藥是具有觸變性的假塑性流體,且HMX配比和粒徑分布極大地影響著物料的流變性能。中顆粒含量為45%時(shí),小顆粒含量在25%～30%范圍內(nèi)物料流變性較好。非牛頓指數(shù)與小顆粒含量負(fù)相關(guān)。低剪切速率(<20 s-1)對(duì)物料粘度的影響大,且物料粘度隨小顆粒含量增加存在一個(gè)極大值。高剪切速率(>20 s-1)時(shí),物料趨近牛頓流體,其粘度與小顆粒含量呈正線性相關(guān)。屈服值與小顆粒含量呈負(fù)相關(guān),中顆粒含量對(duì)屈服值的影響最顯著。

參考文獻(xiàn):

[1] 唐明峰, 李明, 藍(lán)林鋼. 澆注PBX力學(xué)性能的研究進(jìn)展[J〗. 含能材料, 2013, 21(6): 812-817.

TANG Ming-feng, LI Ming, LAN Lin-gang. Review on the mechanical properties of cast PBXs[J〗.ChineseJournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao), 2013, 21(6): 812-817.

[2〗 徐慶蘭. 高聚物粘結(jié)炸藥包覆過(guò)程及粘結(jié)機(jī)理的初步探討[J〗. 含能材料, 1993, 1(2): 1-5.

XU Qing-lan. Adhesion and its mechanism of polymer bonded explosive[J〗.ChineseJournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao), 1993, 1(2): 1-5.

[3〗 羅觀, 殷明, 鄭保輝, 等. 高格尼能鈍感澆注PBX 設(shè)計(jì)及性能[J〗. 含能材料, 2014, 22(4): 487-492.

LUO Guan,YIN Ming, ZHENG Bao-hui, et al. Design and performance of an insensitive cast PBX with high gurney energy[J〗.ChineseJournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao), 2014, 22(4): 487-492.

[4〗 Lee J S, Hsu C K. Thermal properties and shelf life of HMX-HTPB based plastic-bonded explosives[J〗.ThermochimicaActa, 2002, 392: 153-156.

[5〗 羅觀, 黃輝, 張明, 等. 可澆注固化PBX 類含鋁炸藥低易損性研究[J〗. 含能材料, 2004, 12(1): 20-22.

LUO Guan, HUANG Hui, ZHANG Ming, et al. Study on low vulnerability of cast-cured PBX aluminized explosive[J〗.ChineseJournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao), 2004, 12(1): 20-22.

[6〗 Agrawal J P. Some new high energy materials and their formulations for specialized applications[J〗.Propellants,Explosives,Pyrotechnics, 2005, 30(5): 316-328.

[7〗 衛(wèi)彥菊, 王晶禹, 安崇偉, 等. 粒度級(jí)配對(duì)CL-20 基澆注傳爆藥流變性能的影響[J〗. 火工品, 2014, (4): 33-37.

WEI Yan-jü, WANG Jing-yu, AN Chong-wei, et al. Effects of particle size gradation on the rheological properties of CL-20 base casting booster[J〗.Initiators&Pyrotechnics, 2014, (4): 33-37.

[8〗 衛(wèi)彥菊, 王晶禹, 安崇偉, 等. GAP/CL-20基混合炸藥藥漿的流變性[J〗. 含能材料, 2015, 23(11): 1124-1129.

WEI Yan-jü, WANG Jing-yu, AN Chong-wei, et al. Rheological behavior of GAP/CL-20 based composite explosives slurry.JournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao), 2015, 23(11): 1124-1129.

[9〗 唐漢祥. 推進(jìn)劑料漿流變特性研究[J〗. 固體火箭技術(shù), 1994, (3): 28-34.

TANG Han-xiang. A Study on rheological properties of composite propellant slurry[J〗.JournalofSolidRocketTechnology, 1994, (3): 28-34.

