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醋酸丁酸纤维素对发射药涂覆层低温力学性能的影响

更新时间:2009-03-28

引 言

对于发射药可控性燃烧过程的研究,有关发射药药粒药型的设计或对药粒表面的不同处理方法,以及发射药配方的改变和优化,一直都是热门课题[1-5]。其中,南京理工大学的王泽山课题组对发射药的涂覆进行了多方面的研究[6-10]。而在涂覆过程中,涂覆工艺与涂覆液配方的选择至关重要。Dong Bin-bin等[11]通过低温等离子体技术对涂覆层表面进行了处理,发现在不影响火药燃烧性能的同时,可以提高涂覆层与基药的黏结强度。郑启龙等[12]采用聚叠氮基缩水甘油醚(GAP)基聚氨酯作为涂覆层材料,发现其与单基药有较好的相容性和黏结强度,并使单基药获得了较好的燃烧渐增性。

时局再次向不利于李陆峰一伙的方向发展,那些人耳听众侍卫亮明身份,眼见众侍卫亮出兵器,不但没有逃走,反而就近来了个反包围,每个人右边袖子里,滑下一根木棍模样的家伙。

在阻燃剂的选择方面,TiO2粉末因其成本低,获取范围广,阻燃效果好等优点,应用较为广泛[13-14],一般为传统涂覆层阻燃剂材料的首选。但TiO2粉末由于在涂覆层中以异相形态存在,对于涂覆层的黏结强度和力学性能均有影响。尤其在低温条件下,含有TiO2的涂覆层表现出易碎裂的“冷脆性”[15-17],进而可能降低涂覆层自身的力学性能及与基药的黏结强度,对于端面局部阻燃的发射药而言,不利于保持在低温条件下的燃烧渐增性。

妈妈倒油技术极高,只见她深吸一口气,左手托瓶嘴,右手持瓶底,肘部略倾,一条极细的油线沿锅边溜到锅底。收势时再往锅台上一个空瓶里滴两滴,左手食指顺势在油瓶口一抹,我趴在锅边噘起小嘴,把妈手指嘬干净了,才心满意足地跑开。

醋酸丁酸纤维素(简称CAB,分子式[C6H7O2(OCOCH3)X(OCOC3H7)Y(OH)3-X-Y]n),具有较好的韧性和电绝缘性,容易加工,还具有优良的抗湿、耐紫外光、耐寒等性能,并与树脂和高沸点增塑剂有较好的相容性。CAB作为有机材料,有多个TiO2不具备的优点,尤其在增强涂覆层力学性能方面,因此常被作为钝感剂。本研究将CAB和TiO2分别作为钝感剂,与吸收药片混合作为涂覆液的主要成分,应用到发射药端面局部阻燃涂覆中,并在常温和低温两种条件下,以提高涂覆层低温环境下的力学强度为主要目的,就两种钝感剂对涂覆层力学性能的影响进行了对比研究。

1 实 验

1.1 样品及仪器

将所得哑铃状样品在中间位置切断,用表1制得的涂覆液粘结,在常温环境下放置2d以驱除溶剂,制得拉伸样品如图1所示。

防治方法:早期用药剂把蚜虫和灰飞虱消灭在迁飞至玉米田之前。用40%氧化快乐果3 000倍液或50%抗蚜威可湿性粉剂225~300g/hm2对水750~1 125kg/hm2喷雾。

精密万能材料试验机,模具编号3367,美国Instron公司;HiROX KH-1000三维视频显微镜,美国科视达公司。

从图3可以看出,不同配方在不同温度下,涂覆层的黏结强度随着钝感剂含量的变化呈相似的变化规律。即随着钝感剂含量的增大,黏结强度先减小后增大,在钝感剂质量分数为30%时为最小值。其中在-40℃下,TiO2作为钝感剂时的黏结强度随配比的不同变化不大,仅在质量分数为35%时有较大提升。

1.2 样品制备

将硝基胍(NGu)和吸收药片混合(NGu质量分数为47%),采用半溶剂法(醇酮溶液体积比1∶1;溶剂比为0.22),在“Z型”搅拌器内充分混合5h后,采用油压机压制成37孔花边状药和1.5mm厚的药片,并将药片用哑铃刀切割成哑铃状样品。在烘箱驱溶后分别用于拉伸和密闭爆发器试验。

以CAB和TiO2粉末为钝感剂,将两种钝感剂分别按照不同质量比与吸收药片TG-1混合作为溶质,用醇酮溶液(乙醇与丙酮的体积比为1∶1,醇酮溶液与溶质的质量比为8∶1)配制成涂覆液,并采用涂-4杯对不同配方涂覆液的流出时间t进行测量。涂覆液配比如表1所示。

