CN103940534B

CN103940534B - 用于测试热固性浇注pbx固化应力的应变片组件及测试方法

Info

Publication number: CN103940534B
Application number: CN201410130965.2A
Authority: CN
Inventors: 高立龙; 陈春燕; 王晓峰; 南海; 李昆; 孙培培; 李巍; 席鹏; 李媛媛; 郭昕; 倪冰; 牛余雷; 郑亚峰; 王永顺
Original assignee: Xian Modern Chemistry Research Institute
Current assignee: Xian Modern Chemistry Research Institute
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2034-04-02
Also published as: CN103940534A

Abstract

本发明涉及用于测试热固性浇注PBX固化应力的应变片组件及测试方法。所涉及的用于测试热固性浇注PBX固化应力的应变片组件包括基材和包覆在基材中的应变片，所述应变片在所述基材中呈平铺状，所述基材的成分为：端羟基聚丁二烯、己二酸二辛酯、铝粉、2,4‑甲苯二异氰酸酯和三苯基铋。所涉及的热固性浇注PBX固化应力的测试方法包括、应变片组件的校准、布置应变片组件和浇注弹体及固化过程应力的测试。本发明的应变片组件可以随意的放入浇注PBX内部的不同位置，在测试过程中基材与药浆相容性好，有了基材的保护应变片不会卷曲也不会受到液态药浆的腐蚀，对浇注PBX固化应力的测试效果显著。

Description

用于测试热固性浇注PBX固化应力的应变片组件及测试方法

技术领域

本发明属于火***性能检测技术领域，具体涉及用于测试热固性浇注PBX固化应力的应变片组件及测试方法。

背景技术

热固性浇注PBX固化应力的大小直接影响***细观物理结构、力学性质的均匀性及***内部气泡、空穴、不规则形貌、硬质杂质和密度间断等缺陷的分布。上述这些现象又直接影响浇注PBX发射过程的安全性。所以测试在一定固化工艺下固化应力的大小及分布，寻找影响固化应力大小的因素对浇注PBX缺陷的控制至关重要，在此研究中的重点是如何准确的获得浇注PBX内部不同位置固化应力的数值。

现有技术对浇注PBX固化应力的测试一般都是先将应变片粘贴在装有热固性浇注PBX的弹体外壳上，通过监测弹壳的应变，运用胡克定律计算出弹体内***的固化应力。此固化应力只能代表弹内物质的总应力，无法获得弹体内不同位置处***的固化应力。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的技术目的之一是提供一种用于测试热固性浇注PBX固化应力的应变片组件。

为此，本发明提供的用于测试热固性浇注PBX固化应力的应变片组件包括基材和包覆在基材中的应变片，所述应变片在所述基材中呈平铺状，所述基材的成分为：端羟基聚丁二烯、己二酸二辛酯、铝粉、2,4-甲苯二异氰酸酯和三苯基铋。

优选的，所述应变片位于所述基材中的中心位置。

优选的，所述基材的密度为1.62g/cm³～1.70g/cm³。

优选的，所述铝粉的颗粒度d₅₀为13μm，铝粉的质量百分比为80%～81%，己二酸二辛酯的质量百分比为10%～11%，端羟基聚丁二烯的质量百分比为7.26%～8.74%，2，4-甲苯二异氰酸酯的质量百分比为1.04%～1.25%，三苯基铋的质量百分比为0.01%，且各组分的质量百分比和为100%。以确保固相在液相中不出现沉降，同时满足浇注对料浆密度和粘度的要求。

优选的，所述基材的厚度为1.9～2.2mm，所述基材的面积与所述应变片的面积比为2.25～5.06。以确保根基材与应变片保持同步变形，并且应变系数稳定。

针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的之二是提供一种热固性浇注PBX不同位置固化应力的测试方法。

为此，本发明提供的热固性浇注PBX固化应力的测试方法包括：

（1）应变片组件的校准：确定基材应变值与应变片应变值的应变系数，所述基材应变值与应变片应变值的应变系数为基材应变值与应变片应变值的比值；

（2）布置应变片组件：根据测试弹体药浆需要测试的位置在浇注模具中布置应变片组件。

（3）浇注弹体及固化应力的测试：于浇注模具中浇注药浆，并利用应变片组件测试相应位置处固化过程的应力。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）本发明的应变片组件中基材与测试药浆密度相近，在测试大型弹体不同深度固化应力时，基材可以准确的固定在所需测试的部位，且不会出现基材与药浆的相容性问题。

