PDF《颗粒级配技术及其在含能材料中的应用》

η a 为悬浮体系的表观粘度. (

4 ) 式为一个兼有上、 下界约束的混料模型, 其利 益区域为( n-

1 ) 堆空间的一个不规则凸多面体, 其顶 点和重心即为颗粒级配的试验点, 混料回归设计可使 试验点最少且又布局合理, 有代表性, 最佳点一定落在

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1 第 9卷 含能材料试验区域内. 对于实际颗粒填充体系, 固体含量一般为

8 0 % ~

9 0 %( w t . ) , 换算成体积分数 , 以RDX颗粒为例, 取值范围为

0 .

6 5~0 .

8 0 .根据紧密排列理论, 由大、 中、 小三种尺寸颗粒的空隙率 ε

1 、 ε

2 、 ε

3 , 按(

5 ) 式可求 出三种尺寸颗粒体积分数 x

1 、 x

2 和x3的取值范围, 即 混料模型的上、 下界 a

1 、 b

1 , a

2 、 b

2 , a

3 、 b

3 . x

1 = ( 1-ε

1 ) 1-ε

1 ε

2 ε

3 = 1-ε

1 x

2 = ( 1-ε

2 ) ε

1 1-ε

1 ε

2 ε

3 = ( 1-ε

2 ) ε

1 x

3 = ( 1-ε

3 ) ε

1 ε

2 1-ε

1 ε

2 ε

3 = ( 1-ε

3 ) ε

1 ε

2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? (

5 ) 采用分枝构造法计算凸多面体的顶点和重心坐 标, 即为所设计的级配试验点, 通过对悬浮体的流变性 试验, 得到流变模型[

6 ] : η a =9

8 6x

1 +2

6 5x

2 -6

7 9x

3 -29

8 2x

1 x

2 -

16 2

5 x

1 x

3 +30

9 5 x

2 x

3 Σ

3 i =

1 x i =1 η a =η ? ? ? ? ? ? ? mi n (

6 ) 用非线性规划方法求解模型(

6 ) , 得到悬浮体系 表观粘度 η a 为最小的颗粒分数, 即为最佳级配.在以 R D X为基的 E C X体系, 当固相含量质量分数为

9 0 % 时, 悬浮体系粘度的预测值为 η a =

4 5 0P a ・s , 而实测 粘度为

4 6 5P a ・s , 与预测值十分吻合.

3 颗粒级配的应用

3 .

1 颗粒级配及固液悬浮体系流变性能的关系 在由固相颗粒和液相载体组成的悬浮体系中, 体 系的粘度大小与流动形变时的能量耗散有关.单位体 积中有效流动相的体积分数 e f f 越大, 能量耗散速率 就越快, 悬浮体系的粘度 η a 越小, 即ηa与eff成反比, 而与固相含量 s 成正比.在悬浮体受外力作用发生 形变或流动时, 颗粒间存在不能流动的液体区 ( 如图

3 , 颗粒间的阴影部分) , 这部分体积相当于增加了体 系的固相含量, 故单一颗粒填充体系的空隙率较大, 组 成悬浮体的粘度也较大. 采用双级配时, 大颗粒之间的空隙由于填充了小 颗粒, 不仅减小了空隙率, 而且使空隙中液体被挤出, 有效流动体积分数 e f f 增大, 体积粘度降低.采用三 级配模型时, 体系空隙率 ε m 进一步减小, e f f 进一步增 大, η a 更低.理论上讲, 级配数越多, 排列越紧密, 则 体系粘度越低.图 4给出了 T N T / R D X悬浮体系中双 级配的 R D X颗粒与游离 T N T体积的关系. 图3非有效流动颗粒模型 F i g .

3 Mo d e l o f n o n e f f e c t i v es t r e a m i n gp a r t i c l e s 图4TNT/RDX悬浮体系中双级配 R D X颗粒与 游离 T N T体积的关系 F i g .

4 R e l a t i o nb e t w e e nd o u b l e g r a d e dR D Xp a r t i c l e sa n d f r e eT N Tv o l u m ei nT N T / R D Xs u s p e n s i o ns y s t e m 在实际应用中, 由于颗粒尺寸分布范围较窄, 又要 满足相邻两级配粒径比的要求, 无法得到较多的颗粒 粒级来, 另一方面, 颗粒的形状也不规则, 级配数过多 时, 较小粒径的颗粒就会将较大粒径颗粒排挤开, 产生 所谓干涉现象, 反而使填充体系的空隙率增大, 从而造 成不能流动的阴影区增大, 有效流动相体积分数降低, 悬浮体粘度增大的现象.以致于在 R D X为基的浇注 固化炸药中, R D X采用四级配方式时, 体系粘度反而 高于三级配体系的情况. 从悬浮体系的粘度预估公式[