劉正濤，胡建華，張報(bào)云，莫非，吳廈

我國(guó)彈藥包裝防護(hù)設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀

劉正濤1，胡建華2，張報(bào)云3，莫非1，吳廈1

（1.西南技術(shù)工程研究所，重慶 400039；2.陸軍裝備部駐重慶地區(qū)軍事代表局駐重慶地區(qū)第六軍事代表室，重慶 400042；3.陜西北方動(dòng)力有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721300）

綜述彈藥包裝防護(hù)的現(xiàn)狀，為提升彈藥包裝技術(shù)水平指明方向。簡(jiǎn)述彈藥在儲(chǔ)存環(huán)境、運(yùn)輸/裝卸環(huán)境中可能受到的危害形式，綜述彈藥包裝在防振動(dòng)/沖擊、防潮控濕、防靜電、防電磁、防殉爆等方面的研究現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展方向。明確指出彈藥包裝多功能防護(hù)發(fā)展對(duì)提高彈藥使用壽命、使用質(zhì)量和使用安全性具有重要意義。

彈藥包裝；多功能防護(hù)；研究現(xiàn)狀

彈藥包裝作為彈藥儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝卸等過(guò)程的承載體，需要為彈藥的安全性、使用質(zhì)量以及使用壽命等提供保障。在彈藥壽命預(yù)期內(nèi)為其提供100%的防護(hù)，避免因包裝防護(hù)不到位造成彈藥質(zhì)量下降、壽命縮短，甚至引發(fā)自燃、自爆等事故[1-2]。隨著高新技術(shù)在先進(jìn)彈藥中的應(yīng)用，彈藥由原來(lái)的單一機(jī)械構(gòu)件向光-機(jī)-電集成方向發(fā)展，對(duì)環(huán)境因素的敏感性提高，如溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊、霉菌、雷電、靜電、雨雪、沙塵、輻射、太陽(yáng)直射、腐蝕氣體等均會(huì)對(duì)彈藥的質(zhì)量和安全帶來(lái)不利影響，彈藥包裝對(duì)彈藥的防護(hù)不再局限于防沖擊、防潮、防濕等，還要求具備防靜電、防電磁、防殉爆、防核、防生化等多功能防護(hù)能力[3-4]。我國(guó)對(duì)彈藥包裝防護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了大量研究，為彈藥包裝技術(shù)水平的提升指明了發(fā)展方向。

1 彈藥包裝防護(hù)環(huán)境分析

彈藥防護(hù)包裝為彈藥產(chǎn)品提供密閉、相對(duì)濕度保持在一定范圍內(nèi)的微環(huán)境，在彈藥儲(chǔ)存、流通、使用過(guò)程中承擔(dān)相應(yīng)的防護(hù)任務(wù)。最終目的是減少人為因素和自然環(huán)境對(duì)彈藥性能的影響，因此，在不同環(huán)境下包裝箱的防護(hù)任務(wù)有所不同。彈藥從生產(chǎn)到使用或完成設(shè)計(jì)使命主要面臨的包裝防護(hù)環(huán)境包括儲(chǔ)存環(huán)境和運(yùn)輸/裝卸環(huán)境，具體分析如下。

1）儲(chǔ)存環(huán)境。彈藥儲(chǔ)存環(huán)境主要包括后方倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存和野戰(zhàn)彈藥倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存，后方倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存環(huán)境需重點(diǎn)關(guān)注的是溫濕度的控制，避免彈藥的元件和火炸藥因受潮、腐蝕等問(wèn)題導(dǎo)致性能劣化或失效；而野外作戰(zhàn)的儲(chǔ)存環(huán)境更為惡劣復(fù)雜，除了環(huán)境溫度、濕度外，還有鹽霧、腐蝕性氣體、微生物、沖擊、振動(dòng)及電磁輻射等均會(huì)對(duì)儲(chǔ)存中的彈藥造成更嚴(yán)重的金屬腐蝕、裝藥受潮、意外發(fā)火甚至爆炸等不利后果。因此，需要通過(guò)設(shè)計(jì)科學(xué)合理的包裝方式和材料，盡量減少外部環(huán)境對(duì)彈藥質(zhì)量的各種不利影響。

