机械感度测试方法优化方案

机械感度试验包括摩擦感度和撞击感度的试验测定。机械感度测定的作用主要有以下三个方面：

（1）给出被测试样在一定条件下的发火感度值，通过数据处理推断在一定工艺条件下生产的这种药剂的机械感度数据。

（2）对不同品种、不同组分配比药剂机械感度测定结果进行比较，评定它们对机械作用的安全性高低。

（3）为含能材料的新配方研究进行不同配方、不同工艺条件下的样品机械感度数据测定，给研制人员选定方案提供主要参数依据，以保证新配方药剂的安全性。

3.6.1.1　机械感度测定原理及测定方法

烟火药剂及固体炸药都属于含能材料，是活化能较低的不稳定物质。它能在一定机械作用下发生分解、燃烧或爆炸，一般认为是当机械作用于药剂时，药剂颗粒发生震动，颗粒之间发生摩擦，机械能转变为热能，使药剂分子运动加剧，导致晶格破裂或强烈化学反应，当某些局部的热点、热点温度达到爆炸或发火时，产生连锁反应，最后引发整个药剂反应，以燃烧或爆炸形式把大量的能量释放出来。

测定各种固体药剂的机械感度，首先需要提供一定的机械能。为适应各种不同药剂测定感度的需要，要求能量大小是可调的，能量值的大小必须可测、可计算，并且必须保证一定精度。

目前固体含能材料机械感度测定方法，按能量的作用方法主要分为撞击和摩擦两类，世界各国也基本是按此进行分类的。

在理论上，撞击和摩擦的作用是可以明确区分的，而在药剂的实际生产过程中，机械能量对药剂的作用方式很难区分开，往往是撞击和摩擦同时作用，这一点在分析具体问题时必须准确认识。

3.6.1.2　影响药剂机械感度性能的主要因素

不同种类，不同组分的烟火药剂对机械作用的敏感程度是大不相同的。其主要影响因素有以下三个方面。

（1）各种药剂的机械感度性能主要取决于药剂各组分的化学成分、分子结构的稳定性，这就是说内因起决定的作用。

（2）药剂各组分的结晶形状、硬度、粒度、含水量、混合物的混合均匀度对药剂机械感度性能也有很大影响，这些大都是与生产工艺有直接关键的因素。

（3）药剂组合中加入适量摩擦系数不同的可燃物质可能改变其机械感度。如将摩擦系数只有0.02左右的聚四氟乙烯粉掺入某些药剂配方中，就可以达到钝化机械感度的作用。

3.6.1.3　摩擦感度仪的类型

（1）常用摩擦感度试验机。最初由联邦德国设计使用，日本在后来引进这一技术。其作用原理：将试样放于陶瓷片与陶瓷柱之间，陶瓷柱对试样有一定的压力作用，当推动陶瓷片与试样一齐滑动后，试样会受到陶瓷柱的摩擦作用。本试验方法的关键技术是陶瓷烧结质量，保证原料粒度均匀性及烧结后硬度的一致性。由于这种材料摩擦系数大，所以试验时只需施加较小的正压力。

（2）摩擦摆。这是国外使用比较早的一种方法。其作用原理：平摆式摆锤可以绕定轴旋转，将锤抬起一个角度（与铅垂线间夹角），将试样放在摩擦板上，释放摆锤后，锤头从试样表面掠过，使试样受到摩擦。摆头材料根据药剂性能更换，有金属的，也有纤维板材料的。这种方法的试验重复性差。钝感药剂很难测出它们的摩擦感度。

（3）摆式摩擦感度仪。这是目前国内广泛使用的摩擦感度测定仪器。第一代产品是20世纪40年代苏联设计制造的，50年代中期我国进行了测绘仿制，其后又进行过大的改进，今天普遍使用的是WM-1型摆式摩擦感度测定仪。

