Name: research and development of high-performance explosives
Uploaded: 2016-02-20T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 33 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Research and Development of High-performance Explosives at JoVE.com

The authors would like to thank the Future Requirement of Enhanced Energetics for Decisive Munitions (FREEDM) Program for funding, Mike Van De Waal and Gerard Gillen for their assistance in testing, Paula Cook for formulations assistance, and Ralph Acevedo and Brian Travers for pressing of the samples.

ATTENZIONE! La lavorazione, manipolazione, e la sperimentazione di esplosivi ad alto potenziale (Hazard Divisione classe 1 materiali) dovrebbero essere effettuate solo da personale addestrato e qualificato. Esplosivi ad alto potenziale sono sensibili agli urti, attrito, scariche elettrostatiche, e shock. Utilizzare solo strutture di ricerca e sviluppo approvati in grado di gestire grandi quantità di materiali di Classe 1. 1. ARDEC fibra ottica Detonation velocità di prova <ol><li> Tagliare fibra ottica alla lunghezza utilizzando frese in fibra ottica e bundle in gruppi di cinque cavi. Sulla base di geometrie della camera di prova site-specific, 15 metri di lunghezza sono tipicamente utilizzati. Striscia materiale rivestimento del cavo posteriore 15 mm su una estremità del fascio e 5 mm sull&#39;altra estremità del fascio. Lucidare le estremità tagliate della fibra ottica con P800 carta vetrata grana per rimuovere eventuali sbavature. Nota: A causa della natura distruttiva di questo test, la fibra ottica di plastica è preferito. proprietà delle fibre ottiche sono come segue; Polimetilmetacrilato Resina(PMMA) materiale di base (980 micron di diametro), materiale di rivestimento fluorurati ai polimeri (1.000 micron di diametro), 1.49 nucleo indice di rifrazione, 0.5 apertura numerica. </li><li> Misurare campione di prova e Composizione A-3 Tipo diametri II richiamo pellet, lunghezze, e le masse con un alto calibro precisione e l&#39;equilibrio. Nota: Mentre la prova tipica utilizza diametro 1,905 centimetri per 2,54 cm di lunghezza pellets, la procedura di prova può essere utilizzato con qualsiasi pellet dimensione disponibile il dispositivo di plastica tiene il cavo in fibra ottica centrata su ciascun pellet. Per le prove in questo studio, sono stati utilizzati i 1.905 cm pellets di diametro. </li><li> Caricare il pellet esplosivi, uno per uno, nel dispositivo di plastica espandendo diametro interno del tubo mediante indiscreti slot aperto. Registra numeri pellet esplosivi e posizioni nel dispositivo. Quindi caricare il pellet innesco nel tubo dalla parte superiore dell&#39;apparecchio. </li><li> Posizionare titolare detonatore acrilico sopra il pellet di richiamo. Nota: RP-502 Esplodere Bridgewire detonatori(EBWs) sono tipicamente utilizzati. Altri detonatori potrebbero essere sostituiti, anche se sarebbe necessario ricalibrazione del test. </li><li> Inserire le estremità esposte più brevi (5 mm) delle fibre ottiche nei fori due gradini del dispositivo di prova velocità di detonazione. Nota: i fori due fasi assicurano c&#39;è aria sufficiente per la ionizzazione al passaggio del fronte di detonazione che porta ad un segnale forte. I fori per il fissaggio devono avere un diametro 0,021 pollici da foro interno 0.020 lunghezza contro l&#39;esplosivo ed un foro di diametro 0,042 pollici per l&#39;inserimento della fibra ottica. Se si utilizzano fibre di plastica, leggera carteggiatura del diametro esterno della fibra ottica può essere necessario a seconda entrambe tolleranze del diametro della fibra e dispositivo di prova. Assicurarsi che la fibra ottica è completamente inserito (seduto sul gradino nel foro due gradini). </li><li> Colla / resina epossidica le fibre in atto. Utilizzare 5 min epossidica per questo protocollo. </li><li> Quando la colla che tiene le fibre si è completamente guarito, posizionare il acrilicotubo ic contenente i pellet esplosive sulla parte superiore della piastra di acciaio testimone. Fissare il dispositivo di testo alla piastra di acciaio o con un peso su di esso o nastro. Assicurarsi che non vi è un traferro tra la superficie inferiore dell&#39;ultima pellet esplosiva e la piastra testimone di acciaio. </li><li> Epossidico 360 ° intorno al dispositivo di prova, aderendo alla