1、202313基础研究27Modern Chemical Research当代化工研究202313基础研究27Modern Chemical Research当代化工研究可燃传火管在低膛压下燃尽性研究范文涛1 符少波2 詹芙蓉2 吴永刚2（1.海军装备部 陕西 7100542.西安北方惠安化学工业有限公司 陕西 710302）摘要：针对高装填密度低膛压火炮发射装药中出现的可燃传火管个别发高温燃烧残留问题，依托现有试制工艺和材料性能，优化选择多种适用于传火管试制工艺条件的粘结剂，并研究了粘结剂对可燃传火管性能的影响。选定的粘结剂H可燃传火管，相较于制式可燃传火管，在保证可燃传火管组分相容并理化性能
2、符合技术指标要求的情况下，可燃传火管耐压强度提高0.3mPa以上，缩短燃烧时间约3ms，可燃传火管接近金属接头部分管体破裂程度更好，大幅度提升可燃传火管燃烧完全性。关键词：传火管；粘结剂；力学性能；燃烧；p-t中图分类号：TQ560 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.13.009Study on Burnout of Combustible Ignition Pipe Under Low Chamber PressureFan Wentao1,Fu Shaobo2,Zhan Furong2,Wu Yonggang2(1.Naval Armament D
3、epartment,Shaanxi,7100542.Xian North Huian Chemical Industry Co.,Ltd.,Shaanxi,710302)Abstract：In view of the problem of individual high temperature combustion in the firing charge of high loading density and low chamber pressure gun,relying on the existing trial production process and material perfo
4、rmance,a variety of binder suitable for the trial production process conditions is optimized,and the influence of binder on the performance of combustible fire transfer pipe is studied.Selected binder H combustible transfer pipe,in the combustible ignition pipe component compatibility and physical a
5、nd chemical properties meet the requirements of the technical indicators,the combustible ignition pipe close to metal joint body rupture better,effectively improve the mechanical properties of combustible ignition pipe by more than 0.3 MPa,shorten the combustion time by about 3 ms,greatly improve th
6、e combustion of combustible transfer pipe.Key words：fire transfer pipe；binder；mechanical properties；combustion；p-t引言可燃传火管是伴随着可燃药筒装药而产生的一种新型点传火元件，主要由可燃管体、点传火药、金属接头组成1，它具有点火能量分布均匀、点火一致性好等优点2，可燃管体作为可燃传火管的主要组成部分，其力学强度和燃烧完全性对可燃传火管性能实现及整个发射装药性能的安全性和可靠性有着重要的影响。粘结剂R可燃传火管以往多作为高膛压武器的点传火元件，但因其良好的点火一致性与优异的点传火性能
7、，现在也被应用于某些低膛压武器当中。但其作为高装填密度低膛压武器的点传火元件，在弹道试验中暴露出了高温条件下传火管根部燃烧不完全的问题。针对个别可燃传火管金属接头根部残留现象分析认为：可燃传火管体中的粘结剂R为不易于燃烧组分，有一定阻燃效果，同时可燃传火管根部与金属接头粘接，该部位在火炮发射过程中处于单面燃烧环境（管体根部破裂之前），对燃烧不利；在高温条件下，整个发射装药的燃烧时间较短，可燃传火管根部的燃烧跟不上发射装药在高温下的燃烧速度，因而出现了高温下的可燃传火管根部残留。进一步分析认为影响可燃传火管根部燃烧的主要因素有：可燃传火管管体燃烧速度、完成点火瞬间可燃传火管根部的碎裂程度等。针对
8、可燃传火管出现的烧残留问题，若以减少传火管管体中的粘结剂含量来提高燃速，会带来管体强度下降进而影响点传火稳定性等问题。Edward Daniels等3研究了以硝化棉丙酮溶液作为粘结剂的组合式可燃传火管管体，改善了管体燃尽性，但管体变形大、强度较低，且管体结构及工艺 复杂4。本研究依据现有采用卷制工艺、试制工艺条件和材料性能，选择性能优良的粘结剂，在仅改变粘结剂的条件下，制备不同粘结剂可燃管体，研究了不同粘结剂对可燃传火管体力学性能，优选的粘结剂H可燃传火管满足可燃传火管理化性能、强度及燃烧性能要求，同时具有良好的点火时序和点火效能。1.实验(1)粘结剂的选择与分析本研究中根据工艺条件和组分相容