2）運(yùn)輸/裝卸環(huán)境。運(yùn)輸和裝卸過(guò)程中始終伴隨著振動(dòng)和沖擊，比如，振動(dòng)包括汽車(chē)的路面振動(dòng)或車(chē)身振動(dòng)、船舶的波浪振動(dòng)、飛機(jī)的飛行振動(dòng)等，沖擊包括車(chē)輛啟動(dòng)或急剎沖擊、飛機(jī)的著陸沖擊、裝卸過(guò)程中的跌落、碰撞、傾倒等沖擊形式，振動(dòng)和沖擊是彈藥在運(yùn)輸和裝卸過(guò)程中最主要的危害因素。彈藥的安全性與彈藥引信、彈丸、發(fā)射裝藥、底火、藥筒這5大敏感元件的性能可靠性息息相關(guān)，任何一個(gè)元件出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致彈藥的安全系統(tǒng)失效，其中，95%的彈藥故事與引信有關(guān)，而振動(dòng)與沖擊是容易觸發(fā)引信解脫保險(xiǎn)的因素之一。振動(dòng)對(duì)彈藥的危害主要有：長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)可能導(dǎo)致彈藥中的彈簧疲勞老化，降低彈性，使引信易于解脫保險(xiǎn)；有規(guī)律的機(jī)械運(yùn)動(dòng)可能引發(fā)共振，在共振狀態(tài)下系統(tǒng)振動(dòng)加速度是平均最大加速度的3～4倍，可能導(dǎo)致彈藥引信元件的疲勞損壞等，而沖擊對(duì)彈藥的危害更大，沖擊產(chǎn)生的瞬時(shí)加速度較大，如公路上越過(guò)2 cm高的障礙物可產(chǎn)生垂直沖擊加速度1.6～2.5、鐵路緊急制動(dòng)時(shí)的水平?jīng)_擊加速度可達(dá)4、飛機(jī)機(jī)輪與地面相撞產(chǎn)生的沖擊加速度可達(dá)1～2，沖擊作用很容易超出彈藥引信的安全允許范圍。因此，在運(yùn)輸和裝卸過(guò)程中要盡量避免振動(dòng)和沖擊對(duì)彈藥的影響，尤其是對(duì)關(guān)重件引信要加以保護(hù)，避免發(fā)生意外爆炸。

2 包裝防護(hù)方法

2.1 防振動(dòng)/防沖擊技術(shù)

彈藥在裝卸、運(yùn)輸、堆碼等過(guò)程中始終伴隨著振動(dòng)、沖擊等危害，包裝材料優(yōu)良的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、減震和緩沖性能對(duì)提高彈藥安全性具有重要作用[5]。國(guó)內(nèi)研究人員針對(duì)彈藥運(yùn)輸過(guò)程中振動(dòng)可能引發(fā)的安全隱患問(wèn)題，開(kāi)展了振動(dòng)模擬試驗(yàn)，彈藥采用木箱和塑料包裝筒的兩級(jí)包裝方式，并在包裝箱內(nèi)分2層放置，以貼合實(shí)際包裝狀態(tài)。該振動(dòng)系統(tǒng)采用DCS-2200型電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，額定頻率范圍為5～3 000 Hz。試驗(yàn)結(jié)果表明，下層彈藥振動(dòng)較為激烈，而同層彈藥中彈體較引信振動(dòng)更激烈。此外，對(duì)關(guān)重件引信來(lái)說(shuō)，在50 Hz以下時(shí)阻尼較大，有明顯的振動(dòng)衰減性，說(shuō)明包裝系統(tǒng)對(duì)彈藥關(guān)重件具有一定緩沖作用[6]。