piastra testimone. Dopo che la resina epossidica è completamente indurito, posizionare il detonatore nel supporto detonatore che è nella parte superiore del dispositivo di prova e fissarlo in posizione con nastro. </li><li> Trasportare il dispositivo di prova per la camera di prova e inserire le estremità più esposte (15 mm) delle fibre ottiche in area fotodiodo sommando. Collegare la scatola sommando fotodiodo, o altro metodo di acquisizione dei dati, a seconda dei casi, di un oscilloscopio (1 GHz di larghezza di banda è più che sufficiente). </li><li> Collegare una linea di tiro per la RP-80 detonatore. Chiudere tutti i dati obbligatori porte / porte / ecc e condurre operazioni di blocco della zona per test esplosivo di impianto di cottura (sprocedure operative tandard) POS. </li><li> Confermare le impostazioni di innesco, di tensione / divisione, tempo / divisione oscilloscopio. Collegare il trigger dalla fireset alta tensione con una soglia di scatto di 3,0 V per un canale dell&#39;oscilloscopio. Collegare la scatola fotodiodo somma di un secondo canale sul oscilloscopio. Impostare entrambi i canali a 5 V / divisione e la base dei tempi di 5 msec / divisione, con una regolazione ritardo di -20 msec. </li><li> Detonare l&#39;articolo via fireset ad alta energia. </li><li> Misurare i picchi corrispondenti al tempo tra l&#39;uscita del box fotodiodo somma. Dal tracciato schermo dell&#39;oscilloscopio, utilizzare tensioni di picco per determinare i tempi specifici, anche se primo aumento può essere un indicatore migliore a seconda delle apparecchiature utilizzate. </li><li> Calcolare velocità di detonazione dai cinque punti temporali acquisiti dall&#39;oscilloscopio. Poiché la distanza di ogni fibra ottica è noto, calcolare la velocità di detonazione dividendo la distanza tra ogni pin dal tempo tra ogni picco (diposizione / tempo = velocità). sono entrambi segnalati alla media e la deviazione standard. </li><li> Calcolare la profondità del dente nella piastra testimone acciaio posizionando un cuscinetto di acciaio calibrato nel dente per trovare il livello minimo, e quindi un profondimetro utilizzato per determinare la profondità. </li></ol> 2. Foto velocimetria Doppler <ol><li> Macchina una finestra PMMA dimensionato al diametro della carica esplosiva di circa 6,5 ​​millimetri di spessore. Assicurarsi che la finestra è otticamente trasparente e privo di qualsiasi difetto di lavorazione. Per fare questo prendere un otticamente trasparente foglio del cast in acrilico e lavorazione i dischi utilizzando un laser cutter o simile processo di lavorazione. Poi, utilizzare getti d&#39;acqua per ottenere una superficie otticamente trasparente. </li><li> Assicurarsi che lo spessore foglio di alluminio non supera i 0.005 &quot;secondo le specifiche del produttore. Se la superficie della lamina è incontaminata (speculari), Passeggiate per la superficie con un cuscinetto a sfera in acciaio inox sabbiato. A diffusi i risultati di superficie in bac laser ottimalek riflessione, anche quando l&#39;allineamento è un po &#39;fuori. </li><li> Utilizzare un sottile, otticamente trasparente, nastro adesivo a base acrilica di apporre il foglio di alluminio alla finestra in PMMA. Assicurarsi che non ci siano bolle d&#39;aria tra il PMMA e l&#39;alluminio. </li><li> Misurare le esplosivi diametri campione pellet, lunghezze, e le masse. Utilizzare pinze ad alta precisione e l&#39;equilibrio. </li><li> Fissare l&#39;esplosivo pellet di prova per l&#39;altro a formare una carica continua, compresi gli eventuali booster (se necessario). Applicare grasso ad ogni interfaccia esplosiva in fase di montaggio per ridurre al minimo vuoti d&#39;aria alle interfacce pellet. </li><li> Mount perni velocità di detonazione in un apparecchio in acrilico. Questi possono essere sia fibre ottiche o perni piezoelettrici. Le posizioni dei perni rispetto alla carica devono essere note. </li><li> Fissare il supporto del perno velocità di detonazione acrilico alla carica. Il nastro è sufficiente per tenere il supporto del perno acrilico alla carica. Tipicamente, le posizioni fibra / pin sono più vicino al fondo della ch esplosivaARGE tale che stabile detonazione stato può essere osservato. </li><li> Fissare il detonatore alla carica. Invertire la carica assemblato e stabilizzare in questo orientamento per