[10〗 唐漢祥, 劉秀蘭, 吳倩. 推進(jìn)劑料漿流平性研究[J〗. 推進(jìn)技術(shù), 2000, 21(3): 79-82.

TANG Han-xiang, LIU Xiu-lan, WU Qian. Leveling properties of the composite solid propellants slurry[J〗.JournalofPropulsionTechnology, 2000, 21(3): 79-82.

[11〗 李海興, 王晶禹, 安崇偉. 表面活性劑對(duì)CL-20 基澆注傳爆藥流變性能的影響[J〗. 火工品, 2013(6): 27-31.

LI Hai-xing, WANG Jing-yu, AN Chong-wei. Effects of surface-active agents on the rheological properties of CL-20 based on casting booster[J〗.Initiators&Pyrotechnics, 2013(6): 27-31.

[12〗 謝虓, 魯洪, 王云, 等. 卵磷脂對(duì)HTPB-苯乙烯溶液流變特性的影響[J〗.含能材料, 2015, 23(8): 760-765.

XIE Xiao, LU Hong, WANG Yun, et al. Effect of phosphatidylcholine on the rheological properties of HTPB-styrene solution[J〗.JournalofEnergeticMaterials(HannengCailiao), 2015, 23(8): 760-765.

[13〗 Li H X, Wang J Y, An C W. Study on the rheological properties of CL-20/HTPB casting explosives[J〗.CentralEuropeanJournalofEnergeticMaterials, 2014, 11(2): 237-255.

[14〗 Mitschka P. Simple conversion of Brookfield R.V.T. readings into viscosity functions[J〗.RheologicaActa, 1982, 21: 207-209.

[15〗 Dash R K, Mehta K N, Jayaraman G. Casson fluid flow in a pipe filled with a homogeneous porous medium[J〗.InternationalJournalofEngineeringScience, 1996, 34(10): 1145-1156.

[16〗 Keentok M. The measurement of the yield stress of liquids[J〗.RheologicaActa, 1982, 21(3): 325-332.

[17〗 胡圣飛, 李慧, 胡偉, 等. 觸變性研究進(jìn)展及應(yīng)用綜述[J〗. 湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 27(2): 57-60.

HU Sheng-fei, LI Hui, HU Wei, et al. Progress and application of thixotropy[J〗.JournalofHubeiUniversityofTechnology, 2012, 27(2): 57-60.

[18〗 Ulrich Teipel, 歐育湘(譯). 含能材料[M〗. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2009: 372-439.

Teipel U, Ou Y X(translate). Energetic Materials[M〗. Beijing: National Defense Industry Press, 2009: 372-439.

[19〗 Chang J C, Lange F F, Pearson D S. Viscosity and yield stress of alumina slurries containing large concentrations of electrolyte[J〗.JournaloftheAmericanCeramicSociety, 1994, 77(1): 19-26.

[20〗 肖揚(yáng)華. 顆粒級(jí)配優(yōu)化研究-滾動(dòng)級(jí)配法[J〗. 推進(jìn)技術(shù), 1993, (4): 60-67, 54.

XIAO Yang-hua. Optimization study on grading composition-method of grading composition with rolling particles[J〗.JournalofPropulsionTechnology, 1993, (4): 60-67, 54.

[21〗 丁鈺, 陳瑞峰, 黃勇, 等. 顆粒級(jí)配法制備高固相含量低薪度氧化鋁料漿[J〗. 硅酸鹽學(xué)報(bào), 2008, 36(S1): 58-62.

DING Yu, CHEN Rui-feng, HUANG Yong, et al. Preparation of alumina slurries with viscous and high solid loading by different particle size mixing method[J〗.JournaloftheChineseCeramicSociety, 2008, 36(S1): 58-62.

[22〗 Liu D M. Rheology of aqueous suspensions containing highly concentrated nano-sized zirconia powders[J〗.JournalofMaterialsScienceLetters, 1998, 17(22): 1883-1885.