包裝的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是提升彈藥防振動(dòng)、防沖擊性能的重要途徑。在彈藥包裝新材料新技術(shù)應(yīng)用方面，國(guó)外軍隊(duì)已大面積采用塑料、玻璃鋼、軟質(zhì)封套以及鋁塑等復(fù)合材料替代傳統(tǒng)木質(zhì)、金屬包裝材料。美國(guó)ARDEC中心設(shè)計(jì)了一種由泡沫和塑料制成的“繭”式包裝箱，可包裝68 kg以上的彈藥，并通過(guò)所有跌落測(cè)試；還為迫擊炮彈設(shè)計(jì)了一種玻璃填充的熱塑性復(fù)合材料包裝箱，該包裝箱通過(guò)了沖擊和防爆測(cè)試，可用于替代當(dāng)前的金屬包裝，缺點(diǎn)是成本較高[7]。此外，美軍的105 mm炮彈、加拿大的81 mm迫擊炮彈等均已采用塑料包裝，大口徑炮彈、反坦克導(dǎo)彈等采用玻璃鋼筒，發(fā)射藥、引信等包裝采用鋁塑復(fù)合材料達(dá)到防潮、防靜電的作用[8]。國(guó)外軍隊(duì)要求彈藥包裝具有高阻隔性的同時(shí)，還要求實(shí)現(xiàn)包裝材料輕量化。美軍已提出了到2025年將所有陸軍裝備包裝材料質(zhì)量和體積各減少75%的目標(biāo)[9]。我國(guó)彈藥包裝材料發(fā)展較為緩慢，外包裝材料仍以木質(zhì)（約占85%）和金屬材料為主，少部分采用了工程塑料、玻璃鋼及鋁塑復(fù)合材料等[10-12]。木質(zhì)和金屬材料都能提供足夠的包裝強(qiáng)度，但在其他方面防護(hù)能力較弱，如：木質(zhì)包裝箱不耐腐蝕，防潮性、阻隔有害氣體的能力較差，在儲(chǔ)存條件惡劣時(shí)易發(fā)生變形、蟲(chóng)蛀等；金屬包裝的缺點(diǎn)是質(zhì)量大且容易銹蝕。因此，木質(zhì)、金屬包裝材料已不再適用于現(xiàn)代彈藥高質(zhì)量的包裝防護(hù)需求，而新發(fā)展起來(lái)的工程塑料、玻璃鋼及鋁塑復(fù)合材料等既能滿足相當(dāng)?shù)臋C(jī)械強(qiáng)度，又在耐腐蝕、耐高溫、防潮、阻燃等方面也表現(xiàn)突出，尤其是工程塑料已逐漸發(fā)展為彈藥外包裝材料的主流方向。工程塑料包裝箱相較于傳統(tǒng)的鋼質(zhì)、木質(zhì)包裝箱在結(jié)構(gòu)性能、輕量化、環(huán)境適應(yīng)性、阻燃性、密封性、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保性等方面具有突出的優(yōu)越性，如彈藥塑料包裝箱在滿裝狀態(tài)下從2 m高度以任意面跌落至水泥地面均未出現(xiàn)變形、開(kāi)裂現(xiàn)象。因此，工程塑料成為當(dāng)前最具有應(yīng)用潛力的彈藥外包裝材料，具有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，防振動(dòng)、防沖擊性能較好。為了明確工程塑料包裝箱的貯存壽命，國(guó)內(nèi)對(duì)某彈藥包裝筒用改性ABS塑料的貯存老化性能進(jìn)行了評(píng)估，在不同溫度條件下開(kāi)展了熱氧老化試驗(yàn)。研究結(jié)果表明，該彈藥包裝筒采用的改性ABS塑料在高溫下將發(fā)生明顯變色，但所有樣品在整個(gè)試驗(yàn)中均未發(fā)生粉化、裂紋、斑點(diǎn)、起泡等老化現(xiàn)象，改性ABS塑料彈藥包裝筒在25 ℃環(huán)境條件下，貯存壽命預(yù)計(jì)可達(dá)到28.6年[13]。國(guó)內(nèi)彈藥內(nèi)包裝材料主要采用塑料泡沫（如聚乙烯泡沫）、合成橡膠等[14-15]，均具有較好的緩沖效果，而且制作成本低，但內(nèi)包裝材料的選擇不僅需要考慮其減震作用，還要考慮防靜電、防潮、阻隔性等多方面的性能要求。

