凝胶态云爆剂用实验室高温老化实验系统技术方案

本发明专利技术公开了凝胶态云爆剂用实验室高温老化实验系统，包含密封罐、敞口式高温老化系统、光纤光栅传感系统。凝胶态云爆剂放入密封罐中，光纤光栅的传感器端竖直埋入样品中，光纤端接解调仪，解调仪连接到工控机。密封罐放入敞口式高温老化炉中进行老化试验，传感器实时采集样品的温度和应变数据，绘制成监测曲线，可观察到样品在老化试验中的温度和应变变化。本发明专利技术消除了硝酸异丙酯受热挥发到空气中造成的爆炸隐患，保障了凝胶态云爆剂热老化试验的安全性。本发明专利技术首次实时监测凝胶态云爆剂老化样品的温度和应变的变化，解决了火炸药样品老化试验时处于“黑箱”模式，不能及时得到样品信息的问题。本发明专利技术还可用于凝胶态云爆剂寿命预估等。

Laboratory high temperature aging experimental system of gel cloud detonation agent

The invention discloses a laboratory high-temperature aging experimental system for a gel cloud explosive, comprising a sealed tank, an open high temperature aging system and an optical fiber grating sensing system. The gel cloud detonation agent is placed in the sealed tank, and the sensor end of the optical fiber grating is vertically embedded in the sample, and the optical fiber terminal is connected with a demodulator, and the demodulator is connected to an industrial computer. The sealing tank into an open furnace for high temperature aging aging test, real-time acquisition of the temperature and strain sensor sample data, draw the monitoring curve, can be observed in the sample in the aging temperature and strain variation in the test. The invention eliminates the explosion hidden danger caused by the volatilization of isopropyl nitrate into the air by heating, and ensures the safety of the thermal aging test of the gel cloud explosion agent. The invention is the first time to monitor the change of the temperature and strain of the gel cloud explosive aging sample, and solves the problem that the sample of the explosive explosive powder is in the \black box\ mode and can not obtain the sample information in time. The invention can also be used for predicting the lifetime of a gel cloud detonation agent.

【技术实现步骤摘要】
凝胶态云爆剂用实验室高温老化实验系统
本专利技术属于含能材料性能测试和研究领域，主要是凝胶态云爆剂的高温老化试验，尤其是凝胶态云爆剂在高温老化试验中的老化状态的监测。