WM-1型摆式摩擦感度测定仪是用于测定火炸药、烟火药、火工药剂摩擦感度值的专用仪器。该仪器对涉及与摩擦能量参数有关的零件尺寸与苏联K44Ⅲ型摆式摩擦仪基本保持一致，这是为了使国内现有新旧仪器测定药剂感度值时能互相对比而做的必要保留。但是现在的WM-1型摆式摩擦感度测定仪的可靠性、操作性、维修性及精度已大大提高。WM-1型摆式摩擦感度测定仪的结构如图3.6所示。

图3.6　WM-1型摆式摩擦感度装置示意图

1—摆锤；2—行程装置；3—油压装置；4—压力表；5—上顶柱；6—上滑柱；7—炸药试样；8—下滑柱；9—顶杆；10—滑柱套；11—击杆

WM-1型摆式摩擦感度测定仪主要由油压装置、行程装置和摆锤装置三大部件组成。其中的油压装置是仪器用于手动加压时的正压力动力源。缸体左下侧放油阀关闭时，通过手动压力泵将缸体下部油箱内液压油压入油缸，推动活塞上升，油缸内的油压由安装在缸体右侧的压力表指示，打开放油阀时，油缸内的液压油重新流入油箱。缸体左后侧有一螺塞孔，可以供加液压油使用，当油箱内的液压油不足时，旋开螺塞，即可加油。

行程装置的爆炸室供安放试验装置使用，试验装置由导向套、滑柱、药剂试样组成。当活塞上升时，将能量传递给冲子，推动试验装置上升；当上滑柱与上顶柱接触后，试样开始受到预压，继续加压，试验装置克服上顶柱弹簧的弹性变形，再升一段距离后，导向套受到限位控制而不能再上升，而滑柱推着上顶柱继续上升。上顶柱不能再退时，可加压到所需要的正压力。本体下端大螺环起着限制冲子上升位置量的作用，可以防止因操作失误而造成压损本体内套零件的事故发生。本体上的拉杆组合件供从爆炸室退出导向套用，本体通过前后两只锥销与摆体装置的连接盘紧紧相连，正常情况下，手摇本体不能晃动。摆锤装置与油泵通过四根支柱连接。摆臂回转轴两端装有一对滚动轴承，在装配和润滑良好的条件下，它对运动能量的损耗很小，摆臂回转轴心至摆锤的轴心距离在仪器装配时已保证为76 cm。摆锤支架与支柱的连接由一螺栓固定，调整摆锤与击杆的同心度时，可将螺栓抬开，调好后再拧紧。有机玻璃防护罩可沿上顶板的下沿回转，在装有药剂的试验装置放入爆炸室推到位后，可将防护罩拉向正面，以防爆炸产物对操作者造成危害。上顶板正中央的预压力装置以一定的弹簧压力将上顶柱推下，在夹有药剂试样的两滑柱面没有露出导向套之前，就可以受到一定的预压力，以保证上滑柱稳定上升，并与下滑柱保持同心。

采用WM-1型摆式摩擦感度测定仪测得的常用烟火药摩擦感度试验数据见表3.11，试样装药量20 mg。试验步骤如下：

①将烟火药在40～50℃下烘干2 h，冷却至室温后称取所需样品，每份烟火药质量（0.02±0.002）g。

②将摆锤调整至所需的角度。

③将装好烟火药试样的导向套及滑柱放在仪器试验腔内的托板上。

④分别启动低压活塞和高压活塞，使两滑柱之间的烟火药加至所需的压力。

⑤使摆锤按选定角度自由落下撞击击杆，使上滑柱产生位移，检验两滑柱之间的烟火药是否发火。

试验时，按烟火药是否发出声响及在滑柱工作面上留有的烟痕等现象来评定摩擦发火率。(www.xing528.com)

表3.11　常用烟火药摩擦感度测试数据

续表

3.6.1.4　撞击感度测定

烟火药受一定冲击能量作用而发生燃烧或爆炸的能力称为烟火药的撞击感度。烟火药的撞击感度通常采用WL-1型撞击感度仪进行测定。

一、撞击感度仪的原理

使用机械撞击落锤仪来鉴定各种敏感的固体药剂的安定性在国内外已经有几十年的历史。测试仪器是靠一个自由落下的重锤，从不同的选定高度落到样品上，然后记下每次撞击样品后产生的正（燃或爆）、负（不燃或不爆）反应结果。再用统计分析法处理这些数据，得出相对的冲能值。通常用规定重量落锤的落高表示某种发火概率（如0%、50%、100%）的对应值，作为被测样品的撞击感度值；也有用规定重量落锤、规定落高下的样品发火率表示样品的撞击感度值的。

