兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 1593-1601.doi: 10.12382/bgxb.2023.0023
胡启鹏1, 杨昆2, 张合1, 李纯志2, 应三九1,*(), 肖忠良1
收稿日期:
2023-01-10
上线日期:
2023-05-17
通讯作者:
HU Qipeng1, YANG Kun2, ZHANG He1, LI Chunzhi2, YING Sanjiu1,*(), XIAO Zhongliang1
Received:
2023-01-10
Online:
2023-05-17
摘要:
为了部分替代在发射药挤出成型过程中使用的有机溶剂,将超临界二氧化碳(Supercritical Carbon dioxide,SC-CO2)引入发射药的挤出成型过程中,借助其在临界点附近急剧变化的溶剂特性,实现增塑后可快速从产品中驱除,为最终实现SC-CO2对有机溶剂的完全替代做铺垫。以剪切黏度为反映流变特性的参数,采用在线狭缝流变仪测量物料的剪切黏度并获得流变曲线,对物料在不同工艺条件下的流变特性进行研究。研究结果表明:SC-CO2辅助双基药挤出成型过程中物料的流变行为可以用幂律模型描述,引入SC-CO2后物料黏度显著降低,SC-CO2在4.67 wt%含量下使得双基药的稠度系数降低17.10%,体现了SC-CO2对于双基药的良好增塑作用;随着SC-CO2含量、溶剂含量、温度等参数值持续升高,继续增大参数值所能提供的增塑效果将变得有限。
中图分类号:
胡启鹏, 杨昆, 张合, 李纯志, 应三九, 肖忠良. SC-CO2辅助挤出成型过程中双基发射药的流变特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(5): 1593-1601.
HU Qipeng, YANG Kun, ZHANG He, LI Chunzhi, YING Sanjiu, XIAO Zhongliang. Rheological Property of Double-base Propellant in SC-CO2 Assisted Extrusion Process[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(5): 1593-1601.
名称 | 规格 | 来源 |
---|---|---|
混合酯吸收药片 | NC content: 55wt% | 泸州北方化学工业有限 公司 |
丙酮 | 分析纯 | 国药集团化学试剂有限 公司 |
乙醇 | 分析纯 | 国药集团化学试剂有限 公司 |
CO2 | ≥99.99% | 南京文达特种气体有限 公司 |
捏合机 | 2L | 江苏国贸减速机有限 公司 |
SC-CO2辅助挤出 成型设备 | 30 mm | 无锡金凯盛机械制造 有限公司 |
表1 实验材料与设备
Table 1 Experimental materials and equipment
名称 | 规格 | 来源 |
---|---|---|
混合酯吸收药片 | NC content: 55wt% | 泸州北方化学工业有限 公司 |
丙酮 | 分析纯 | 国药集团化学试剂有限 公司 |
乙醇 | 分析纯 | 国药集团化学试剂有限 公司 |
CO2 | ≥99.99% | 南京文达特种气体有限 公司 |
捏合机 | 2L | 江苏国贸减速机有限 公司 |
SC-CO2辅助挤出 成型设备 | 30 mm | 无锡金凯盛机械制造 有限公司 |
SC-CO2/wt% | 方程 | n | R2 |
---|---|---|---|
0.93 | η=58.42· | 0.063 | 0.99997 |
1.87 | η=54.79· | 0.076 | 0.99997 |
2.80 | η=53.52· | 0.079 | 0.99982 |
3.74 | η=49.74· | 0.093 | 0.99994 |
4.67 | η=49.29· | 0.098 | 0.99999 |
表2 不同SC-CO2含量下双基药的幂律方程
Table 2 Power law equation of double-base propellants with various SC-CO2 contents
SC-CO2/wt% | 方程 | n | R2 |
---|---|---|---|
0.93 | η=58.42· | 0.063 | 0.99997 |
1.87 | η=54.79· | 0.076 | 0.99997 |
2.80 | η=53.52· | 0.079 | 0.99982 |
3.74 | η=49.74· | 0.093 | 0.99994 |
4.67 | η=49.29· | 0.098 | 0.99999 |
溶剂/wt% | 方程 | n | R2 |
---|---|---|---|
25 | η=58.48· | 0.091 | 0.99994 |
28 | η=52.55· | 0.095 | 0.99989 |
31 | η=49.29· | 0.098 | 0.99999 |
34 | η=49.20· | 0.089 | 0.99999 |
37 | η=47.20· | 0.098 | 0.99974 |
表3 不同溶剂含量下双基药/SC-CO2的幂律方程
Table 3 Power law equation of double-base propellant/ SC-CO2 with various solvent contents
溶剂/wt% | 方程 | n | R2 |
---|---|---|---|
25 | η=58.48· | 0.091 | 0.99994 |
28 | η=52.55· | 0.095 | 0.99989 |
31 | η=49.29· | 0.098 | 0.99999 |
34 | η=49.20· | 0.089 | 0.99999 |
37 | η=47.20· | 0.098 | 0.99974 |
温度/℃ | 方程 | n | R2 |
---|---|---|---|