技术介绍
武器装备必须能够保证在各种环境条件下安全贮存和可靠使用，如果环境适应性差，可能造成巨大安全隐患和经济损失。任何武器装备寿命期内的贮存、运输和使用状态均会受到各种气候环境和力学环境的单独、组合和综合的作用。这些作用必然会使武器装备的材料和结构受到腐蚀或破坏，使部件、装备和电子器件性能劣化和功能失常，从而影响其作战效能，并最终导致军事行动失效。同时，现代战争的突发性和战场的不确定性特点，也对武器装备的环境适应性提出了越来越高的要求，在一定意义上，武器装备环境适应性已成为制约武器性能发挥，影响战争进行甚至决定战争胜负的重要因素。美国国防部在20世纪60年代进行的专门调查表明：环境造成武器装备的损坏，占整个使用过程中损坏的50％以上，超过了作战损坏；在库存期，环境造成损坏的比例占整个损坏的60％。为了适应现代战争发展需求，要求火炸药应具有较好的环境适应性，可通过环境试验研究环境适应性。火炸药环境试验可分为自然环境试验和实验室加速老化试验。自然环境试验周期过长、环境因素互相干扰，相对来说实验室加速老化试验可以通过适当提高环境应力水平、控制应力类型和范围，在失效机理不变的情况下，使样品快速发生变化，周期较短。再者考虑安全、成本、试验简便性等因素，也选择先在实验室条件下进行小尺度装药加速试验，通过逐渐放大试样尺寸，进行小尺度试样与全尺度装药的等效模拟，最终达到通过短期的实验室小尺度试验，反应全尺度装药自然环境试验的目的。我国研究了很多固体火炸药的环境适应性，特别是新型高能固体火炸药，必须经过实验室加速老化试验，具有合格的环境适应性后，才能投入使用。凝胶态云爆剂是在固液混合的非均相体系中，加入胶凝剂，使固体组分能稳定地均匀分散在液相体系中。凝胶体系具有一定的触变性，不受外力作用时能保持不流动的半固体状态，当加热、加压或受剪切力作用时，能像液体一样流动。凝胶态云爆剂出现较晚，没有自然环试数据，并且由于自身没有较稳定的力学支撑，不能使用现有的实验室环境试验箱进行老化试验。为保障凝胶态云爆剂在武器型号中可靠使用和推广，急需研究其环境适应性，开展实验室加速老化试验，争取在研制阶段通过优化配方、调整工艺等手段，提高其环境适应性。在各种火炸药全寿命周期接触到的环境影响因素中，高温对火炸药的影响最大，因此火炸药的环境适应性研究一般会先进行高温老化试验。固体火炸药进行实验室高温老化试验时，样品用铝塑袋密封后放置在市售高温箱内进行试验，箱门关闭后，实验箱内为一个密闭小空间，样品在一个较稳定的温度中老化。高温箱内的样品处于一种“黑箱”状态，每隔规定时间取出送实验室进行检测，获得间断性的数据，不能准确获得老化样品性能突变的时间点。很多时候被检测的部分已经不同于试验箱中样品的真实状态，导致有些性能数据不能得到。例如老化样品内部的温度和应变。有些含能组分受热分解产生一定的热量，由于火炸药是热的不良导体，样品中会有一定的热积累，而热积累又催化含能组分的分解，因此很多研究人员都希望得到火炸药样品受热后内部温度的变化，这些温度数据是不可能通过离线检测得到的。同样，样品受热后内部会产生一些应变，应变会导致结构发生变化，但一旦离开老化箱，样品冷却，内部的应变就会发生变化，所以样品离线检测得到的应变数据，其实和老化箱中样品内的应变是不同的。因此，老化过程中火炸药样品内部的温度和应变数据是缺失的。目前主要有两个问题阻碍着凝胶态云爆剂实验室高温老化试验的开展：(1)含能组分挥发带来的危险性。由于凝胶态云爆剂具有一定的触变性，自身力学性能较差，不能采用铝塑袋密封放入环境试验箱进行试验。这是因为云爆剂中含能组分硝酸异丙酯(液体)具有挥发性，在试验过程中很容易逸出凝胶网络，由于气体膨胀性大，铝塑袋会被胀破，硝酸异丙酯分散到整个试验箱内与空气混合，达到一定浓度后，对外界的轻微刺激都很敏感，非常容易燃烧甚至爆炸，安全隐患极大。所以要想进行凝胶态云爆剂的实验室环境试验，需要研制放置凝胶态样品的专用装置。另外还要研究一种敞口式高温炉，即使硝酸异丙酯泄露也不会限制在一个小空间内，不容易达到爆炸极限。(2)不能获得老化过程中样品的真实情况。预估凝胶态云爆剂受热后的样品内部应变会大于固体火炸药，样品受热后内部热积累产生温度升高的现象同其它固体火炸药样品一样值得关注，而这两个重要性能目前并没有能够实时检测的手段，需要研制能获得老化过程中样品内部真实温度应变的检测手段，使老化样品在老化过程中所处的“黑箱”变为“明箱”。