分别将20℃和-40℃下两种涂覆层的黏结强度进行比较,得到其随钝感剂含量的变化如图3所示。

 

1 不同钝感剂涂覆液样品的配比Table 1 The proportion of the coating liquid sample with different desensitized agents

  

No.Desensitizedagentw/%t/s1CAB202292CAB252003CAB301554CAB35695TiO2201216TiO2251077TiO230798TiO23564

注:w为对应涂覆液含量;t为涂-4杯测得的涂覆液流出时间。

1.3 拉伸试验

三胍-15药片,主要组分为含氮量12.6%的NC和NG,辽宁庆阳特种化工有限公司。TiO2粉末,晶型为金红石型的R902钛白粉,美国杜邦公司。醋酸丁酸纤维素(CAB),型号为CAB-381-0.5,美国伊士曼公司。

  

图1 拉伸试验样品制备示意图Fig.1 Diagrammatic sketch of tensile test samples

粘结时将图1中所示涂抹涂覆液的位置在涂覆液表层浸渍后立即进行对接,并尽量保证不同样品间涂覆液涂抹质量一致。样品按照不同试验温度进行保温,保温时间均为4h。拉伸过程中,拉伸方向与黏结面保持垂直,并采用拉伸强度表征涂覆层的黏结强度。

从图4中也可以看出,在拉伸断裂后,含有CAB的涂覆层结构较为完整,内部结构均匀。含有TiO2的涂覆层断裂后,结构呈现散沙状,内部结构不均匀。断裂后完全不同的结构形貌直观地反映了两种涂覆层材料内聚力的不同。再结合图3可以得出,含CAB涂覆层的内聚力>含CAB涂覆层与基药的附着力>含TiO2涂覆层的内聚力>含TiO2涂覆层与基药的附着力。

1.4 密闭爆发器试验

图1表示4个个体在等级制度下的连接拓扑图(因20个个体的拓扑图比较复杂,本文用4个个体简单理解下连接结构)。图2表示初始配置,其中起始点表示位置,箭头表示速度。图3—5分别表示噪音强度为1时的最终状态图、位移误差图和速度误差图。σ=1满足本文定理的条件,仿真结果验证了结论的正确性。另外本文还给出了σ=5时的状态图、位移误差图和速度误差,分别如图6—8所示。表明当噪音值过大而不满足定理条件时,群集运动将不会发生,这从侧面验证了本文定理的正性。

将不同配方涂覆液采用端面局部阻燃的方法,均采用400次喷涂(将扣动喷枪扳机一次定义为一次喷涂,每次扣动扳机时间约为0.2s)分别喷涂到发射药粒端面上,所得涂覆层厚度控制在0.35mm左右,得到如图2所示样品,药粒端面内孔为裸露状态。将涂覆后的药粒放置于阴凉、通风处2~3d以充分驱溶,用于密闭爆发器试验。密闭爆发器药室体积为700mL,装填密度为0.22g/mL。样品保温时间为4h。

  

图2 端面局部阻燃方法得到的发射药药粒样品Fig.2 Grain samples of gun propellant with local coating on the end surfaces

2 结果与讨论

2.1 涂覆层的黏结强度

不同配方的涂覆层,在不同温度下得到的黏结强度如表2所示。从表2中可以看出, 常温下涂覆层的黏结强度要普遍低于低温下。其中,两种温度下,PA数值的变化范围均比PB较大。

 

2 不同钝感剂含量的涂覆层在不同温度下的黏结强度Table 2 Adhesive strength of coating layers with different content of desensitized agent at different temperatures

  

w/%PA/MPaSAPB/MPaSB20℃-40℃20℃-40℃20℃-40℃20℃-40℃205.94610.7341.220.885.5448.2962.130.68255.7337.8981.360.725.5386.2021.881.39305.5736.5780.691.465.5675.8581.301.67356.6299.9701.581.445.9887.8711.560.99

注:PAPB分别为用CAB和TiO2作钝感剂时的黏结强度;SASB分别为PAPB的标准差;不同温度、不同钝感剂含量的测试平行样数不小于5。

除了《一个高大的背影倒了》,聂绀弩当时还写有散文《关于哀悼鲁迅先生》,记述鲁迅丧葬的盛况。此后,他还陆陆续续写过许多纪念和研究鲁迅的文章,1981年,纪念鲁迅诞辰100周年之际,聂绀弩已经78岁了,还重病缠身,但他依然撰写了总题为《为鲁迅先生百岁诞辰而歌》的10题21首诗歌。