针对各种固体药剂，具体使用的撞击感度测定仪器和测定方法可以随药剂的种类不同、实验室的不同而有所不同。因此，在不同仪器及不同试验条件下，测得各种药剂的感度值可能有所不同。如果没有严格的统一标准规定，将使各自测定的数据无法进行比较。尽管如此，在同一仪器、同一实验室条件下取得的各种药剂的测试结果可以进行感度等级的排序工作，并对样品的感度性能进行相对评定。

二、撞击感度仪的种类

测定火炸药撞击感度的仪器一般采用架高2～3.5 m，落锤质量分别为2 kg、5 kg、10 kg三个等级的大型机械落锤仪。

对于烟火药剂撞击感度的测定，由于这类药剂不同品种的敏感度差异较大，目前还没有统一的测定标准，所以各单位根据不同条件和需要，借用火炸药的测定仪及方法或火工品药剂的测定仪器及方法。

国内典型的大型机械落锤仪是用于固体炸药撞击感度测定的标准规格测定仪器WL-1型立式落锤仪，该仪器主要能量参数与结构特点同日本、美国、苏联等国测定火炸药机械撞击感度的仪器和试验装置基本一致。WL-1型立式落锤仪的结构如图3.7所示，其主要结构特征是两条导轨和带有齿板的中心导轨垂直于地面并固定在钢结构支架上。钢制落锤在两导轨中间自由落下，锤的质量为2 kg、5 kg、10 kg。落锤由本体构成，在落锤的下部固定有击头。在落锤的上部装有卡钮，卡钮夹紧在弹簧脱锤器的钢爪中间。脱锤器上装有标尺指针，用于读出落高。在脱锤器钢爪松开时，落锤就由一定高度脱出。当落锤落下后，落锤的击头冲击到用击柱套座安装在钢砧上的撞击装置的端面上。钢砧在导轨下方用地脚螺钉固定在混凝土基础上。

图3.7　WL-1型撞击感度装置示意图

1—标尺；2—撞击装置；3—落锤；4—导轨；5—底座；6—导向套；7—击柱；8—试样

由于承受冲击部件的弹性，在冲击时，落锤弹跳至某一高度。落锤上装有夹具，以防第二次落下，夹具由连有弹簧的杠杆和连有弹簧的卡舌组成，当冲击到钻砧时，卡舌的弹簧受压缩，卡舌松开杠杆。在落锤跳起时，杠杆沿着齿条滑上，而在第二次下落时，杠杆便卡入齿板的齿中，就阻止了落锤的第二次撞击。

撞击装置由底座、击柱套和放入击柱套内的击柱组成。击柱间均匀散布被测试样。

三、撞击感度试验方法

采用WL-1型撞击感度仪测定烟火药撞击感度的试验步骤如下：

①准备25组击柱套并放入底座内，每组击柱套中烟火药质量为（0.05±0.002）g。

②将落锤调整到（25±0.1）cm的高度。

③将击柱套放到撞击感度仪的击砧上。

④使落锤沿导轨自由落下，撞击击柱套，检查烟火药受到撞击后是否发生燃烧或爆炸。

按上述步骤做完25个试样，在测试中受试烟火药有声响、发火、发烟或烧焦等现象，则认为烟火药发生了爆炸。

烟火药撞击感度通常以锤重10 kg、落高25 cm，做25次平行试验发生爆炸的百分数表示。试验中的爆炸百分数按下式计算：

采用WL-1型撞击感度测定仪测得的常用烟火药撞击感度试验数据见表3.12。试验中的落锤质量为10 kg，试样装药量为40 mg。

表3.12　常用烟火药撞击感度测试数据