preparare per l&#39;apposizione della finestra PMMA. Mettere una piccola quantità di grasso sulla faccia esplosivo per evitare bolle d&#39;aria all&#39;interfaccia alluminio / esplosivo. </li><li> Fissare il lato di un foglio di finestra in PMMA per la carica esplosiva. Se la finestra e la carica sono concentrici, utilizzare il nastro circonferenziale. In caso contrario, il nastro lungo l&#39;asse della carica esplosiva. </li><li> Una volta che la finestra di PMMA è fissato saldamente alla carica esplosiva, apporre il supporto acrilico della sonda PDV alla finestra in PMMA con nastro adesivo. Inserire la sonda PDV nel supporto della sonda PDV. </li><li> Allineare la sonda PDV nel supporto con un misuratore di back-riflessione. Questo dispositivo emette un raggio laser a bassa potenza e misura l&#39;ampiezza di back-riflessione. Un back-riflessione di -10 dBm a -20 dBm è auspicabile. Epossidico la sonda PDV in atto una volta che la riflessione posteriore è stato determinato per essereottimale. </li><li> Posizionare l&#39;elemento di prova nella camera e collegare entrambi i fili velocità di detonazione (fibra ottica o piezoelettrico) e la fibra PDV. Collegare una linea di tiro di un RP-80 detonatore. porte si chiudono tutte le richieste / porte / etc. e condurre operazioni zona di blocco per esplosivi SOP test di accensione della struttura. </li><li> Confermare le impostazioni di innesco, di tensione / divisione, tempo / divisione oscilloscopio. Confermare le impostazioni di sistema PDV. Osservare laser di segnale e ampiezze laser riferimento e modificare, se necessario. </li><li> Detonare l&#39;articolo via alta fireset energia. Salva tracce oscilloscopio sia per i dati PDV e dati di velocità di detonazione. </li><li> Analizzare i dati PDV in rilevanti programmi di analisi dei dati. Il segnale PDV crudo deve essere elaborato utilizzando un Fast Fourier Transform (FFT) pacchetto di analisi basato. Nota: Osservando il contenuto in frequenza del segnale grezzo, e conoscendo la frequenza iniziale della sorgente luminosa (1.550 nm), il pacchetto di analisi FFT produce uno spettrogramma velocità che tramala velocità registrata in funzione del tempo. In questo caso, PlotData, un proprietario United States Department of Energy interfaccia utente grafica (GUI), viene utilizzato in combinazione con il software LabView per effettuare la FFT. Tuttavia, molti pacchetti di analisi disponibili in commercio esistono che sono in grado di svolgere tali compiti. </li><li> Calcolare velocità di detonazione dai cinque punti temporali acquisiti dall&#39;oscilloscopio. Poiché la distanza di ogni fibra ottica è noto, la velocità di detonazione è calcolato dividendo la distanza tra ogni pin dal tempo tra ogni picco (distanza / tempo = velocità). La deviazione media e standard viene segnalato. </li></ol>

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DISTRIBUZIONE A: approvato per il rilascio pubblico; la distribuzione è illimitata. Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Notare le differenze di pressione calcolate tra le due formulazioni esplosive. I reperti esplosive alluminizzati meno pressione, parzialmente dovuto meno nitramine (HMX) caricamento, ma anche perché l&#39;alluminio reagisce con l&#39;ossigeno nei gas di detonazione espansione, che si traduce in un dente più piccolo da una pressione di detonazione inferiore. Il PBXN-5 esercita una pressione di detonazione superiore a causa del suo elevato contenuto di gas di detonazione rispetto al PAX-30 (36,2 moli / kg per PBXN-5 contro 33,1 moli / kg per PAX-30). Più equazioni avanzate di stato (EOS) derivato da misure di velocità a parete sono usati per descrivere le condizioni dei prodotti esplosivi a temperature e pressioni estreme. 10,11 Questo sarà oggetto di manoscritti futuri. Era evidente che quando si verifica la reazione iniziale di un metallo in un esplosivo, la velocità di detonazione rilevato è inferiore se il metallo non reagisce. Questo è un po &#39;controintuitivo; unosi aspetta la velocità di aumentare se più depositi di energia nella parte anteriore di detonazione in espansione a causa della reazione esotermica di alluminio. La diminuzione della velocità di detonazione deriva da soluzioni ai Hugoniots pressione densità. Il volume specifico (densità inversa) a pressione positiva isentrope denota variazioni come prodotti dalla detonazione espandono (da sinistra a destra in figura 9). 