（2）应变片被基材通过固化网络紧紧包裹，解决了应变片与基材的粘贴和应变片的腐蚀问题。

（3）本发明的应变片组件中基材与应变片的变形同步性一致，应变系数恒定，解决了测试数据的稳定性和可靠性问题。

综上，本发明的应变片组件可以随意的放入浇注PBX内部的不同位置，在测试过程中基材与药浆相容性好，有了基材的保护应变片不会卷曲也不会受到液态药浆的腐蚀，对浇注PBX固化应力的测试效果显著。

附图说明

图1为测试浇注***固化应力时基材在弹体中的布置图；

图2是厚为1.0mm基材和固化在基材中应变片的应变；

图3是厚为2.0mm基材和固化在基材中应变片的应变；

图4是厚为4.0mm基材和固化在基材中应变片的应变；

图5是面积为6×12mm基材和固化在基材中应变片的应变；

图6是面积为10×20mm基材和固化在基材中应变片的应变；

图7为浇注***固化过程中基材1中应变片测试到的应变曲线；

图8为浇注***固化过程中基材2中应变片测试到的应变曲线。

具体实施方式

利用现有应变片（如中航电测制备的BB120-44A(11)250耐高温应变片）直接布放到浇注PBX***内进行固化过程应力测试时，由于现有应变片尺寸小，在受到药浆固化过程中的热应力后会发生卷曲、飘动，且应变片与***药浆之间相容性不好，会导致应变片腐蚀，无法获得弹体内***不同位置的固化应力。因此有必要制备一种应变片基材,以解决现有应变片在测试液-固转变过程中固化应力时所存在的问题。针对浇注***固化应力量化的需要，本发明利用热固性基材包裹应变片的思路，对浇注***在不同固化温度下固化过程中固化应力进行实时测量和记录，已达到固化应力准确量化的目的，从而为固化工艺参数的设置提供数据支持。

关于基材配方的确定，本发明研究过程中进行的主要研究如下：

为了测试固化应力时应变片可以处于弹体药浆内的任意部分，所制基材的密度应与药浆的密度接近，同时为了确保基材和药浆的相容性及减小制备过程的危险性采取基材成分与浇注PBX的成分相近并去掉含能成分。基材成分为：端羟基聚丁二烯、己二酸二辛酯、铝粉、2,4-甲苯二异氰酸酯和三苯基铋。

考虑基材的浇注和应变片组件的制作，对颗粒度d₅₀为5μm，13μm，26μm铝粉含量对密度的影响发现，这几种粒度铝粉的质量百分比含量在80%-81%间变化时，料浆中的铝粉不会发生沉降，均匀性好。在此基础上，进行了铝粉粒度对密度和粘度的影响实验研究。结果见表1，根据粘度和密度的基本要求，最终确定颗粒度d₅₀为13μm铝粉。

表1铝粉粒度与料浆密度和粘度的关系

关于基材厚度的确定，基材和应变片应变同步性测试，发明人进行的主要试验说明如下：

（1）试件准备

拉力试验机拉伸夹具的宽为40mm，做拉伸试验时夹具夹住试件的部位为50mm，分为上下两个夹具，所以试件的最小长度为100mm，因为所用应变片的面积为4×8mm，作拉伸实验时应变片需处于拉伸夹具的正中间，所以上下夹具之间的最小距离为8mm。因为夹具不能接触到应变片以避免应变片的损坏，再考虑到夹具的装配，所以上下夹具在做基材拉伸实验时的最小距离为20mm。基材试件的最小长度为20mm+50mm+50mm=120mm。

按照应变片组件的制作方法制作尺寸（厚×宽×长）为1×40×120mm，2×40×120mm，4×40×120mm的带有应变片的基材各十个，基材内的应变片尺寸为4×8mm，应变片处于各基材的中心位置。进行基材与应变片应变同步性测试。

应变片组件的制作方法为：

①配置基材药浆：按照配方要求准确称取端羟基聚丁二烯和己二酸二辛酯在80℃混合，脱水处理4h降温至60℃，加入铝粉，60℃真空捏合1h，加入2,4-甲苯二异氰酸酯与三苯基铋的混合物真空搅拌20分钟，浇注进2×40×120mm的聚四氟乙烯模具形成1mm厚的薄膜（通过称重法控制：浇注进聚四氟乙烯模具的料浆质量为料浆密度乘以一半厚模具的体积），抽真空去除因浇注带入的气泡，振动模具使料浆平整铺满一半厚模具。