在“外包裝+內(nèi)包裝”的整體包裝結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)上，國(guó)內(nèi)基于整體包裝解決方案（Complete Packaging Solution，CPS）的彈藥包裝設(shè)計(jì)理念，對(duì)某中口徑彈藥進(jìn)行了從內(nèi)部防護(hù)包裝到外部集合包裝的整體包裝方案設(shè)計(jì)[16]。其中，內(nèi)包裝考慮到防潮、防銹、防腐蝕等防護(hù)設(shè)計(jì)，采用氣相緩蝕劑（VCI—Volatile Corrosion Inhibitor）技術(shù)制作氣相防銹膜、氣相防銹紙或氣象防銹袋，并加入適量干燥劑進(jìn)行防潮；中包裝設(shè)計(jì)為封閉木箱加內(nèi)襯格擋的方案結(jié)構(gòu)，主要以膠合板為主要材質(zhì)；外包裝則基于標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化以及集裝化原則，采用托盤(pán)、捆扎、裹包等組合手段，把包裝箱組合成可方便裝卸、運(yùn)輸、貯存的整體單元，最后通過(guò)強(qiáng)度校核和試驗(yàn)全面驗(yàn)證包裝箱的各項(xiàng)性能。國(guó)內(nèi)某研究單位在某型彈藥包裝箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中[17]，采用SMC復(fù)合材料作為外包裝材料，將外包裝設(shè)計(jì)為矩形、大開(kāi)蓋形式的包裝箱結(jié)構(gòu)，通過(guò)力學(xué)計(jì)算與仿真分析等，設(shè)計(jì)出包裝箱的壁厚，并合理布置加強(qiáng)筋、立柱等結(jié)構(gòu)，保證了箱體承重效果；而內(nèi)包裝采用由無(wú)紡布、PET、AL、PA、PE等材料組成的復(fù)合材料，經(jīng)焊封制成包裝袋。參照GJB l50A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》[18]、GJB 2711—1996《軍用運(yùn)輸包裝試驗(yàn)方法》[19]、GJB 1444A—2019《彈藥包裝通用規(guī)范》[20]及GJB 4403—2002《常規(guī)兵器彈藥包裝定型試驗(yàn)規(guī)程》[21]等相關(guān)試驗(yàn)要求對(duì)包裝箱實(shí)物樣機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、0.5 m跌落試驗(yàn)及3 m安全跌落試驗(yàn)等，該包裝箱通過(guò)了各項(xiàng)試驗(yàn)考核，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2 防潮控濕技術(shù)

潮濕環(huán)境極不利于彈藥的儲(chǔ)存，易使彈藥的底火、發(fā)射藥、引信的藥劑等受潮、變質(zhì)，并造成金屬元件銹蝕，造成布、木質(zhì)件霉?fàn)€，最終致使彈藥性能急劇下降。采用相同的儲(chǔ)存方式，海島上彈藥可儲(chǔ)存時(shí)間絕大多數(shù)不超過(guò)陸地上儲(chǔ)存時(shí)間的1/20[22]。因此，對(duì)彈藥儲(chǔ)存環(huán)境進(jìn)行防潮控濕設(shè)計(jì)是延長(zhǎng)彈藥使用壽命的重要手段之一。有研究表明，當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度達(dá)到60%以上，幾種常用金屬包裝材料的腐蝕速率明顯加快，其中，腐蝕速率大小為Fe>Cu>Al，以電化學(xué)腐蝕為主[23]。因此，彈藥包裝儲(chǔ)存環(huán)境的相對(duì)濕度應(yīng)控制在45%～55%，才能盡可能延長(zhǎng)彈藥使用壽命。

國(guó)內(nèi)某研究單位[24]為滿足彈藥對(duì)防潮、隔熱以及防止水滲透等需求，首次提出了“阻隔+干燥+除氧+吸附+指示”并行的彈藥包裝防潮技術(shù)方案。阻隔方面采用了結(jié)構(gòu)為BOPP/BOPA/改性PVA/LLDPE (20/15/5/60)的改性PVA透明復(fù)合薄膜作為內(nèi)包裝材料，并采用了結(jié)構(gòu)為無(wú)紡布/BOPA/PET/Al/LLDPE (40/15/12/9/60)的無(wú)紡布鋁塑不透明復(fù)合薄膜作為外包裝材料，雙重阻隔方式可有效阻隔外部環(huán)境中的氧氣、水分、腐蝕氣體等進(jìn)入包裝內(nèi)密閉環(huán)境中；干燥方面則采用多孔的新型物理吸附干燥劑，可吸收容器內(nèi)多余的水分，保持相對(duì)濕度在一定范圍內(nèi)；除氧方面采用了吸氧能力、吸氧速度和吸氧徹底性較強(qiáng)的鐵基除氧劑；吸附方面采用物理吸附（如活性炭或其他礦物類(lèi)等多孔活性物質(zhì)）和化學(xué)吸附（化學(xué)吸附劑）相結(jié)合的綜合吸附方法，將容器內(nèi)的腐蝕性氣體徹底地吸收或分解；此外，為了準(zhǔn)確、及時(shí)指示出彈藥儲(chǔ)存密閉環(huán)境內(nèi)的相對(duì)濕度和氧氣含量，還設(shè)計(jì)了綜合指示劑，可通過(guò)顏色變化來(lái)進(jìn)行判斷。研究人員采用該防潮技術(shù)方案在某海島部隊(duì)對(duì)某加榴炮彈和某加農(nóng)反坦克炮彈分別進(jìn)行了為期3個(gè)月和12個(gè)月的實(shí)彈封存試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足彈藥的防潮防腐設(shè)計(jì)要求，可用于海島部隊(duì)彈藥的包裝儲(chǔ)存。此外，為了高效可靠檢測(cè)彈藥包裝箱的密封性，國(guó)內(nèi)還設(shè)計(jì)出一種彈藥包裝筒密封性高效自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備。該設(shè)備通過(guò)對(duì)系統(tǒng)誤差的修正和真空傳感器的標(biāo)定，使其成為檢測(cè)真空度的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，解決了系統(tǒng)中涉及密封檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，提高了炮彈包裝筒密封性的整體檢測(cè)水平[25]。

