PDF《颗粒级配技术及其在含能材料中的应用》

0 .

4 1

4 d

1 ,这种不紧密的 排列情况实际上就存在干涉现象. 设: 大、 小颗粒堆积的空隙率分别为 ε

1 、 ε

2 , 大小 颗粒所占的体积分数为

1 、

2 , 则1=1-ε

1 1-ε

1 ε

2

2 = ( 1-ε

2 ) ε

1 1-ε

1 ε ? ? ? ? ? ? ?

2 (

1 ) 大、 小颗粒级配后, 体系的空隙率为 ε m ε m =1- 1-ε

1 [ 1+ε

1 (

2 .

6 2 K-1 .

6 2 K

2 )

1 ] (

2 ) 式中, K=d 2/ d

1 . 由于实际颗粒形状均为非球形, 颗粒排列一般介 于紧密排列和自由排列之间, 假设 ε

1 =ε

2 =ε , 取ε=

4 0 %, 那么代入(

1 ) 式可得到大、 小颗粒体积分数的理 论估算值:

1 = 1-ε 1-ε

2 =

1 1+ε =

1 1+0 .

4 =7

1 %

2 = ( 1-ε ) ε 1-ε

2 = ε 1+ε =

0 .

4 1+0 .

4 =2

9 % 由此, 可以得到双级配颗粒 填充体系的空隙率εm=26.26%. 利用双级配模型(

1 ) ,采用极值有理逼近法[

5 ] 对 黑索今( R D X ) 的大、 小颗粒(平均粒径分别为d1=300μ m 和d2=50μ m ) , 进行颗粒级配的优化设计和实 验, 得到小颗粒比例为

2 =3

0 % ~3

2 % 时, 填充体系 具有最大的堆 积密度ρ堆=1.351g / c m

3 ,其空隙率为

2 5 %, 与理论计算值相吻合.而单独的大、 小颗粒分别填 充时, 其堆积密度分别为

1 .

1 1 2g / c m

3 和0.833g / c m

3 . 空隙率分别减小

1 3 .

2 %和28.7%. 图2悬浮体系的表观粘度与小颗粒含量的关系 F i g .

2 A p p a r e n t v i s c o s i t yo f s u s p e n s i o ns y s t e m v . s .c o n t e n t o f s m a l l p a r t i c l e s 在由

7 0 %固相 R D X颗粒与

3 0 %液相 T N T组成的 悬浮体系和

8 8 %R D X/

1 2 %液体聚合物组成的浇注固 化炸药( E C X ) 体系中, 当小颗粒 R D X的2=3

0 %左 右时, 体系的表观粘度最低( 如图 2所示) , 其浇注流 变性能最好, 有利于保证装药质量和进一步提高悬浮 体系的固相含量. 上述实验结果与理论估算的级配比例十分吻合.

2 .

2 多级配模型 双级配模型虽然较单一颗粒填充排列更紧密, 但 体系仍存在较大的空隙率, 欲进一步减小空隙率, 则需 采用多级配模型. 多级配颗粒模型的理论求解十分复杂, 一般采用 实验法确定, 可用下面模型来表示: 0≤ x i≤

1 Σ n i =

1 x i =1 ρ 堆=ρ ? ? ? ? ? ? ? m a x (

3 ) 式中, x i为第 i 粒级颗粒的体积分数;

n为级配数;

ρ 堆 为颗粒级配后的堆积密度. 根据最紧密排列理论, n越大, 则ρ堆越大, 但实际 应用中颗粒的粒径分布范围是有限的( 工业生产的单 质炸药颗粒度分布为

5 0~

3 0 0μ m .根据干涉论[

2 ] : 相 邻两级颗粒粒径之比大于

6 . 4时, 小颗粒的填充才不 会对大颗粒的排列造成干涉而使堆密度 ρ 堆 降低.因 此实践中不可能分出那么多粒级来, 且由于颗粒形状 不规则, 级配数 n太大时, 干涉作用明显.因而在实际 应用中一般采用间断级配方式.对于常用的单质炸药 颗粒的粒度分布, n最大可取 3~4 .本文取 n=3 , 即 采用三级配颗粒模型. 对于固液相悬浮体系, 固相填料排列愈紧密, 则相 同固相含量下体系的粘度越小, 为了消除干固体填料 堆积与实际悬浮体系中排列的差异, 我们将模型(

3 ) 转化为下面形式: 0≤ a i≤ x i≤ b i≤

1 Σ

3 i =

1 x i =1 η a =η ? ? ? ? ? ? ? m i n (

4 ) 式中, a i , b i分别为第 i 粒级颗粒体积分数 x i的上、 下界;