PBX 中颗粒与黏结剂之间的脱黏预测是非常重要的，因为更复杂的应力分布与脱黏破坏有关。他们认为，随着HMX 颗粒体积分数的增加，PBX 断裂阈值降低。Wang等［70］进一步发展了HMX 晶体及其黏合剂和界面的损伤模型，研究了PBX 9501 的动态力学行为和细观损伤演化机理。图1－5PBX 细观破坏模式1—界面脱黏；2—穿晶断裂；3—颗粒挤压升温......
2023-06-27
高聚物黏结炸药细观损伤的实验研究
【摘要】：在PBX 细观损伤的实验研究方面，国内外众多学者已有过不少的研究。Palmer 等［19］和Chen 等［20］在对PBX 间接拉伸的实时显微实验中观察到了颗粒断裂、界面脱黏、黏结剂基体开裂等多种损伤破坏形式。Chen 等［21］和Palmer 等［19］对PBX 的破坏性质进行了研究。Rae 等［23］首次将高灵敏度的云纹干涉法应用到PBX 材料的细观变形破坏研究，主要将巴西实验与云纹干涉法相结合。
在PBX 细观损伤的实验研究方面，国内外众多学者已有过不少的研究。PBX 在不同载荷和环境下会产生不同形式的损伤。Palmer 等［19］和Chen 等［20］在对PBX 间接拉伸的实时显微实验中观察到了颗粒断裂、界面脱黏、黏结剂基体开裂等多种损伤破坏形式。Chen 等［21］和Palmer 等［19］对PBX 的破坏性质进行了研究。结果表明，在准静态间接拉伸条件下界面脱黏和黏结剂开裂是主要的破坏模式，而颗粒断裂则很少发生，如图1－1 所示。由图1－1 （b）可以看出，在拉伸破坏路径上黏结剂被拉长为纤维状，而有的地方黏结剂已被拉断。与拉伸状态不同，PBX 在压缩状态下的断口形貌如图1－2 所示。由图可以看出，炸药颗粒破碎严重。Skidmore 等［22］采用准静态压缩实验研究了PBX 的破坏机理，发现微裂纹方向随机分布，主要为炸药颗粒内部裂纹，甚至存在已贯穿炸药颗粒的裂纹，它们主要来自大颗粒间的相互挤压，局部区域的微裂纹会发生汇聚，最终产生宏观裂纹导致材料断裂。此外，随着压力的增加，炸药颗粒会产生塑性变形，出现平行的变形带，即孪晶带。
Rae 等［23］首次将高灵敏度的云纹干涉法应用到PBX 材料的细观变形破坏研究，主要将巴西实验与云纹干涉法相结合。在配有拉伸加载台的光学显微镜上对PBX 材料施加准静态载荷的作用，不仅实现了对PBX 圆盘材料中心微区域的实时原位观察，由CCD 镜头记录了微区域结构变形破坏的全过程，而且利用云纹干涉法测量得到了记录区域的位移场和应变场及其随载荷的变化等，在细观尺度上揭示了材料发生变形破坏的机理。
图1－1 拉伸作用下PBX 损伤破坏形貌
（a）典型的裂纹路径［23］；（b）裂纹路径上的黏结剂大变形［21］
图1－2 压缩作用下PBX 损伤破坏形貌［21］
数字图像相关方法和配有加载装置的高倍数显微镜（如扫描电子显微镜、光学显微镜等）相结合，可以实现对材料微观尺度上的应变场的测量。Rae等［24］在PBX 的巴西实验中引入了数字图像相关方法，测试了未使用和热老化的PBX 样品。李明等［25，26］基于扫描电镜下材料的细观结构形貌图作为散斑场，应用数字图像相关方法对含预置裂纹的PBX 固体炸药材料进行了准静态破坏实验。Zhou 等［27］选用含预制裂纹的半圆盘弯曲实验，采用配有原位加载装置的扫描电子显微镜（SEM），实时监测裂纹的萌生和生长，并结合DIC 方法计算了细观变形场，分析在拉伸应力作用下的细观应变场分布，获得PBX材料的细观损伤和破坏机理。
李渴忻［10］通过Punch Loading 实验、蠕变实验发现在高温下PBX 的破坏与室温时不同，裂纹更容易汇聚在一起形成大的裂纹。Williamson 等［28］以玻璃化转变温度为界，研究了PBX 在两个温度点时巴西实验的破坏形貌，如图1－3 所示。由图可以看出，在玻璃化转变温度之上时，以脱黏破坏为主，穿晶破坏较少；而玻璃化转变温度之下时，以穿晶破坏为主。
图1－3 PBX 炸药巴西实验裂纹扩展路径［43］
（a）高于玻璃化转变温度；（b）低于玻璃化转变温度
目前，对炸药微观缺陷的观察主要是依靠光学显微镜和扫描电子显微镜，需要对试样破坏后截取某一个特定的截面来研究炸药的微观结构，但炸药内部微裂纹萌生及扩展过程无法通过常规检测手段进行观察。与上述方法相比，基于X 射线成像原理的CT 扫描成像技术在研究材料内部结构细节方面具有独到的优势，它不用进行特殊的样品制备即可探测样品内部结构形貌、微缺陷尺寸及分布，而且测量区域大，比较真实地反映了样品的实际情况，精确评价样品的结构。Willey 等［29］利用μ－CT 扫描技术观察到TATB 为基的PBX 在热载荷循环刺激后明显发生界面脱黏，裂纹主要沿大颗粒边界扩展。戴斌等［30］利用CT 技术观察热载荷作用前后PBX 内部裂纹分布。结合工业CT 和高分辨率的μ－CT 扫描成像技术观察不同载荷状态（不同损伤状态）下炸药内部损伤形式及其分布演化过程，这对于深刻认识和分析炸药损伤破坏机理有重要意义。
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2023-08-26
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