Page 68 - 《爆炸与冲击》2026年第4期
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第 46 卷       朱守军，等： 钛纤维含量对Al/PTFE-RDX组合装药力学行为和爆炸性能的影响                           第 4 期

               提升活性材料反应动力学性能              [39] ，释放出大量热
                                                                                          1 670.42 μs
               量，延缓爆炸火球衰减；随着短切钛纤维质量分                              1 600                        1 497.02 μs
                                                                                   1 375.64 μs
               数不断增加，Al 粉和       PTFE  的有效反应物比例降                            1 196.46 μs
               低，导致单位质量的总化学能降低，且过量的短                              1 200  907.46 μs
               切钛纤维也会需要部分能量用于自身升温，导致                             Fireball duration/μs  800
               火  球  最  大  平  均  温  度  和  火  球  持  续  时  间  降  低  ； Al/
               PTFE-RDX   组  合  装  药  的  后  燃  反  应  主  要  是  依  靠  400
               Al 和  PTFE  发生燃烧反应所维持的，PTFE           作为
                                                                     0
               碳氟氧化剂，在反应中释放的              F  自由基与   Al 结                1#     2#     3#    4#     5#
               合  生  成  AlF ， 短  切  钛  纤  维  的  加  入  会  与  Al 竞  争  图 14    不同短切钛纤维含量的  Al/PTFE-RDX  组合
                         3
               F  自由基，在低短切钛纤维质量分数时通过链式                                     装药爆炸火球持续时间
               反应加速能量的释放效率           [40] ，但在高质量分数时          Fig. 14    Explosive fireball duration of Al/PTFE-RDX composite
                                                                 charges with different short-cut titanium fiber content
               会阻碍   Al 的氟化反应。此外，钛纤维在爆炸产
               物中发生二次燃烧反应，增加部分气相反应能量，在短切钛纤维质量分数为                                   5%  时，气相-凝聚相反应达
               到最佳耦合状态。短切钛纤维含量超过阈值时，其燃烧会消耗过多的气态氧化剂，抑制                                          Al 的气相燃
               烧。因此，随着      Al/PTFE-RDX  组合装药中短切钛纤维质量分数不断增加，Al/PTFE-RDX                     组合装药的爆炸
               火球最大平均温度和火球持续时间呈先升后降的趋势。
                   上述研究发现，短切钛纤维在提升                Al/PTFE-RDX  组合装药性能方面表现出显著效果。然而，力学
               性能和爆炸性能的最佳纤维质量分数存在差异，这在实际工程应用中需进行权衡考量。从力学性能和
               冲击波毁伤角度看，3%         的短切钛纤维质量分数是综合性能最优的选择。该质量分数下的材料力学性能
               达到峰值，能有效提高装药在高过载环境下的结构完整性和可靠性。同时，其产生的峰值冲击波超压和
               正冲量也达到最大，这对于以冲击波毁伤为主要作用方式的武器弹药设计至关重要。从热毁伤和后燃
               效应角度看，5%      的短切钛纤维质量分数则更具优势。该质量分数下的组合装药爆炸后能产生最大的准
               静态压力、火球温度和持续时间，表明其具有更强的后燃效应和热毁伤能力，特别适用于对密闭空间或
               易燃目标进行持续性烧蚀和二次毁伤的场合。钛纤维质量分数的选择应根据武器弹药的特定任务需求
               和毁伤模式进行定制。如果首要任务是保障弹药可靠性并最大化冲击波毁伤，考虑选择                                        3%  的纤维质量
               分数；而如果设计目标是增强后燃效应和热毁伤能力，则                         5%  的纤维质量分数是更为优化的方案。本研
               究为活性材料在不同应用场景下的配方优化提供了有力的理论和实验依据。


                3    爆炸产物及反应过程分析

                   爆炸固体残留物分析是反演爆炸反应过程的重要方法。为了深入探究短切钛纤维对                                       Al/PTFE-RDX
               组合装药爆炸反应过程的影响机制，对密闭爆炸容器内爆炸的                             Al/PTFE-RDX  组合装药（4#，短切钛纤维
               质量分数为     5%）爆炸固体残留物进行收集并分析。
                   图  15  是  4#样品的爆炸固体残留物的          XRD  图，结果表明，爆炸固体残留物的主要物相组成为                      Al O 、
                                                                                                         3
                                                                                                       2
               AlF 、TiO 和 2  Ti O ，并且  Al O 和 3  AlF 为主要产物。这主要是      Al 粉与  RDX  爆炸生产的氮氧化物（NO ）和
                                               3
                  3         3  5      2                                                                x
               PTFE  在高温环境下分解产生的碳氟气态产物（CF ）发生反应生而形成的。值得注意的是，XRD                                     图中并
                                                           x
               未检测到    TiF 的存在，这是由于        TiF 暴露在空气中时会迅速与空气中的水分发生水解反应生成                            TiO 2 [41] 。
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               XRD  图中检测到钛的氧化物          TiO 一部分来自于        TiF 水解反应，另一部分由短切钛纤维与气态氧化物反
                                                             4
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               应产生的；而     XRD  图中检测到钛的氧化物           Ti O ，是因为爆炸固体残留物是在密闭爆炸容器中收集，其内
                                                      3
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               部氧气含量相对有限，所以导致部分短切钛纤维不完全氧化反应生成的。
                   为进一步揭示爆炸固体残留物的表面化学组成与价态信息，利用                                X  射线光电子能谱技术（X-ray
               photoelectron spectroscopy，XPS）对短切钛纤维质量分数为        5%  的  Al/PTFE-RDX  组合装药爆炸固体残留物
                                                         042301-12
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