9、性条件约束，202313基础研究28Modern Chemical Research当代化工研究202313基础研究28Modern Chemical Research当代化工研究主要选择使用的粘结剂有：粘结剂R、粘结剂J、粘结剂H。粘结剂均为流动态胶状液体。对选择的粘结剂进行了开放燃烧试验，收集燃烧残渣，试验结果见表1。表1 粘结剂燃烧试验结果粘结剂燃烧残渣状态R小块团状硬块+较硬残渣J粉末状灰烬H略带颗粒感的粉末从燃烧试验结果可见，粘结剂R燃烧后产生的残渣是其阻燃和残留的主要原因，选择的粘结剂J和H燃烧后残渣颗粒度较小，容易燃烧，发射装药产品使用中容易被高温、高压气体带出，可以作为可燃传火
10、管粘结剂。(2)样品制备试验采用卷制工艺，制备了11种不同粘结剂或不同粘结剂用量的可燃传火管体，样品编号及配方见表2。表2 样品名称、配方及粘结剂含量样品编号粘结剂粘结剂含量/%备注S-0R22制式标准配方S-1R20S-2R18S-3R16S-4J32S-5J28S-6J22S-7H26S-8H23S-9H20S-10H17样品制备具体工艺流程如下：裁纸称量涂粘结剂卷管烘干。(3)性能检测方法耐压强度。测试温度（252），以可燃传管体为试验样品，通过介质向可燃管体内壁均匀施加压力，加压速度2mPa/min，试样爆裂时的加压介质压强值即为耐压强度。密闭爆发器定容燃烧性能。按GJB 770B-2
11、005中方法701.2进行：密闭爆发器容积1200mL，测试温度（252），以装配有金属接头和传火药的可燃传火管为试验样品，硝化棉为点火药，测试压力-时间曲线，计算拐点压力、拐点时间和平均压力陡度。2.结果及讨论(1)不同粘结剂可燃传火管体性能影响对不同粘结剂和不同粘结剂含量传火管管体样品进行了卷制成型效果比较，并开展成组力学性能（耐压强度，在制备的样品中每组随机抽取五发）性能测试，成型效果和组平均管体力学结果见表3。表3 不同粘结剂传火管样品卷制成型效果及耐压强度样品粘结剂粘结剂含/%样品数量/根卷制成型效果耐压强度/mPaS-0R2216管体紧致，纸张不能揭开5.3S-1R2018管体较紧
12、致，纸张不能揭开4.9S-2R1813管体强度不均匀，部分能揭开3.3S-3R167管体较软，纸张可揭开2.8S-4J3215管体较软，纸张可揭开2.7S-5J285管体软，纸张自动脱粘/S-6J22/管体无法成型/S-7H2621管体紧致，纸张不能揭开5.9S-8H2319管体紧致，纸张不能揭开6.1S-9H2019管体紧致，纸张不能揭开5.6S-10H1716管体较紧致，纸张少量可揭开4.8由表3可以看出，粘结剂对可燃传火管管体成型及管体强度有较大影响。制式可燃传火管体中的粘结剂R为不易于燃烧组分，有一定阻燃效果，理论上，降低粘结剂R含量有利于提高可燃传火管管体的燃速和燃烧完全性。从制备的
13、S-0、S-1、S-2及S-3样品可知，随着粘结剂R含量的降低，可燃传火管体的组平均耐压强度在不断减小（耐压强度对比数据见图1）。当粘结剂R含量降低至18%时，可燃管体较参比样品S-0的组平均耐压强度下降了37.8%，下降幅度较大。管体强度降低会带来点传火稳定性等问题，且在样品S-3制备过程中，易出现粘结剂R在NC纸上分布不均的问题，进而导致可燃管体纸张分层，严重影响产品质量。由此可以得出，降低粘结剂R含量无法有效提升可燃传火管燃烧性能，并会带来管体提前破裂等问题。图1 粘结剂R可燃管体力学性能对比202313基础研究29Modern Chemical Research当代化工研究202313
14、基础研究29Modern Chemical Research当代化工研究粘结剂J可燃传火管管体成型效果差，在粘结剂含量达到32%时，依然无法满足粘接强度要求，且管体耐压强度远低于粘结剂R传火管体和粘结剂H管体。使用粘结剂H的可燃传火管体，在粘结剂含量大于等于20%条件下，均能满足管体成型条件，各组样品耐压强度均高于制式粘结剂R可燃传火管管体。可燃传火管的力学强度影响到点火过程中管体的破裂时间和破裂位置。若管体的力学强度较低，则管体在较低压力下就会破裂，点火一致性较差，火炮膛内压力波增大。管体力学强度较大时，管体在较高压力下破裂，点火的一致性得到改善，此时压力波就小。由以上结果可得，粘结剂J可燃
15、传火管无法满足使用要求，粘结剂H可燃传火管体满足管体成型和管体强度要求。(2)可燃传火管定容燃烧性能对试验制备样品粘结剂R可燃传火管管体S-0（原样）与粘结剂H可燃 传火管管体S-8（改进）装配成可燃传火管，进行定容燃烧性能试验，定容燃烧结果见图2。图2 管体密闭爆发器p-t曲线从p-t曲线看出，粘结剂H可燃传火管S-8的平均燃速较制式粘结剂R可燃传火管S-0提高了30%左右。可燃管在高温下达到最大压力点的时间粘结剂H可燃传火管样品S-8较制式可燃传火管样品S-0缩短了约3ms。这对改善可燃传火管的燃烧完全性十分有利。(3)可燃传火管点传火时序试验对试验制备粘结剂R可燃传火管样品S-0与粘结剂
16、H可燃传火管S-8样品同条件装配40g奔奈点火药，制备出可燃传火管产品，进行了点传火时序试验5，采用高速摄影拍摄了可燃传火管从底火击发传火药条点燃传火管喷火口喷火管体破裂整个点传火过程，试验结果见图3、图4。图3 粘结剂R（S-0）可燃传火管传火过程图像图4 粘结剂H（S-8）可燃传火管传火过程图像试验结果显示，S-8可燃传火管点火时序正常，且后期接近金属接头部分管体破裂程度更好，有利于保证可燃传火管燃烧完全。3.结论论文通过粘结剂的性能分析、不同粘结剂对可燃传火管性能的研究，针对可燃传火管在低膛压、高温条件下传火管根部燃烧不完全的问题，设计了以H为粘结剂的可燃传火管：（1）以H为粘结剂的可燃传火管，可适用于与制式可燃传火管基本一致的工艺条件，并获得相当的燃烧特性。（2）优选使用粘结剂H的可燃传火管，其管体耐压强度显著提升，可以保证和提高可燃传火管的点传火一致性。（3）粘结剂H的可燃传火管，其管体平均燃速较制式粘结剂R可燃传火管提高了30%左右，点火时序正常，后期接近金属接头部分管体破裂程度较制式粘结剂R可燃传火管管体更好，有效保证了可燃传火管燃烧完全。【参考文献】1祝榆生,孟慎非,李