3-24 高聚物粘接炸药及其模拟物的断裂特性

罗景润 张寿齐 韦日演 田常津

　　采用金属材料断裂韧性的标准实验方法（如ASTM E399–83或GB4161–84）研究高聚物粘接炸药及其模拟物的断裂特性。高聚物粘接炸药及其模拟物都先制作成平板状，标准拉伸试件和断裂试件都取自同一平板。三点弯曲试件（SEN）裂纹设计长度a为3.6、5.4、7.2、9.0、10.8mm 。

　　室温下(20° C)在一个防爆的材料试验机上对SEN试件进行准静态加载，使试件发生断裂，由试验机自动记录P-V曲线（载荷裂纹嘴张开位移曲线），试验材料条件断裂韧性

式中,B、W和S分别为试件厚度、高度和跨距，P_q是由P–V曲线确定的试件的断裂载荷，f (a/W)是无量纲裂纹长度a/W的简单函数。

　　根据GB4161-84的方法，如果B，a，W-a>C, C=2.5(K_Iq/s_0.2)²，s_0.2为材料的屈服强度，则K_IC=K_Iq。所有的实验结果都有效，分别如图1和图2所示。由结果可以看出，这两种材料的断裂韧性与裂纹长度有极大的依赖关系，而且，随着裂纹长度的增加先逐渐降低，而后急剧下降。断口观察表明断面上有很多分布的颗粒，而在颗粒周围存在分布的微裂纹，这些缺陷使得材料性能劣化。因此，如确定金属材料断裂韧性以及一些研究者确定聚合物材料断裂韧性一样，选取0.45≤a/W≤0.55的裂纹长度，确定高聚物粘接炸药及其模拟物材料的断裂韧性是不合适的。

　　另一方面，对所研究的两种聚合物材料，无量纲裂纹长度a/W=0.2和a/W=0.3的断裂韧性值误差满足工程要求。但是，当无量纲裂纹长度a/W>0.3以后，断裂韧性的相差值就急剧增加。对工程应用，可取 0.2≤a/W≤0.3范围的裂纹长度来确定高聚物粘接炸药及其模拟物的断裂韧性。实际测试出高聚物粘接炸药的断裂韧性K_IC=0.20MPa·m^1/2，相应模拟物的断裂特性K_IC=0.23MPa·m^1/2。