39 | η=53.71· | 0.087 | 0.99997 |
42 | η=52.55· | 0.088 | 0.99996 |
45 | η=49.29· | 0.098 | 0.99999 |
48 | η=48.58· | 0.098 | 0.99991 |
51 | η=47.52· | 0.095 | 0.99999 |
表4 不同温度下双基药/SC-CO2的幂律方程
Table 4 Power law equation of double-base propellant/SC-CO2 at various temperatures
温度/℃ | 方程 | n | R2 |
---|---|---|---|
39 | η=53.71· | 0.087 | 0.99997 |
42 | η=52.55· | 0.088 | 0.99996 |
45 | η=49.29· | 0.098 | 0.99999 |
48 | η=48.58· | 0.098 | 0.99991 |
51 | η=47.52· | 0.095 | 0.99999 |
溶剂/wt% | 方程 | n | R2 |
---|---|---|---|
28 | η=62.46· | 0.078 | 0.99994 |
31 | η=59.46· | 0.085 | 0.99997 |
34 | η=53.55· | 0.106 | 0.99996 |
37 | η=53.72· | 0.095 | 0.99985 |
40 | η=49.33· | 0.101 | 0.99999 |
表5 不同溶剂含量下双基药的幂律方程
Table 5 Power law equation of double-base propellant with various solvent contents
溶剂/wt% | 方程 | n | R2 |
---|---|---|---|
28 | η=62.46· | 0.078 | 0.99994 |
31 | η=59.46· | 0.085 | 0.99997 |
34 | η=53.55· | 0.106 | 0.99996 |
37 | η=53.72· | 0.095 | 0.99985 |
40 | η=49.33· | 0.101 | 0.99999 |
剪切速率/s-1 | 方程 | R2 |
---|---|---|
10 | η=11.37·e-1.48φ | 0.96676 |
15 | η=7.67·e-1.40φ | 0.96488 |
20 | η=5.80·e-1.35φ | 0.95998 |
25 | η=4.67·e-1.30φ | 0.95364 |
30 | η=3.91·e-1.27φ | 0.94654 |
35 | η=3.37·e-1.24φ | 0.93902 |
40 | η=2.96·e-1.22φ | 0.93127 |
表6 双基药关于溶剂含量的指数方程
Table 6 Exponential equation of double-base propellant about solvent content
剪切速率/s-1 | 方程 | R2 |
---|---|---|
10 | η=11.37·e-1.48φ | 0.96676 |
15 | η=7.67·e-1.40φ | 0.96488 |
20 | η=5.80·e-1.35φ | 0.95998 |
25 | η=4.67·e-1.30φ | 0.95364 |
30 | η=3.91·e-1.27φ | 0.94654 |
35 | η=3.37·e-1.24φ | 0.93902 |
40 | η=2.96·e-1.22φ | 0.93127 |
剪切速率/ s-1 | SC-CO2/wt% | ||||
---|---|---|---|---|---|
0.93 | 1.87 | 2.80 | 3.74 | 4.67 | |
10 | 35.2 | 37.5 | 38.6 | 40.3 | 41.2 |
15 | 36.2 | 38.3 | 39.4 | 40.8 | 41.6 |
20 | 36.8 | 38.7 | 39.8 | 40.9 | 41.7 |
25 | 37.7 | 39.4 | 40.4 | 41.4 | 42.1 |
30 | 38.0 | 39.6 | 40.6 | 41.4 | 42.0 |
35 | 38.6 | 40.0 | 41.1 | 41.7 | 42.3 |
40 | 38.9 | 40.2 | 41.2 | 41.7 | 42.2 |
表7 双基药/SC-CO2关于SC-CO2含量的等效溶剂含量
Table 7 Exponential equation of double-base propellant/SC-CO2 about SC-CO2 content
剪切速率/ s-1 | SC-CO2/wt% | ||||
---|---|---|---|---|---|
0.93 | 1.87 | 2.80 | 3.74 | 4.67 | |
10 | 35.2 | 37.5 | 38.6 | 40.3 | 41.2 |
15 | 36.2 | 38.3 | 39.4 | 40.8 | 41.6 |
20 | 36.8 | 38.7 | 39.8 | 40.9 | 41.7 |
25 | 37.7 | 39.4 | 40.4 | 41.4 | 42.1 |
30 | 38.0 | 39.6 | 40.6 | 41.4 | 42.0 |
35 | 38.6 | 40.0 | 41.1 | 41.7 | 42.3 |
40 | 38.9 | 40.2 | 41.2 | 41.7 | 42.2 |
剪切速率/ s-1 | 溶剂/wt% | ||||
---|---|---|---|---|---|
25 | 28 | 31 | 34 | 37 | |
10 | 30.8 | 37.4 | 41.2 | 42.8 | 44.2 |
15 | 30.7 | 37.6 | 41.6 | 43.5 | 44.7 |
20 | 30.5 | 37.6 | 41.7 | 43.8 | 44.9 |
