高温下凝胶态云爆剂交联状态变化规律检测系统技术方案

本发明专利技术公开了高温下凝胶态云爆剂交联状态变化规律检测系统，包含专用样品瓶、密封垫、连接帽、辅助棒及低场核磁共振仪LF‑NMR。凝胶态云爆剂样品放入专用样品瓶；连接帽下部套在样品瓶颈上，密封垫放在连接帽下部和样品瓶之间，拧紧连接帽密封；连接帽上部拧上辅助棒。组装好后样品瓶在最下竖直放入LF‑NMR样品槽进行高温试验。LF‑NMR检测样品的横向弛豫时间T

Detection system of variation of gel state of cloud detonation agent at high temperature

The invention discloses a gel state variation of cloud detonation crosslinking state detection system under high temperature, including special sample bottle, a sealing gasket, a connecting cap, auxiliary rod and low field nuclear magnetic resonance spectrometer LF NMR. The sample of the gel cloud detonation agent is placed in a special sample bottle; the lower part of the connecting cap is sheathed on the sample bottleneck; the sealing pad is placed between the lower part of the connecting cap and the sample bottle; the sealing cap is screwed and sealed; the upper part of the connecting cap is screwed with an auxiliary rod. Assembled in the vertical sample bottle into the LF NMR high temperature test sample cell. Transverse relaxation time T LF NMR samples