從以上的研究中可以看出，彈藥包裝的防潮控濕主要集中在包裝前產(chǎn)品去濕處理、包裝后密封阻隔，以及包裝內(nèi)微環(huán)境除濕、吸氧和吸氣處理等方面，從根本上解決了彈藥長(zhǎng)期儲(chǔ)存出現(xiàn)的受潮、變質(zhì)、腐蝕等方面的問(wèn)題。但需要注意的是，彈藥包裝環(huán)境的相對(duì)濕度應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，過(guò)高不行，過(guò)低同樣會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。有文獻(xiàn)表明[26]，彈藥儲(chǔ)存環(huán)境相對(duì)濕度不可低于30%，否則火藥過(guò)于干燥，將造成火藥燃速增大，進(jìn)而加大膛壓，產(chǎn)生遠(yuǎn)彈，影響射擊精度。此外，發(fā)射藥過(guò)于干燥后會(huì)產(chǎn)生裂紋，發(fā)射時(shí)在膛壓作用下藥粒容易破碎，使燃面急劇增大，從而進(jìn)一步增大了炮管膛壓，可能影響武器使用壽命、射擊精度和射程，甚至威脅到人身安全。因此，包裝箱的防潮控濕不僅要降濕，相關(guān)研究人員在今后的包裝設(shè)計(jì)中還應(yīng)考慮防干燥問(wèn)題。

2.3 防靜電技術(shù)

靜電作用對(duì)彈藥的危害較大，靜電放電不僅可能?chē)?yán)重干擾彈藥中的電子元器件使彈藥失效，而且可能導(dǎo)致彈藥的電火工品意外發(fā)火，甚至引起火災(zāi)或爆炸[27-28]。彈藥包裝內(nèi)靜電電荷的產(chǎn)生主要來(lái)自接觸分離起電、剝離起電、感應(yīng)起電等3個(gè)方面[29]。在彈藥搬運(yùn)或運(yùn)輸途中，包裝材料與其他物體分離、摩擦?xí)r會(huì)產(chǎn)生靜電；打開(kāi)彈藥密封包裝時(shí)，包裝材料和人體都會(huì)產(chǎn)生較高的電壓；出現(xiàn)雷電時(shí)可在彈藥表面產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓。由此說(shuō)明，彈藥的儲(chǔ)存、使用等環(huán)境無(wú)法避免靜電的存在，彈藥包裝的防靜電設(shè)計(jì)是非常有必要的。