本专利技术拟采用密封罐和敞口式高温老化炉两种手段保证试验过程中的安全性。该密封罐能保证高温老化过程中密封良好，含能组分硝酸异丙酯不会泄露。如果万一有少许泄露，由于采用了敞口式高温老化炉，泄露的硝酸异丙酯会被周围空气稀释，不容易达到爆炸浓度。对于上述第二个问题，本专利技术拟在样品中静态埋入光纤光栅传感器，对样品老化过程中的温度、应变进行实时原位监测。光纤光栅传感器检测技术是近几年发展起来的无损监测技术，通过外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息，是一种波长调制型光纤传感器。光纤光栅传感器主要用于应变和温度测量，具有分辨率高、重复性好、可靠性高、测点多和兼容性强等众多优点，可实现稳定的长期监测。在普通光纤中，让纤芯折射率随周期变化就构成了结构最简单的均匀光纤光栅，其传感原理为在光纤纤芯中传播的光将在每个光栅面处发生反射，如果不能满足布拉格条件(入射光与反射光频率相同；入射波矢量与光栅波矢量之和等于反射波矢量)，依次排列的光栅平面反射的光相位将会逐渐变得不同直到最后相互抵消；如果能够满足布拉格条件，每个光栅平面反射回来的光逐步累加，最后会在反向形成一个反射峰，中心波长由光纤参数决定。即光纤光栅实质是一种窄带滤波器，它将很窄频带内的光反射回去(反射率可达90％以上)，而其余频带的光就透射出去。光纤光栅解调仪为光纤传感器提供入射光源，实时解算光纤光栅传感器反射光谱的中心波长值，并可进行实时网络传输，将数据传送到工控机。光纤光栅传感器独特的优点如下：(a)传感头结构简单、体积小、重量轻、外形可变，适合埋入大型结构中，可测量结构内部的温度、应变及结构损伤等，稳定性高、重复性好。(b)与光纤之间存在天然的兼容性，易与光纤连接、低损耗、光谱特性好、可靠性高。(c)具有非传导性，对被测介质影响小，又具有抗腐蚀、抗电磁干扰的特点，适合在恶劣环境中工作。(d)轻巧柔软，可以在一根光纤中写入多个光栅，构成传感阵列，与波分复用和空分复用系统相结合，实现分布式传感。(e)测量信息是波长编码的，所以，光纤光栅传感器不受光源的光强波动、光纤连接及耦合损耗、以及光波偏振态的变化等因素的影响，有较强的抗干扰能力。(f)高灵敏度、高分辨力。目前，光纤光栅传感技术已经成功应用于航空、航天的无损检测当中，同时还可以在地球动力学、化学医药、材料工业、水利水电、核电、船舶、煤矿等领域应用，以及在土木工程中的混凝土组件和结构中测定结构的完整性及内部应变性。凝胶态云爆剂属于凝胶态材料，受热后会产生应变，其中的含能组分分解会导致个本文档来自技高网...

【技术保护点】
凝胶态云爆剂用实验室高温老化实验系统，包含密封罐、敞口式高温老化系统、光纤光栅传感系统。其特征在于：所述密封罐主要包括玻璃反应器[1]、罐体[2]、盖子[6]、固定螺母[8]、密封圈[4]等组件。所述的罐体[2]为上不封口的圆柱体，上端部外圈有向外突出的外固定圈，外固定圈上分布6个等距固定用通孔[3]，罐体上端部内沿[7]比外固定圈上端面低3mm。所述的玻璃反应器[1]为上不封口的圆柱体，外径比罐体[2]内径稍小2～4mm，高度比罐体[2]内沿[7]低2～3mm。所述的盖子[6]为具有一定厚度的圆盘，外径与罐体[2]上端固定圈外径相等，中央有穿透盖子的检测孔[9]，周圈有穿透盖子的6个等距固定用通孔[5]，通孔[5]直径稍大于固定螺母[8]的螺杆外径。盖子[6]内圈平面向下厚度比外圈厚度多2mm。密封圈[4]厚度约1.5mm，放在罐体[2]上端内沿[7]，再将盖子[6]放到罐体[2]上，盖子[6]外圈刚好与罐体[2]的固定圈吻合，盖子[6]内圈与罐体[2]的内沿[7]吻合，6组固定用通孔[5]和[3]对应，拧紧6个紧固螺母[8]，使得盖子[6]与罐体[2]之间紧密配合，实现密封。所述的敞口式高温老化系统由敞口式高温老化炉和控制系统组成，可通过控制系统完成敞口式高温老化炉中加热丝[15]的通电和断电。所述敞口式高温老化炉由外壳[13]、保温层[14]、加热丝[15]、金属块[16]、加热孔[17]、温度传感器[18]等组成。金属块[16]为圆柱体，圆柱侧面刻有以柱轴为圆心的转圈浅槽，加热丝[15]放在浅槽内将圆柱侧面一圈一圈螺旋上升式缠绕。缠绕好加热丝[15]的金属块[16]整体外表面由内向外分别包裹着保温层[14]、外壳[13]。