刚性粒子高度填充PBX中炸药晶体与粘结剂界面力学特性研究

For Polymer Bonded Explosive (PBX) that is highly filled by rigid particulates, the specific component, complicated processing condition and high-energetic sensitivity of explosive crystal make it difficult to study the crystal/binder interface. At present, the main used approach is Molecular Dynamics simulation. Moreover, the scattered experiments reported the several indirect methods on the studies of the explosive crystal/binder interface. In fact, the explosive crystal/binder interfacial properties are key to the mechanical properties and security of PBX. Therefore, developing new techniques is of great importance for testing explosive crystal/binder interfacial properties. This project will base on the directional polish of explosive crystal and prepare the different crystal faces, then construct the different explosive crystal/binder interface. New designed facilities will be used to achieve mechanical loading on the constructed interface. The response of interfacial mechanics to different crystal faces, temperature and pressure will be investigated. Finally, the interfacial mechanics model will be established to explore the action mechanism. This project will provide an insight to technological parameters for processing PBXs and guidance to the improvement of mechanical properties and security of the PBXs.

刚性粒子高度填充高聚物粘结炸药（PBX）因组分的特殊性和成型工艺的复杂性，以及炸药晶体的高能敏感性，导致PBX中炸药晶体/粘结剂界面力学研究一直很难深入。目前的研究大都基于分子动力学方法开展模拟计算，文献报道的试验研究比较少，而且基本为间接试验研究。但是，炸药晶体/粘结剂界面与PBX的力学性能和安全性能密切关联，因此很有必要开展炸药晶体/粘结剂界面力学试验方法研究。 本项目在对炸药晶体定向抛光的基础上提出制备炸药晶体不同晶面与粘结剂的模拟界面研究思路，通过专业设计的试验装置实现对模拟界面的力学加载，建立炸药晶体/粘结剂界面力学特性试验方法，探索炸药晶体晶面、压制温度和压力对界面力学特性的响应规律，构建界面力学作用模型，并揭示界面力学作用机理，从而为PBX制造工艺参数的选择提供重要的数据参考，并对指导PBX力学性能的改善和安全性能的提高具有重要意义。

目前对PBX中炸药晶体/粘结剂界面研究基本都是基于分子动力学模拟（MD）方法开展的理论研究，试验研究大都是通过测量某些物理量间接表征炸药晶体/粘结剂界面作用，而关于炸药晶体/粘结剂界面力学作用的直接测试研究工作极少有报道。本项目围绕PBX中炸药晶体与粘结剂的界面力学特性开展研究，从试验装置设计、测试方法建立、影响规律分析、模型机理研究等方面逐步深入地研究炸药 /粘结剂界面力学特性。具体完成情况体现在以下三个方面：（1）试验装置：设计了一种可实现7个角度拉伸的拉剪复合加载夹具，实现了PBX界面单轴拉伸、纯剪切及拉剪复合作用的多状态加载，申请获批了国家专利三项。（2）测试方法：基于抛光、粘结和压制的工艺流程，制备了用于拉剪复合试验的PBX模拟界面，掌握了基于拉剪复合试验的炸药晶体/粘结剂界面力学特性试验方法。（3）理论成果：获得了压力和温度两种界面成型因素对界面力学特性的影响规律，基于正应力和剪应力坐标系构建了PBX界面破坏的力学模型，描述了不同拉剪角度下界面破坏的力学规律，掌握了界面拉剪强度的表征方法，揭示了界面破坏满足拉/剪应力椭圆模型的力学机理。本项目的研究结果为PBX制造工艺参数的选择提供重要的数据参考，并为指导PBX力学性能的改善和安全性能的提高提供理论支撑。