25 | 30.6 | 37.9 | 42.1 | 44.4 | 45.4 |
30 | 30.4 | 37.8 | 42.0 | 44.6 | 45.4 |
35 | 30.5 | 38.0 | 42.3 | 45.0 | 45.8 |
40 | 30.3 | 37.9 | 42.2 | 45.1 | 45.8 |
表8 双基药/SC-CO2关于溶剂含量的等效溶剂含量
Table 8 Exponential equation of double-base propellant/SC-CO2 about solvent content
剪切速率/ s-1 | 溶剂/wt% | ||||
---|---|---|---|---|---|
25 | 28 | 31 | 34 | 37 | |
10 | 30.8 | 37.4 | 41.2 | 42.8 | 44.2 |
15 | 30.7 | 37.6 | 41.6 | 43.5 | 44.7 |
20 | 30.5 | 37.6 | 41.7 | 43.8 | 44.9 |
25 | 30.6 | 37.9 | 42.1 | 44.4 | 45.4 |
30 | 30.4 | 37.8 | 42.0 | 44.6 | 45.4 |
35 | 30.5 | 38.0 | 42.3 | 45.0 | 45.8 |
40 | 30.3 | 37.9 | 42.2 | 45.1 | 45.8 |
剪切速率/ s-1 | 温度/℃ | ||||
---|---|---|---|---|---|
39 | 42 | 45 | 48 | 51 | |
10 | 37.1 | 38.5 | 41.2 | 42.2 | 44.2 |
15 | 37.6 | 38.9 | 41.6 | 42.6 | 44.8 |
20 | 37.7 | 39.1 | 41.7 | 42.7 | 45.0 |
25 | 38.2 | 39.6 | 42.1 | 43.2 | 45.6 |
30 | 38.2 | 39.7 | 42.0 | 43.2 | 45.7 |
35 | 38.5 | 40.0 | 42.3 | 43.4 | 46.1 |
40 | 38.5 | 40.0 | 42.2 | 43.4 | 46.1 |
表9 双基药/SC-CO2关于温度的等效溶剂含量
Table 9 Exponential equation of double-base propellant/SC-CO2 about temperature
剪切速率/ s-1 | 温度/℃ | ||||
---|---|---|---|---|---|
39 | 42 | 45 | 48 | 51 | |
10 | 37.1 | 38.5 | 41.2 | 42.2 | 44.2 |
15 | 37.6 | 38.9 | 41.6 | 42.6 | 44.8 |
20 | 37.7 | 39.1 | 41.7 | 42.7 | 45.0 |
25 | 38.2 | 39.6 | 42.1 | 43.2 | 45.6 |
30 | 38.2 | 39.7 | 42.0 | 43.2 | 45.7 |
35 | 38.5 | 40.0 | 42.3 | 43.4 | 46.1 |
40 | 38.5 | 40.0 | 42.2 | 43.4 | 46.1 |
[1] |
丁亚军, 应三九. 螺杆挤出过程中物料在线流变行为及其数值模拟[J]. 兵工学报, 2015, 36(8):1437-1442.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2015.08.010 |
|
|
[2] |
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[13] |
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[14] |
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
|
[18] |
吴文龙, 丁亚军, 应三九. 超临界二氧化碳在球扁药中的溶解性能研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(10):1965-1970.
doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2018.10.012 |
|
|
[19] |
|
[20] |
|
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
魏学涛, 刘毅, 袁忍让, 等. ETPE发射药表观黏度的实验研究[J]. 火炸药学报, 2011, 34(3):61-64.
|
|
|
[24] |
|
[25] |
|
[26] |
|
[1] | 梁昊, 丁亚军, 李世影, 赵先正, 肖忠良. 钝感双基发射药迁移失效评价方法[J]. 兵工学报, 2022, 43(2): 297-304. |
[2] | 侯宇菲, 许进升, 古勇军, 周长省. 基于内聚力法则的高能硝酸酯增塑聚醚推进剂开裂过程细观模型[J]. 兵工学报, 2020, 41(11): 2206-2215. |
[3] | 吴文龙, 丁亚军, 应三九. 超临界二氧化碳在球扁药中的溶解性能研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(10): 1965-1970. |
[4] | 欧亚鹏, 闫石, 焦清介, 郭学永, 孙亚伦. 浇注高聚物粘结炸药的粘结剂体系设计及其应用研究[J]. 兵工学报, 2018, 39(1): 63-70. |
[5] | 张中威, 谭业发, 屠义强, 董贵杨, 杨自双. 球磨-液相氧化短碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能[J]. 兵工学报, 2013, 34(7): 869-875. |
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