测试此胶液60℃出现凝胶现象的时长为488min，此时胶液粘结性最好，应变片可以平整粘贴于料浆表面。在60℃固化488min时将应变片平整贴在凝胶状料浆的表面，如上配制新的料浆浇注进模具最终形成2×40×120mm的基材。

②通过硬度法确定完全固化时长，当60℃固化4天硬度达到62HA时，基材硬度不再发生变化，所以此基材的固化工艺为60℃固化4天。固化完成后，关掉烘箱电源，待基材冷却到室温时，脱模得到带有应变片的2×40×120mm的基材

基材的基本性能参数为：密度1.62g/cm³～1.70g/cm³；拉伸模量15.6-20.0Mpa。

（2）试验内容

①将试件置于电子万能试验机两夹具之间，并以较小速度调整拉伸机两夹具之间距离，使试件与夹具紧密连接，此时为临界状态，应变为零；

②控制启动试验机使其等位移（2mm/min）运动开始拉伸试验；

③记录应变曲线。

（3）试验结果及分析

通过对固化前后***尺寸的对比，认为因固化应力导致的***应变在6%以内，检验基材应变应大于6%才能确保测试到***的应变值。现有技术下所制备基材的最大应变为11%，（当应变大于11%时，基材发生破坏）。所以测试基材与应变片应变线性同步性的最大值定为11%。

分别对1.0mm、2.0mm、4.0mm厚的基材进行拉伸实验，以测试基材与应变片的变形的同步性。实验方法如下：

拉伸夹具以2mm/min等速运行，试件设定4分钟，即拉伸8.0mm；结合拉伸件尺寸，可知拉伸应变约为11%，将拉伸件4分钟内应变与时间的关系作图如图2、图3和图4。

图2为1.0mm厚基材和固化在基材中应变片的应变，从图2可见固化在1.0mm厚基材中的应变片在基材受到11%的应变时间内，应变片在基材应变为0.041时发生脱粘现象，基材继续应变时，应变片没有发生应变，此现象说明1.0mm厚基材与应变片的粘贴不好，在基材发生11%的应变时间内，应变片应变不能达到线性增长的要求。

图3为2.0mm厚基材和固化在基材中应变片的应变，从图3可见基材和应变片在等速拉伸时应变与时间成线性关系，线性系数都达到0.9990以上。基材与固化在基材中的应变片能达到同时应变的效果，只是在受到相同外力时，两者变形的大小不一。此现象说明2.0mm厚基材可以满足测试固化应力的要求，但是需要寻找固化在基材中的应变片和基材本身受到外力时应变值之间的关系。

图4为4.0mm厚基材和固化在基材中应变片的应变，从图4可见基材在受到外力作用时应变与时间成线性关系，而固化在基材中应变片的应变与时间没有呈线性关系。这使得采用应变片测试到的应变值很难准确计算出基材的应变。此现象说明4.0mm厚基材不满足测试固化应力的要求。

在上述应变同步性测试中，发现固化在2.0mm厚基材中的应变片在基材受到外力时与基材的变形同步性较好，应变片的应变成线性。进一步采用上述方法对2.0mm厚基材厚度的范围进行确定，当基材厚度为1.90-2.20mm范围内时基材与应变片变形同步性较好，应变片应变成线性。

关于基材面积的确定，发明人进行的相关主要试验说明如下：

因为应变片面积很小，基材的面积也会很小，拉伸试验夹具已不能完成实验，所以选压缩实验来测试基材和应变片应变的同步性以确定基材面积的大小。实验方法为在带有应变片的基材上施加一定的压力，从万能试验机上获得的基材压缩应变值与从动态应变仪上获得的应变片压缩应变值进行比较，以此确定基材的面积。

发明人初步选用的应变片尺寸（长×宽）为4×8mm，暂定基材面积为6×12mm，7×14mm，8×16mm，9×18mm，10×20mm，11×20mm，同时进行上述面积下2mm厚基材及应变片的同步性测试。结果显示面积为6×12mm，7×14mm，8×16mm，9×18mm的基材同步性及应变线性都较好，测试如图5。面积为10×20mm，11×20mm的基材的变形线性不好，测试如图6。