【技术实现步骤摘要】
高温下凝胶态云爆剂交联状态变化规律检测系统
本专利技术属于火炸药样品理化性能检测和研究领域，主要是含高分子组分的火炸药样品的交联状态的检测和研究，尤其是凝胶态云爆剂在高温试验中交联状态的变化规律的检测和研究。
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，可通过环境试验进行环境适应性的研究。火炸药环境试验可分为自然环境试验和实验室(加速老化)环境试验。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)环境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，因此实验周期较短。再者考虑安全、成本、试验简便性等因素，一般会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)环境试验，具有合格的环境适应性后，才能投入使用。凝胶态云爆剂是一种新型面杀伤式炸药。凝胶态云爆剂通过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。整个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。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。拟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，使其具有合格的环境适应性。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首先会进行高温老化试验，研究火炸药的高温耐受性。同时还可以通过高温老化试验，获得不同高温下样品失效时间，预估出常温下火炸药的安全贮存寿命。由于高分子胶凝剂的加入，使得原本液固型组分分布不均匀的云爆剂的物理状态发生了“质的变化”——保持体系均匀、无沉降，同时还在一定程度上抑制了云爆剂中小分子液体的挥发。“不足之处”是改变了装药受到环境应力后的变化模式，而这种变化模式是从没有研究过的，对所有火炸药研究者和使用者都是陌生的。从初期调研情况推测，交联状态极有可能是样品环境试验中性能发生变化的关键参量之一。因此需要研究样品在高温老化试验中交联状态的变化规律。凝胶态云爆剂样品中的高分子胶凝剂的交联状态是物理交联，不能用传统的“平衡溶胀法”进行检测。“平衡溶胀法”适合于化学交联的样品，不适合物理交联的样品。这是因为没有一种合适的溶剂，恰好既不破坏凝胶态样品的物理交联网络，又能将其它组分溶解。所以“平衡溶胀法”不能用于检测凝胶态云爆剂的交联状态。另外，“平衡溶胀法”还具有测量周期长、测试过程繁琐，不能做到无损、在线检测的众所周知的缺点。为获得物理交联的凝胶态云爆剂在高温下的交联状态变化规律，拟采用近些年在民品行业新兴的交联状态的检测手段——低场核磁共振技术LF-NMR。LF-NMR主要应用于橡胶、塑料、食品、生命科学、地球物理、水泥基材料领域，既可以检测样品的化学交联状态又可以检测物理交联状态，还具有无损、快速、可以在线检测等优点。LF-NMR根据聚合物中碳氢链质子的分子动力学，利用交联结构的磁共振响应，检测样品中聚合物大分子的弛豫特性，研究聚合物分子的运动性，分析大分子的结构演变，据此进行反应参数的优化、老化过程分析研究、疲劳寿命预测、高聚物弹性体中水分和溶剂含量测定，特别是可以完成橡胶等复合材料固化的在线监测。弛豫过程是指处于激发态的核通过非辐射途径放出能量恢复到基态的过程。弛豫过程的快慢用横向弛豫时间T2表示。横向弛豫时间T2由自旋系统内部交换能量引起，反映了样品内部聚合物上氢质子所处的化学环境，与氢质子所受的束缚力及其自由度有关，而氢质子的束缚程度又与样品的内部结构密不可分。氢质子受束缚越大或自由度越小，T2越短。T2与样品交联状态具有明显的对应关系，可借助T2的变化在线观察样品受热后交联状态的变化。因此项目组采用LF-NMR技术对高温试验中凝胶态云爆剂的T2进行了检测。将凝胶态云爆剂装入LF-NMR配备的Ф10mm×200mm样品管，盖上塞子，放入试验箱进行高温老化试验，老化温度分别为60℃、70℃、80℃。LF-NMR检测样品时的温度均为60℃，即样品槽温度均为60℃。老化至不同时间后，将样品管取出，放到LF-NMR的样品槽中检测T2。绘制得到数条不同老化温度下T2随老化时间的变化规律曲线。但在实际操作时，发现试验数据的重复性较差：同一个人，将同样的样品分装入不同的样品管，在同样的温度下进行高温试验，然后检测凝胶态云爆剂交联密度变化规律(LF-NMR设置参数一样)，却得到较多的异常值，同样条件下进行高温试验的平行样的检测结果相差较大。重复性好是保证检测结果准确性好的先决条件，重复性差的T2数据没法反应凝胶态云爆剂在高温下的交联状态变化情况。通过分析发现重复性差主要是以下三个问题引起的：(1)LF-NMR仪器配备的专用样品管尺寸是Ф10mm×200mm。样品管瘦长，由于凝胶态云爆剂呈粘稠的几乎不流动的胶态，难以准确装填到长管底部，经常出现“样品管上端内壁粘有大量样品，而样品管下端却没有样品”的现象。由仪器结构可知样品管放入LF-NMR的样品槽后，只有样品管下端约20mm以内高度的样品完全处于有效检测区，样品未装实样品管下端会造成检测信号过低的问题(甚至如果样品管下端没有样品，就无法获得检测信号)。检测信号过低，相对来说干扰因素影响较大，因此使检测结果的重复性会较差。曾尝试采用加大样品量，通过外力将样品从样品管口尽量推送到管底端。此时，一是样品本身呈凝胶态具有触变性，外力过大会明显改变样品存在状态，使检测结果的重复性不好；二是推送过程中试管壁还是会留有较多样品，在有效检测区上部的样品，其受热温度会低于样品槽的设定温度，其受热后的变化不同于检测区样品的变化，有时甚至影响检测区样品的变化，因此会影响检测结果的重复性。(2)即使将样品管底部装满，样品管其它部分没有多余样品，此时样品管上部会有约有170mm高度的空间。在受热过程中，凝胶态云爆剂中小分子液体会挥发，空间越大挥发越多。样品中小分子液体组分挥发，会使胶凝剂大分子的运动受到限制，检测到的T2值会明显变小。小分子液体组分的挥发除了与样品管上部空余空间有关，还与长样品管露出本文档来自技高网...