彈藥包裝防靜電的主要途徑是將產(chǎn)生的靜電電荷快速導(dǎo)出，避免靜電電荷積累。當(dāng)前彈藥包裝的防靜電設(shè)計(jì)通常采用外涂抗靜電材料或直接采用復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料作為包裝材料等方法。其中，外涂抗靜電材料是將一些具有高導(dǎo)電性能的粉末（如金、銀、銅、鎳等金屬粉末或石墨粉末）、涂料（如添加了抗靜電劑或?qū)щ娞盍系鹊母叻肿油苛希?、結(jié)構(gòu)型導(dǎo)電高分子材料（如聚乙炔、聚苯胺）等直接刷涂或噴涂在包裝箱內(nèi)、外表面，使其具有較好的防靜電效果，這種方法穩(wěn)定性好、效能持久，是當(dāng)前最主要的彈藥包裝防靜電方法。此外，國(guó)內(nèi)外研究人員還研制出具有優(yōu)良防靜電性能的包裝材料，如在聚乙烯中加入抗靜電劑和炭黑可以制成防靜電聚乙烯薄膜，該薄膜具有較好的防靜電性能，同時(shí)具有優(yōu)良的熱焊封性。國(guó)外學(xué)者還將炭黑、金屬粉、金屬纖維等加入聚乙烯或聚噻吩塑料中，制成了彈藥塑料包裝筒，該包裝材料具有強(qiáng)度高和抗靜電性能優(yōu)良等特點(diǎn)。為了解決內(nèi)包裝緩沖泡沫材料與彈藥之間摩擦產(chǎn)生靜電的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)制備出一種新型防靜電泡沫塑料[30]。以三聚氰胺、甲醛、膨脹石墨和鱗片石墨為原料，經(jīng)過(guò)原位合成和發(fā)泡可制備出膨脹石墨復(fù)合物泡沫和鱗片石墨復(fù)合物泡沫。當(dāng)膨脹石墨和鱗片石墨的劑量均為2.500 g時(shí)，2種泡沫塑料的表面電阻率分別可達(dá)到3.37×105Ω/sq和3.65×106Ω/sq，具有優(yōu)異的防靜電性能。我國(guó)在防靜電材料研究方面取得了一定進(jìn)展，但還需與彈藥包裝的實(shí)際需求相結(jié)合，設(shè)計(jì)合適的防護(hù)方案：一是要根據(jù)不同彈藥的包裝材料與結(jié)構(gòu)選擇合適的靜電防護(hù)材料，達(dá)到效果最優(yōu)化，成本最低化；二是要充分考慮內(nèi)外包裝的防靜電設(shè)計(jì)，而不僅只是對(duì)某一外層或內(nèi)層包裝進(jìn)行防靜電處理，還須達(dá)到外防內(nèi)輸，進(jìn)一步提高彈藥安全性。

2.4 防電磁技術(shù)

現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)已經(jīng)由原始的人員對(duì)抗逐漸發(fā)展為無(wú)人對(duì)抗、信息對(duì)抗，通信、導(dǎo)航、雷達(dá)、高功率微波武器、電磁干擾彈、核電磁脈沖彈等高新技術(shù)裝備對(duì)抗。此外還有自然界的雷電、靜電等電磁現(xiàn)象，構(gòu)成了復(fù)雜的現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境[31]。與此同時(shí)，高技術(shù)彈藥中微電子技術(shù)和電火工品技術(shù)應(yīng)用增多，對(duì)電沖量的敏感性大大提高，受到電磁強(qiáng)烈干擾使彈藥的安全性和可靠性遇到極大挑戰(zhàn)。因此，彈藥包裝箱的電磁防護(hù)性能也越發(fā)的重要[32-33]。

當(dāng)前最受青睞的工程塑料包裝材料在各方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，但在電磁防護(hù)方面明顯不足。塑料作為高分子材料，其電阻率一般為1012～1017Ω·m，極易與其他材料摩擦后產(chǎn)生靜電和滯電，并且電磁波可以輕易穿透這類(lèi)材料。如何提高塑料彈藥包裝箱的電磁防護(hù)性能是當(dāng)前的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。在包裝表面制備電磁屏蔽涂層是當(dāng)前主要的技術(shù)手段，其中非晶態(tài)合金鍍層電磁屏蔽效果較好[34-35]。國(guó)外對(duì)工程塑料表面制備非晶態(tài)合金工藝、電磁屏蔽效能及惡劣環(huán)境下的耐候性能等進(jìn)行了深入研究。俄羅斯采用由針狀、碎屑狀、薄膜狀鋁銅非晶態(tài)合金纖維與聚乙烯樹(shù)脂黏結(jié)劑制成的多層復(fù)合材料來(lái)制作輕而柔韌的屏蔽結(jié)構(gòu)物，壁厚為1～2 mm的復(fù)合材料構(gòu)件能使0.01～30 MHz頻率范圍內(nèi)的磁場(chǎng)減弱至少60 dB[36]。國(guó)內(nèi)借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，也開(kāi)發(fā)出了電磁屏蔽效果較好的包裝涂層，將鎳-磷非晶態(tài)合金通過(guò)絲網(wǎng)涂敷、屏蔽膜鍍制等方法涂覆在以塑木復(fù)合材料制成的包裝箱表面，獲得電磁屏蔽鍍層。該鍍層在300 MHz～ 3.0 GHz電磁波頻率范圍內(nèi)屏蔽效能均大于25 dB，遠(yuǎn)超GJB 2605A—2021 E中所要求的電磁屏蔽效能。該工藝成本低、流程簡(jiǎn)單、電磁防護(hù)性能優(yōu)良，在彈藥包裝箱的電磁防護(hù)方面具有推廣應(yīng)用價(jià)值[37]。國(guó)內(nèi)還在彈藥工程塑料包裝箱表面制備了非晶態(tài)Ni-Cu-P合金鍍層，并研究了其電磁屏蔽性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，該鍍層在5～1.5 kHz的電磁波頻率范圍內(nèi)的電磁屏蔽效能同樣均大于25 dB，該研究成果進(jìn)一步驗(yàn)證了以鎳-磷非晶態(tài)合金作為包裝箱涂層來(lái)提高電磁防護(hù)性能的有效性[38]。此外，研究人員還對(duì)鎳-磷非晶態(tài)合金鍍層進(jìn)行了高溫、低溫、濕熱交變、日照、雨淋等環(huán)境試驗(yàn)，試驗(yàn)前后鍍層的電磁屏蔽效能未發(fā)生明顯變化，說(shuō)明該鍍層具有較強(qiáng)的耐候性和環(huán)境適應(yīng)性，能夠滿足彈藥包裝在復(fù)雜環(huán)境下的電磁防護(hù)要求。電磁屏蔽技術(shù)在彈藥包裝中的應(yīng)用，將有效提高彈藥電磁防護(hù)能力，在后續(xù)電磁屏蔽材料研究基礎(chǔ)上，還將充分考慮其與包裝材料之間的結(jié)合性、環(huán)境適應(yīng)性等方面的問(wèn)題。