老化炉上平面沿圆周均匀分布8个加热孔[17]，加热孔[17]由上平面向下深入到金属块[16]内部。加热孔[17]分为上下两个圆柱，上圆柱比盖子[6]的直径大3～4mm，高度与紧固螺母[8]高度一样。加热孔[17]的下圆柱深度比罐体[2](不含上固定圈)的高度多3～4mm，内径比罐体[2]下端部外径大6～8mm，但明显小于盖子[6]的直径，使得罐体[2]放进加热孔[17]后，罐体[2]与加热孔[17]下部和侧面都能留有3mm左右的空隙，利于罐体[2]周围冷热空气的混匀。加热孔[17]底面装有温度传感器[18]。在老化炉下方，装有导电环[19]，可以将动力电和温度信号从老化炉内外传进传出。所述的光纤光栅传感系统由光纤光栅传感器[10、11]、光纤[12]、解调仪、工控机组成。解调仪通过网线与工控机相连，工控机装有光纤光栅温度和应变传感系统实时监测软件、光纤光栅温度和应变传感系统数据分析与后处理软件。试验时样品放在玻璃反应器[1]中，玻璃反应器[1]放在罐体[2]中，传感器[10、11]竖直沿轴向埋在样品中，密封圈[4]放在罐体[2]上端内沿[7]上，光纤[12]从检测孔[9]引出密封罐，盖子[6]放在罐体[2]上，使盖子[6]周圈的6个固定孔[5]与罐体[2]的6个固定孔[3]对应，拧紧6个紧固螺母[8]，使罐体[2]和盖子[6]紧密连接，密封罐组装完毕；用环氧胶密封检测孔[9]和光纤[12]之间的空隙，将整个密封罐竖直静置12小时以上，使环氧胶固化；将光纤[12]接到光纤光栅解调仪；将敞口式高温老化炉升温至老化温度，将密封罐放入加热孔[17]，开始监测样品的温度和应变，获得的温度应变信号通过网线传输到工控机，通过工控机实时采集温度和应变数据，绘制成监测曲线，观察密封罐中样品在老化试验中的温度和应变变化。...

【技术特征摘要】
1.凝胶态云爆剂用实验室高温老化实验系统，包含密封罐、敞口式高温老化系统、光纤光栅传感系统。其特征在于：所述密封罐主要包括玻璃反应器[1]、罐体[2]、盖子[6]、固定螺母[8]、密封圈[4]等组件。所述的罐体[2]为上不封口的圆柱体，上端部外圈有向外突出的外固定圈，外固定圈上分布6个等距固定用通孔[3]，罐体上端部内沿[7]比外固定圈上端面低3mm。所述的玻璃反应器[1]为上不封口的圆柱体，外径比罐体[2]内径稍小2～4mm，高度比罐体[2]内沿[7]低2～3mm。所述的盖子[6]为具有一定厚度的圆盘，外径与罐体[2]上端固定圈外径相等，中央有穿透盖子的检测孔[9]，周圈有穿透盖子的6个等距固定用通孔[5]，通孔[5]直径稍大于固定螺母[8]的螺杆外径。盖子[6]内圈平面向下厚度比外圈厚度多2mm。密封圈[4]厚度约1.5mm，放在罐体[2]上端内沿[7]，再将盖子[6]放到罐体[2]上，盖子[6]外圈刚好与罐体[2]的固定圈吻合，盖子[6]内圈与罐体[2]的内沿[7]吻合，6组固定用通孔[5]和[3]对应，拧紧6个紧固螺母[8]，使得盖子[6]与罐体[2]之间紧密配合，实现密封。所述的敞口式高温老化系统由敞口式高温老化炉和控制系统组成，可通过控制系统完成敞口式高温老化炉中加热丝[15]的通电和断电。所述敞口式高温老化炉由外壳[13]、保温层[14]、加热丝[15]、金属块[16]、加热孔[17]、温度传感器[18]等组成。金属块[16]为圆柱体，圆柱侧面刻有以柱轴为圆心的转圈浅槽，加热丝[15]放在浅槽内将圆柱侧面一圈一圈螺旋上升式缠绕。缠绕好加热丝[15]的金属块[16]整体外表面由内向外分别包裹着保温层[14]、外壳[13]。老化炉上平面沿圆周均匀分布8个加热孔[17]，加热孔[17]由上平面向下深入到金属块[16]内部。加热孔[17]分为上下两个圆柱，上圆柱比盖子[6]的直径大3～4mm，高度与紧固螺母[8]高度一样。加热孔[17]的下圆柱深度比罐体[2](不含上固定圈)的高度多3～4mm，内径比罐体[2]下端部外径大6～8mm，但明显小于盖子[6]的直径，使得罐体[2]放进加热孔[1...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾林，张皋，张林军，于思龙，顾妍，王琼，杜姣姣，张冬梅，王芳芳，刘文亮，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61