PDF《颗粒级配技术及其在含能材料中的应用》

文章编号:1

0 0

6

9 9

4 1 (

2 0

0 1 )

0 4

0 1

6 1

0 4 颗粒级配技术及其在含能材料中的应用 黄辉(中国工程物理研究院化工材料研究所, 四川 绵阳

6 2

1 9

0 0 ) 摘要:在固液相填充复合体系中, 采用合理的颗粒级配可使颗粒排列更加紧密, 提高堆积密度.

常用的颗粒级配方法主要是半经验法, 依靠实验来确定, 工作量大.采用混料回归设计, 建立颗粒 级配模型, 优化级配比例, 获得了最佳颗粒级配, 提高了悬浮体系的固相含量. 关键词:含能材料;

颗粒级配;

模型 中图分类号:O

2 4 ;

T Q

5 6

0 文献标识码: A 收稿日期:2

0 0

1

0 5

1 5 ;

修回日期:2

0 0

1

0 7

2 6 作者简介:黄辉(

1 9

6 1-) , 男, 研究员, 主要从事低易损性炸药 研究和炸药精密装药技术研究等工作.

1 引言固体填料的颗粒级配是一个十分重要的课题.在 涉及固体颗粒填充的体系中, 存在颗粒的堆积 ( 或排 列) 问题.颗粒形状、 尺寸及粒径分布对颗粒的堆积 有直接影响.为了获得最紧密的颗粒排列, 通常采取 颗粒级配, 即小尺寸的颗粒填充到大尺寸颗粒的空隙 中. 早期的颗粒级配研究主要有最紧密排列理论[

1 ] , 它建立在球形颗粒的基础上, 是一种连续级配方式. 后来有人提出一些半经验法[

2 ,

3 ] , 对理想模型进行适 当修正, 但仍与实际情况有较大差异.常用的级配方 式, 主要采用间断级配法, 一般是通过实验方法来确 定, 工作量较大. 我们对常用的双级配和多级配模型进行优化设 计, 应用混料回归设计方法[

4 ] , 将固相填料的颗粒级 配与悬浮体系的流变性能相关联, 进行优化设计和试 验, 得到颗粒级配的流变模型, 使悬浮体系的固相含量 高达

9 0 %, 体系具有优良的流变性能, 表观粘度小于

4 5 0P a ・s .

2 颗粒级配模型 颗粒级配理论实际上是一种 钻空隙 理论.按 最紧密排列理论, 在大尺寸颗粒堆积的体系中, 加入粒 径较小的颗粒填充在大颗粒空隙中, 再在大、 小颗粒之 间余下的空隙中, 填充粒径更小的颗粒……直至颗粒 间的空隙率达到最小, 体系的堆积密度为最大.这是 一种连续级配方式, 其排列的平面示意图如图 1所示. 图1颗粒紧密排列示意图 F i g .

1 C l o s ea r r a n g e m e n t d i a g r a m o f p a r t i c l e s 显然, 颗粒级配问题就是要求出大小粒径的颗粒 分数之和为 1的最佳粒级组合, 包括最佳级配数、 颗粒 的尺寸比和体积分数( 即级配比例) .

2 .

1 双级配模型 在一般情况下, 采用双级配模型最为简单, 即采用 大、 小两种尺寸的颗粒进行级配. 对理想的均一球形颗粒, 堆积主要有两种排列模 型, 即正方体型和三角体型, 理论计算可得到均一球形 颗粒堆积的空隙率 ε

0 , 在紧密排列时 ε

0 =

2 5 .

9 5 %,自 由排列时ε

0 ′ =

4 7 .

6 4 %, 对应固体颗粒的体积分数 V

0 分别为

7 4 .

0 5 %和52.36%. 对于双级配颗粒填充体系, 设大颗粒直径为 d

1 , 在紧密排列时, 允许自由填入大颗粒之间空隙的小颗 第 9卷 第 4期

2 0

0 1年12月 含能材料ENERGETICMA T E R I A L S V o l .

9 ,N o .

4 D e c e m b e r ,

2 0

0 1 粒直径为 d

2 =

0 .

1 5

4 d

1 ,而在大颗粒自由排列时可自 由填入空隙的小颗粒直径为