  

图3 不同温度下两种涂覆层黏结强度的对比Fig.3 Comparison of adhesive strength of two kinds of coating layers at different temperatures

“住房反向抵押贷款”则有助于消费者实现入住养老社区的愿望。“住房反向抵押贷款”即“倒按揭”,是指老人将自己的产权房抵押或者出租,以获取养老金或养老服务。在美国,有购房需求的老人可通过“倒按揭”的办法获得购买养老地产房的资金或者实现以房换房。美国法律规定,62岁以上的老人可通过联邦住房管理局或不必经由政府认可,就可通过金融机构直接办理。2013年,国务院《关于加快发展养老服务业的若干意见》中提出“开展老年人住房反向抵押养老保险试点”,但政策试点的具体时间表并未确定。

比较同一种钝感剂、同一配比下从20℃到-40℃过程中黏粘强度的变化值,如表3所示。从表3可以发现,随着钝感剂含量的变化,当温度从20℃降为-40℃的过程中, CAB对涂覆层黏结强度的增强均大于TiO2。这说明,CAB的加入能够更好地提升涂覆层与发射药在低温环境下的黏结强度。

 

3 不同样品随温度变化所产生的黏结强度变化Table 3 Variations of adhesive strength of the samples as temperature changes

  

w/%ΔPM/MPaCABTiO2204.792.75252.170.66301.000.29353.341.79

注:w为钝感剂含量;ΔPM为同一钝感剂不同温度的黏粘强度变化值。

通过对拉伸试验结果的统计发现,采用两种钝感剂时拉伸断裂位置不同。以CAB作为钝感剂时,拉伸断裂位置基本为黏结界面,而以TiO2为钝感剂时,断裂位置基本为涂覆层自身。而涂覆层与基药的黏结强度主要体现在两个方面:涂覆层与基药的附着力和涂覆层材料的内聚力。为了进一步分析两种钝感剂对涂覆层产生的影响,采用三维视频对拉伸样品的断裂区域进行观察,得到如图4所示图像。

  

图4 涂覆层拉伸断裂区域图像(×100)Fig.4 Tensile fracture area images of coatinng layer magnified by 100 times

采用三维视频对拉伸样品断裂局部进行分析观察。采用万能材料测试仪进行拉伸试验,拉伸速度为10mm/min,传感器最大载重质量为5kN。

分析认为,产生这一结果的原因是,CAB作为有机材料,在醇酮溶剂的作用下完全溶解于涂覆层中,与以粉末状态存在于涂覆层的无机材料TiO2相比,减少了涂覆层内的异相结构,从而使含有CAB的涂覆层获得较高内聚力的同时,提高了涂覆层与基药黏结界面的材料相似性,进而提高了涂覆层与基药的附着力。另外,结合表1可知,在钝感剂质量分数为20%~35%的范围内,其含量的增大,有助于提高涂覆液的流动性,并提高涂覆层的附着力,从而提高黏结强度;但另一方面,随着钝感剂含量的增加,改变了材料内部的结构,从而可能降低涂覆层的内聚力,降低拉伸断裂强度。因此,随着钝感剂含量的增加,涂覆层的附着力与内聚力相互关联、共同作用,从而在质量分数为30%左右表现为宏观上的黏结强度较弱,而在质量分数35%左右表现为宏观上的黏结强度较强。

2.2 密闭爆发器试验结果分析

通过端面局部阻燃,可防止或降低由于端面燃烧导致的发射药燃烧渐增性的降低。在确保涂覆发射药的制备工艺一致的情况下,如果涂覆层的阻燃效果不好,会导致药粒达到燃烧分裂点之前,发生药粒端面的燃烧,从而缩短药粒长度,减小破裂瞬间燃烧面积,进而降低发射药的燃烧渐增性。取钝感剂质量分数分别为30%和35%两个配方进行密闭爆发器试验,对比其L-B曲线,研究不同钝感剂的涂覆层的阻燃效果,如图5所示。

  

图5 不同含量钝感剂的反射药在不同温度下的L-B曲线Fig.5 The L-B curves of coated gun propellants with different content of desensitized agents at different temperatures

