【摘要】 本文通过TMA/DMA技术深入解析复合多层片状发射药的热膨胀系数与动态力学性能，揭示HMX材料在223-336K温度区间的热机械行为特征，为含能材料研发提供关键测试数据。

1. 材料特性与测试方法

双基(DB)火炮发射药作为中小口径武器核心装药，由硝化纤维素与硝化甘油复合体系构成。本研究重点针对复合多层片状火炮发射药的热机械特性，采用热机械分析仪(TMA)与动态机械分析仪(DMA)进行系统性测试，其优异的燃烧渐进性可提升弹丸初速达12-15%。

 

图 1. 不同样品的储能模量曲线[1]。

 

2. 热膨胀特性研究

 

2.1 温度对CTE的影响

实验数据显示，在58-253K宽温域范围内：

  • HMX材料热膨胀系数(CTE)呈现显著温度依赖性
  • 典型CTE值分布于(5.1-6.6)×10⁻⁵ K⁻¹区间
  • 升温速率每增加5K/min，CTE波动幅度达±7.2%

 

2.2 材料结构响应

通过TMA测试发现：

温度区间(K)

平均CTE(10⁻⁴/K

结构变化特征

223-250

0.180±0.005

分子链刚性阶段

250-310

0.205±0.008

次级转变起始区

310-336

0.208±0.010

玻璃化转变过渡区

 

3. 动态力学性能解析

 

3.1 储能/损耗模量演变

DMA测试揭示关键转变温度点：

  • 玻璃化转变温度Tg：223.01-223.50K（置信度95%）
  • 次级转变温度：336.07K（对应β松弛过程）

图2.不同样品的未改性和改性损耗模量曲线[1]。

 

3.2 热-力耦合效应

测试数据显示：

  • 温度每升高10K，储能模量下降8.3-12.5MPa
  • 几何收缩系数α与温度呈负相关（R²=0.972）
  • 在Tg以上区域，损耗模量占比提升至63±5%

 

4. 数据修正与工程应用

采用CTE修正模型后：

  • 储能模量测量误差由±7.8%降至±2.1%
  • 损耗模量峰值定位精度提高40%
  • 建立温度-模量修正方程：E'corr = E'×(1+αΔT)

 

5. 结论与展望

本研究通过TMA/DMA联用技术，建立复合多层含能材料热-力性能数据库，关键发现：

1.确定CTE修正对动态模量测试的必要性

2.发现336K次级转变对材料流动性的调控作用

3.提出温度梯度下材料刚度衰减模型

 

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