2.5 防殉爆技術(shù)

當(dāng)包裝箱內(nèi)某一彈藥發(fā)生爆炸，引發(fā)周?chē)鷱椝幭嗬^爆炸的現(xiàn)象稱為殉爆。彈藥發(fā)生殉爆的危害不言而喻，彈藥包裝箱是各彈藥之間重要的屏障，包裝箱的防殉爆性能也是考驗(yàn)其先進(jìn)性、功能性的重要指標(biāo)。彈藥發(fā)生殉爆的主要影響因素有爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊波、溫度和爆轟產(chǎn)物等[39-40]，因此，彈藥包裝的防殉爆設(shè)計(jì)與炸藥起爆、彈藥殉爆試驗(yàn)、爆炸防護(hù)、材料制備成型和包裝工程等領(lǐng)域相關(guān)。如何實(shí)現(xiàn)彈藥包裝箱隔爆、抗爆、泄爆和緩沖減震等是保護(hù)彈藥安全的關(guān)鍵[41-43]。當(dāng)前包裝箱防殉爆技術(shù)主要是采用防沖擊波和防碎片穿透效果更好的材料作為隔板材料，削弱彈藥爆炸后對(duì)周?chē)渌麖椝幍哪芰總鞑ァＣ绹?guó)發(fā)現(xiàn)含有聚苯胺的十二烷基苯磺酸與丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物的復(fù)合材料的電導(dǎo)率與純聚苯胺的電導(dǎo)率相當(dāng)，且彈性好，是防殉爆包裝的理想材料[44]。Mostafa等[45]研究發(fā)現(xiàn)，聚氨酯泡沫是一種吸收沖擊波能量效果較好的材料，將其用作阻隔材料可使殉爆影響距離縮短一半以上。石墨烯增強(qiáng)纖維復(fù)合材料的防殉爆性能十分優(yōu)異，具有廣闊的應(yīng)用前景。Silva等[46]將芳綸纖維置于120 ℃的氧化石墨烯溶液中，熱處理后制備出氧化石墨烯增強(qiáng)纖維與普通芳綸纖維相比，沖擊波吸能提高了50%。Vignesh等[47]在凱夫拉纖維層間插入2.7 mm厚度的納米石墨烯后，其最大應(yīng)力由9 644 MPa降至1 897 MPa，而最大變形量由0.249 4 m提高到1.091 m，抗彈性能顯著提升。此外，在材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，多層夾心結(jié)構(gòu)通常較單一結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更好的抗爆效果。外軍針對(duì)大口徑炮彈研制出一種三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)的防護(hù)板，該結(jié)構(gòu)由內(nèi)外2層的高強(qiáng)度玻纖增強(qiáng)材料和中間層的石膏和硅膠鑄塑復(fù)合材料組成，具有多孔超輕、強(qiáng)度高，在吸能和抗碎片沖擊方面表現(xiàn)優(yōu)異，是一種較好的防殉爆材料[48]。泡沫鋁是一種多孔結(jié)構(gòu)的新型鋁合金材料，具有熔點(diǎn)高（1 400 ℃不溶解）、熱導(dǎo)率低（純鋁為1/5～1/500）、吸能高（490～3 430 kJ/m3）、抗電磁干擾等特點(diǎn)，在彈藥包裝中應(yīng)用廣泛。國(guó)內(nèi)模擬了單層45鋼板材料和45鋼板-泡沫鋁-45鋼板材料分別作為包裝箱隔板材料時(shí)的防殉爆效果[49]。結(jié)果表明，當(dāng)單層45鋼板材料厚度在4 mm以下時(shí)，隔板發(fā)生較大變形，并與其他彈藥外殼碰撞導(dǎo)致爆炸；隔板厚度增大到6 mm后，變形較小，但沖擊波能量同樣會(huì)誘發(fā)爆炸；當(dāng)隔板厚度增大到16 mm以上后具有較好的防殉爆效果。隔板采用45鋼板-泡沫鋁-45鋼板時(shí)，無(wú)論其結(jié)構(gòu)厚度為3、8、3 mm還是4、6、4 mm，隔板變形量均較小，且對(duì)沖擊波的吸收作用較好，可有效避免發(fā)生殉爆。泡沫鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)鋼板相較于單一鋼板材料的防殉爆性能更好，且質(zhì)量較輕，能夠滿足防殉爆包裝箱的使用要求。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)已開(kāi)發(fā)出一系列工程塑料、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等在阻燃、防彈領(lǐng)域表現(xiàn)突出的新型材料，將其應(yīng)用在彈藥包裝防殉爆方面可能會(huì)獲得不錯(cuò)的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著各種高新技術(shù)在彈藥中的應(yīng)用，以及更加復(fù)雜多變的彈藥儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝卸和使用環(huán)境的出現(xiàn)，對(duì)彈藥包裝防護(hù)性能提出了更高的要求。