从图5中可以发现,两种温度下的L-B曲线有较大差别。取质量分数35% CAB的涂覆发射药两种温度下的L-B曲线进行比较,如图6所示。从图6中可以看出,L-B曲线在20℃下,比-40℃时存在较明显的上升和下降阶段,且在B值为0.5之前变化幅度较小,而在之后较大。导致这一现象的主要原因是,涂覆发射药在-40℃条件下燃烧过程中,由于发射药的低温冷脆[19]和涂覆层的龟裂甚至脱落,均有可能造成裂缝和燃烧界面的产生或增加,从而导致燃烧前期燃气生成速率的突然提升(曲线较高)以及后期燃气生成速率的缓慢(无明显上升走向)。考虑到基药为37孔发射药,其本身具有较好的燃烧渐增性,同时-40℃条件下的L-B曲线渐增性过于不明显,可以认为发射药的低温冷脆为首要因素。

此外,结合拉伸试验结果,对比同一温度下的L-B曲线可以看出(图5(a)和5(c),或图5(b)和图5(d)),当钝感剂质量分数为30%时,两种钝感剂对发射药燃烧渐增性的影响基本一致,曲线基本重合。当钝感剂质量分数增至35%时,曲线有微小差别(图5(c)),其中含有CAB的涂覆发射药L-B曲线后期略高。原因可能在于当TiO2含量较高时,涂覆层内部由于TiO2晶体的存在,产生部分细小的裂隙(如图4(b)中含TiO2涂覆层断裂层的散沙状形貌),造成发射药端面在有涂覆层存在的情况下有燃烧现象产生,造成药粒长度的缩短,从而造成燃烧后期燃烧面积较小,导致燃气生成速率有所下降。而在-40℃条件下,曲线差别有所增大(如图5(d)),含有两种钝感剂的涂覆发射药在前、后期有较明显反差,其中前期CAB略低而TiO2略高,后期则相反。同时,含有CAB的涂覆发射药的L-B曲线在后期下降过程较为缓慢。原因就在于低温条件下含有TiO2的涂覆层的结构缺陷被进一步放大,在燃烧前期阶段即可能存在较大的不规则燃烧现象,而含有CAB的涂覆层由于其力学性能的提升,从某种程度上有所缓解。这一结果,与拉伸试验结果基本一致。

高职院校的学生营养素摄入少、三餐不合理、进食快、活动量少、经常熬夜,从而造成营养不良、肥胖发生率较高。调查发现,由于学生的营养知识的匮乏与营养意识的淡薄,普遍存在着膳食结构不合理的现象;并且高职院校学生大多数不注意奶制品的摄入,这与他们从小的生活习惯和饮食习惯有关[4]。

  

图6 CAB质量分数35%时发射药在不同温度下的L-B曲线Fig.6 The L-B curves of coated gun propellants with CAB of mass fraction as 35% at different temperatures

结合燃烧渐增因子Pr[18]的计算,对L-B曲线进行了补充分析,结果如表4所示。

 

4 不同含量钝感剂和不同温度下发射药的ΔPr计算值Table 4 Calculated value of ΔPr of gun propellant with different content of desensitized agents at different temperatures

  

t/℃Pr(CAB)Pr/(TiO2)ΔPr/%w=30%w=35%w=30%w=35%w=30%w=35%200.34520.3544-2.5950.40240.40450.494-400.32760.32012.3430.33920.31049.278

注:ΔPr为CAB和TiO2Pr之差相对TiO2的变化值。

从表4可知,当钝感剂质量分数为35%时,发射药的燃烧渐增性较好。其中,温度为20℃时两种钝感剂对燃烧渐增性的影响基本一致。而-40℃时,涂覆层内钝感剂为CAB时发射药的燃烧渐增性均比为TiO2时高,尤其是当钝感剂质量分数为35%时,燃烧渐增性有较大幅度的提升,增幅为9.278%。

3 结 论

(1)在发射药的端面局部涂覆中,采用CAB代替TiO2作为涂覆层的钝感剂,在20℃和-40℃下,涂覆层的黏结强度均有所提高。其中在-40℃下,当钝感剂质量分数为35%时,含有TiO2的涂覆层黏结强度为7.871MPa,而含有CAB的涂覆层黏结强度为9.970MPa,而且CAB比TiO2更有利于提高涂覆层自身的材料强度和低温环境下的黏结强度。

(2)通过比较分析L-B曲线发现,钝感剂质量分数为30%时,常温和低温下的燃烧渐增性差别较小;当钝感剂质量分数为35%时,低温下CAB涂覆层相对TiO2涂覆层,燃烧渐增性的提升高达9.278%,对于改善低温环境下涂覆层的力学性能有较明显效果。

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孙鹏飞,廖昕,王泽山
《火炸药学报》 2018年第02期
《火炸药学报》2018年第02期文献

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