所以在长宽比遵循应变片长宽比的前提下，基材与应变片的面积比范围为2.25～5.06。

以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案作进一步解释说明。

实施例：

该实施例中，采用YE3818动态应变仪（通用动态应变放大器），120Ω的BB120-44A(11)250耐高温应变片，对1000ml热固性PBX固化过程弹体内两个不同位置的固化应力进行测试，其中固化温度为80℃。试验数据通过HBM公司GEN5i进行采集，采集频率为10/s,采集周期为18h。

热固性浇注PBX的成分为：端羟基聚丁二烯、铝粉、己二酸二辛酯、2,4-甲苯二异氰酸酯、三苯基铋、黑索金和奥克托金，密度为1.62g/cm3～1.70g/cm3。

基材的基本性能参数为：密度1.64g/cm3；拉伸模量15.6Mpa；厚2mm,长12mm，宽6mm；应变片的长为8mm，宽4mm。

测试步骤：

（1）制作2.0×6.0×12.0mm基材10个，进行基材与应变片间应变值系数的校准。通过压缩测试法进行变形同步性标定确定基材应变值与应变片应变值的应变系数，具体用万能试验机上的基材应变数据除以应变仪得到的直接测试数据，即可得到基材应变值与应变片应变值的应变系数。10次测试的校准值为1.96、1.96、1.96、1.97、1.96、1.96、1.95、1.96、1.95、1.97。10次校准值的平均值为1.96。即基材应变值为应变片应变值的1.96倍。

（2）如图1所示，将应变片组件1布置于浇注模具3中，该实施例中布置两个应变片组件，图1所示，上部位置为位置一，下部位置为位置二，预先制备一用来固定基材的长方形铁架2，将应变片组件通过引线固定在铁架上，然后将铁架用环氧胶液竖直粘贴在弹底；

（3）往浇注模具内注入测试药浆；

（4）将弹体放入固化烘箱；同时将应变片上的引出线与应变仪相连，开启电源进行测试。随着固化反应的进行，固化应力将直接作用在基材上引起基材的变形，从而导致基材内应变片的变化，根据应变仪得到的应变数据计算应力的大小。

动态应变仪测试到的弹体内不同位置处的应变时间曲线如图5和图6，从图5和图6中即可得到固化过程某一时刻应变片测试到的应变值，根据基材应变值为应变片应变值的1.96倍，即ε_基材=1.96ε_测试，然后根据公式σ=Eε计算应力的大小。σ为测试的应力；E为基材的弹性模量，E=15.6Mpa；ε_基材为基材的应变；ε_测试为测试的应变。

该实施例弹体内不同位置浇注PBX在不同固化时刻的固化应力（固化过程中的应力）见表2。

表2不同固化时间浇注***的固化应力

时间/小时	位置1固化应力/Pa	位置2固化应力/Pa
			0	0	0
7.1	737	787
			8.3	981	1030
10.7	542	603
			12.5	333	435
17.2	102	150
			23.6	95	159
47.3	32	58

Claims

1.一种用于测试热固性浇注PBX固化应力的应变片组件，其特征在于，该应变片组件包括基材和包覆在基材中的应变片，所述应变片在所述基材中呈平铺状，所述基材的成分为：端羟基聚丁二烯、己二酸二辛酯、铝粉、2,4-甲苯二异氰酸酯和三苯基铋；

所述铝粉的颗粒度d₅₀为13μm，铝粉的质量百分比为80％～81％，己二酸二辛酯的质量百分比为10％～11％，端羟基聚丁二烯的质量百分比为7.26％～8.74％，2，4-甲苯二异氰酸酯的质量百分比为1.04％～1.25％，三苯基铋的质量百分比为0.01％，且各组分的质量百分比和为100％。

2.如权利要求1所述的用于测试热固性浇注PBX固化应力的应变片组件，其特征在于，所述应变片位于所述基材中的中心位置。

3.如权利要求1所述的用于测试热固性浇注PBX固化应力的应变片组件，其特征在于，所述基材的密度为1.62g/cm³～1.70g/cm³。

4.如权利要求1所述的用于测试热固性浇注PBX固化应力的应变片组件，其特征在于，所述基材的厚度为1.9～2.2mm，所述基材的面积与所述应变片的面积比为2.25～5.06。