Теплофизические явления в полимерных материалах при интенсивном и кр

ны обладать, с одной стороны, текучестью, с другой – достаточной калорийностью. Кроме определения реологических свойств таких составов необходимо знать параметры, определяющие их способность конкурировать с известными применяемыми высокобризантными твердыми взрывчатыми веществами. Определение значений этих параметров сводится к вычислению значений характеристик различной физико-химической природы гетерогенных материалов.

В табл. 4.9 приведены значения энергетических параметров суспензионных взрывчатых составов на основе октогена с объемной долей Ф и НИБТНГ.

Изменение значения Ф взято в диапазоне 0,3–0,7, что ограничено реологическими свойствами суспензии при использовании ее для заполнения объема.

Таблица 4 . 9

Энергетические параметры суспензионных ВВ

Окончание табл. 4 . 9

Во втором столбце табл. 4.9 указаны параметры взрывчатого состава, в дальнейшем называемого эталонным.

Методика оценки энергетических параметров суспензионной взрывчатой смеси

Для проведения оценки эффективности энергетических параметров суспензионной взрывчатой смеси (СВС) примем следующие обозначения: WВВ – энергия, запасенная в заряде ВВ; m – масса заряда ВВ; mпл – масса пластины, на которую воздействуют заряды из взрывчатых веществ; R0 – внешний размер заряда ВВ; ϕ – коэффициент отбора энергии пластиной от заряда ВВ; Рн –

82

давление во фронте нормальной детонационной волны в точке Чепмена – Жуге; Рпл – давление во фронте ударной волны, вступающей в пластину при выходе детонационной волны на границу с пластиной; I – полный импульс давления; D – скорость детонации; V – объем заряда ВВ; η – коэффициент метательного действия взрыва. Индексы «с» и « » применены для суспензии и эталонного ВВ соответственно, а индекс «пл» – для пластины.

Оценку эффективности энергетических параметров суспензии будем проводить на основе данных табл. 4.9 относительно параметров эталонного ВВ. Приведем некоторые вспомогательные соотношения. Энергия детонационной волны

Полный импульс давления в детонационной волне I можно найти, используя степенное уравнение состояния продуктов взрыва P = Aρn :

I =k m D,

где

83

Проведем оценку метания тонких пластин зарядами. Пусть

Типичное значение приведенной массы заряда для эталонного ВВ

M* =14,898 ρρ* .

пл

Из последних двух выражений найдем значение приведенной массы Мс суспензии:

Зависимость коэффициента отбора (использования) энергии пластиной ϕ от приведенной массы Мс (1,5 ≤ Мс ≤ 4,5) ϕ(Мс)

0,33…0,35 const (см. табл. 4.6 в работе [9]).

Вэтом случае энергия пластины Wпл= ϕ WВВ; поскольку ϕ const; WВВ= const, следовательно, Wпл const. Давления во фронте нормальной детонационной волны для суспензии и эталонного ВВ соотносятся следующим образом:

Оценка эффективности суспензионной взрывчатой смеси при сохранении энергии заряда эталонного ВВ

Если Wc = W*, тогда в соответствии с выражением (4.1) по-

лучаем, что Ic = D* .

I* Dc

84

Тогда получаем:

В диапазоне 1,377 ≤ Мс ≤ 1,47 коэффициент отбора ϕ const, поэтому

Wпл с = Wc .

Wпл* W*

Результаты проведенного анализа приведены на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Зависимости параметров СВС относительно эталонного ВВ от объемной доли октогена в смеси при равных габаритах устройств

86

При равенстве масс ВВ параметры СВС уступают параметрам эталонного ВВ по энергии взрыва (на 10–41 %) и импульсу давления (на 9–37,4 %).

Оценка эффективности метательного действия взрыва СВС относительно эталонного ВВ

Оценим эффективность метательного действия взрыва СВС относительно штатного ВВ при одинаковых габаритах устройств:

В этом случае отношение коэффициентов метательного действия взрыва выражается следующим образом:

Далее рассмотрим, как будут изменяться габариты устройства из СВС при сохранении величины метательного действия взрыва эталонного ВВ:

Тогда изменение толщины (объема) устройства выразится следующим образом:

Для сохранения метательного действия взрыва эталонного

ВВнеобходимо увеличение объема (толщины) заряда из СВС от 16,7 до 21,5 %, хотя радиус устройства при этом изменится толь-

ко на 3,5–4,5 %.

Далее рассмотрим случай, когда массы СВС и эталонного

ВВравны:

Тогда выражение для отношения метательного действия взрыва будет выглядеть следующим образом:

При равных массах ВВ метательное действие взрыва для СВС находится в пределах 89 % от эталонного, причем размер зарядов увеличивается незначительно (0,5–1,5 %).

Произведенная оценка энергетических параметров СВС позволяет сделать следующие выводы:

1. Оценка эффективности СВС при различных условиях при обеспечении взрывобезопасности показала следующее:

−при сохранении энергии заряда эталонного ВВ увеличение объема составило от 12 до 71 %, массы – от 10 до 60 %, размера устройства – от 3 до 14 %. Полный импульс давления больше, чем у эталонного на 1,2–6,1%;

−при сохранении габаритов эталонного ВВ энергия, запасенная в СВС, составила от 55,4 до 87,9 % от эталонного, масса – от 93,4 до 97,7 %, полный импульс давления – от 58,4 до 89 %;

89

−при сохранении массы эталонного ВВ энергия, запасенная

вСВС, составила 58,9–90 % от эталонного, полный импульс давления – 62,6–91,1 %, при этом объем устройства увеличился на

2,3–7 %, а радиус – на 0,5–1,5 %.

2. Оценка метательного действия взрыва СВС показала следующее:

−при одинаковых габаритах устройств метательное действие взрыва СВС составило от 84,2 до 87,2 % от эталонного;

−при одинаковых массах ВВ метательное действие взрыва заряда из СВС составляет около 89 % от эталонного при незначительном увеличении размера заряда СВС (0,5–1,5 %);

−при сохранении метательного действия взрыва увеличение объема для СВС составило от 16,7 до 21,5 %, при увеличении размера устройства на 3,5–4,5 %.

3. Для нахождения СВС с требуемыми параметрами (W,I,P) необходимо варьировать габаритно-массовые характеристики и объемную долю октогена в ней.

4.4.Экспериментальное исследование теплоемкости смесевых полимерных составов

Рассмотрим применение предлагаемой модели для исследования теплоемкости смесевых полимерных составов. С этой целью нами было выполнено сравнение теплоемкости, измеренной и рассчитанной для составов, рецептура которых указана в табл. 4.10. Экспериментально исследовано изменение теплоемкости при постоянном давлении в зависимости от температуры как для компонентов, так и для составов.

Изобарная удельная теплоемкость Cp веществ определялась на дифференциальном сканирующем калориметре ДСК-111. Образцы массой 0,03…0,15 г, помещенные в открытые керамические тигли, испытывались в динамическом режиме со скоростью нагрева 5 К/мин в температурном диапазоне 20…150 oC. Приборная погрешность измерения составляет 3 % от максимального значения шкалы.

90