【技术保护点】
高温下凝胶态云爆剂交联状态变化规律检测系统，包含凝胶态云爆剂专用样品瓶[1]、密封垫[2]、连接帽[4]、辅助棒[7]及低场核磁共振仪LF‑NMR。其特征在于：所述专用样品瓶[1]总高35mm，由瓶身、瓶肩、瓶颈三部分组成。瓶身高度不小于25mm，外径为10mm；瓶颈高度6mm，外径小于瓶身外径，有外螺纹；瓶身和瓶颈靠瓶肩相连。连接帽[4]为圆柱体，高度为25mm，分为上中下3个部分，竖直剖面为“H”形状。连接帽[4]中部为实心部分，下部[3]内部挖空，开口朝下，深度6mm，其内螺纹与专用样品瓶[1]的瓶颈外螺纹匹配。连接帽[4]上部[5]内部挖空，开口朝上，深度6mm，有内螺纹。所述密封垫[2]厚度1mm，直径等于连接帽[4]下部[3]的内径。样品瓶[1]放在最下方，连接帽[4]下部[3]套在样品瓶[1]的瓶颈上，密封垫[2]在连接帽[4]下部[3]和样品瓶[1]之间，拧紧连接帽[4]下部[3]可使样品瓶[1]密封。所述辅助棒[7]放置在连接帽[4]上方。辅助棒[7]棒身部分的外径为10mm，长度不小于150mm，底端部分[6]外径明显变小，其外螺纹与连接帽[4]上部[5]内螺纹匹配，拧紧后可将辅助棒[7]和连接帽[4]连接成一体。试验时凝胶态云爆剂样品放入专用样品瓶[1]内，连接帽[4]下部[3]套在样品瓶[1]瓶颈上，密封垫[2]放在连接帽[4]下部[3]和样品瓶[1]之间，拧紧连接帽[4]下部[3]实现密封。连接帽[4]上部[5]与辅助棒[7]底端[6]拧紧连接。至此，样品瓶[1]、连接帽[4]和辅助棒[7]连为一体。组装连接过程中保持样品瓶[1]在最底下并竖直。使LF‑NMR磁体柜中的样品槽[9]升温至高温试验中要求的温度。温度稳定后，将连接有连接帽[4]和辅助棒[7]的样品瓶[1]放入样品槽[9]中，此时辅助棒[7]上端应从样品槽[9]上表面露出。加热10min，使样品与样品槽[9]温度一致，调节LF‑NMR仪器参数，采用多脉冲回波序列(Carr‑Purcell‑Meiboom‑Gill，CPMG)开始在线检测样品。将样品看作一个整体组分，用T‑invfit软件对测量得到的自由诱导指数衰减曲线进行综合迭代算法反演拟合，得到样品的单组分横向弛豫时间T...

【技术特征摘要】
1.高温下凝胶态云爆剂交联状态变化规律检测系统，包含凝胶态云爆剂专用样品瓶[1]、密封垫[2]、连接帽[4]、辅助棒[7]及低场核磁共振仪LF-NMR。其特征在于：所述专用样品瓶[1]总高35mm，由瓶身、瓶肩、瓶颈三部分组成。瓶身高度不小于25mm，外径为10mm；瓶颈高度6mm，外径小于瓶身外径，有外螺纹；瓶身和瓶颈靠瓶肩相连。连接帽[4]为圆柱体，高度为25mm，分为上中下3个部分，竖直剖面为“H”形状。连接帽[4]中部为实心部分，下部[3]内部挖空，开口朝下，深度6mm，其内螺纹与专用样品瓶[1]的瓶颈外螺纹匹配。连接帽[4]上部[5]内部挖空，开口朝上，深度6mm，有内螺纹。所述密封垫[2]厚度1mm，直径等于连接帽[4]下部[3]的内径。样品瓶[1]放在最下方，连接帽[4]下部[3]套在样品瓶[1]的瓶颈上，密封垫[2]在连接帽[4]下部[3]和样品瓶[1]之间，拧紧连接帽[4]下部[3]可使样品瓶[1]密封。所述辅助棒[7]放置在连接帽[4]上方。辅助棒[7]棒身部分的外径为10mm，长度不小于150mm，底端部分[6]外径明显变小，其外螺纹与连接帽[4]上部[5]内螺纹匹配，拧紧后可将辅助棒[7]和连接帽[4]连接成一体。试验时凝胶态云爆剂样品放入专用样品瓶[1]内，连接帽[4]下部[3]套在样品瓶[1]瓶颈上，密封垫[2]放在连接帽[4]下部[3]和样品瓶[1]之间，拧紧连接帽[4]下部[3]实现密封。连接帽[4]上部[5]与辅助棒[7]底端[6]拧紧连接。至此，样品瓶[1]、连接帽[4]和辅助棒[7]连为一体。组装连接过程中保持样品瓶[1]在最底下并竖直。使LF-NMR磁体柜中的样品槽[9]升温至高温试验中要求的温度。温度稳定后，将连接有连接帽[4]和辅助棒[7]的样品瓶[1]放入样品槽[9]中，此时辅助棒[7]上端应从样品槽[9]上表面露出。加热10min，使样品与样品槽[9]温度一致，调节LF-NMR仪器参数，采用多脉冲回...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾林，杜姣姣，张林军，顾妍，于思龙，张冬梅，王琼，刘文亮，王芳芳，
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