大力發(fā)展具有高強(qiáng)度和優(yōu)異阻隔密封性、防潮、防靜電、防電磁、防殉爆等多功能復(fù)合的彈藥包裝結(jié)構(gòu)和材料，對(duì)推動(dòng)我國(guó)先進(jìn)彈藥的包裝技術(shù)水平，提高彈藥的使用壽命、使用質(zhì)量和使用安全性具有重要意義。我國(guó)彈藥包裝防護(hù)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向：持續(xù)開(kāi)發(fā)綠色、環(huán)保、高性能的新型包裝材料，如工程塑料、復(fù)合材料等；彈藥與包裝的同步研究與改進(jìn)，重視包裝在彈藥儲(chǔ)存、使用中的價(jià)值；包裝從單一防護(hù)向多功能綜合防護(hù)方向發(fā)展；超前研究，為適應(yīng)部隊(duì)?wèi)?zhàn)時(shí)需要，模擬戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境開(kāi)展一系列彈藥包裝試驗(yàn)研究，為功能性包裝箱的研發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

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Research Status of Ammunition Packaging Protection Design in China

LIU Zheng-tao1, HU Jian-hua2, ZHANG Bao-yun3, MO Fei1, WU Xia1

(1. Southwest Institute of Technology and Engineering, Chongqing 400039, China; 2. The 6thMilitary Representative Office of Military Representative Bureau of the Army Armaments Department in Chongqing, Chongqing 400042, China; 3. Shaanxi North Dynamic Co., Ltd., Shaanxi Baoji 721300, China)

The work aims to clarify the current situation of ammunition packaging protection in China, so as to point out the direction for improving the ammunition packaging technology. The possible hazard forms of ammunition in the storage, transportation, loading and unloading environment were briefly described and the research status and future development direction of ammunition packaging in the aspects of vibration and impact prevention, moisture prevention and humidity control, electrostatic prevention, electromagnetic control, and sympathetic detonation resistance were summarized. Finally, it is clearly pointed out that the development of multi-functional protection of ammunition packaging is of great significance in improving the service life, use quality, and use safety of ammunition.

ammunition packaging; multi-functional protection; research status

TB485.3；TJ4

A

1001-3563(2023)17-0291-07

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.17.036

2022-12-02

責(zé)任編輯：曾鈺嬋