6 La isentrope espansione rappresenta quei prodotti detonazione che può termodinamicamente formare ed espandere lungo la curva volume specifico pressione . Nel corso dell&#39;espansione, se l&#39;alluminio reagisce formando specie ossidate, si traduce in una diminuzione complessiva della densità del gas e conduce ad una velocità inferiore. Questo si manifesta in un isentrope espansione sotto la soluzione per l&#39;alluminio non reattivo (Figura 9). Poiché la velocità di detonazione è tangente interseca il isentrope dalla densità di partenza sulla asse x, è evidente la detonazione veLocity deve diminuire quando l&#39;alluminio nella formulazione reagisce. In sintesi, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti continua a perseguire attivamente la ricerca applicata e la caratterizzazione di nuovi materiali energetici con entrambe le tecnologie tradizionali e innovative. Nel caso del PDV, è uno strumento prezioso che caratterizza esplosivi con estrema precisione e fornisce ai ricercatori informazioni preziose sull&#39;efficacia esplosivo. Questo ciclo di prova rapida riduce notevolmente i costi e il tempo necessario per l&#39;ottimizzazione formulazione e requisiti di verifica.

An erratum was issued for <a href="http://www.jove.com/video/52950/research-and-development-of-high-performance-explosives">Research and Development of High-performance Explosives</a>. The abstract, introduction, protocol, representative results, and acknowledgments sections were updated.
The Abstract was updated from:
Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. small-scale For newly developed formulations, the process begins with small-scale mixes, thermal testing, and impact and friction sensitivity. Only then do subsequent larger scale formulations proceed to detonation testing, which will be covered in this paper. Recent advances in characterization techniques have led to unparalleled precision in the characterization of early-time evolution of detonations. The new technique of photo-Doppler velocimetry (PDV) for the measurement of detonation pressure and velocity will be shared and compared with traditional fiber-optic detonation velocity and plate-dent calculation of detonation pressure. In particular, the role of aluminum in explosive formulations will be discussed. Recent developments led to the development of explosive formulations that result in reaction of aluminum very early in the detonation product expansion. This enhanced reaction leads to changes in the detonation velocity and pressure due to reaction of the aluminum with oxygen in the expanding gas products.
to:
Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. For newly developed formulations, the process begins with small-scale mixes, thermal testing, and impact and friction sensitivity. Only then do subsequent larger scale formulations proceed to detonation testing, which will be covered in this paper. Recent advances in characterization techniques have led to unparalleled precision in the characterization of early-time evolution of detonations. The new technique of Photonic Doppler Velocimetry (PDV) for the measurement of detonation pressure will be shared and compared with traditional fiber-optic detonation velocity and plate-dent calculation of detonation pressure. In particular, the role of aluminum in explosive formulations will be discussed. Recent developments led to the development of explosive formulations that result in reaction of aluminum very early in the detonation product expansion. This enhanced reaction leads to changes in the detonation velocity and pressure due to reaction of the aluminum with oxygen in the expanding gas products.
The Introduction's second to last paragraph was updated from:
In order to calculate the CJ pressure of a new explosive, a PDV system can be used to measure the particle velocity between the explosive and a polymethyl methacrylate (PMMA) window. A very thin foil, usually aluminum or copper, is placed at this interface to act as a reflective surface. In these studies, copper was used. This foil should be thin enough to prevent significant shock wave attenuation while being thick enough to prevent detonation light from passing through. Typically, a foil thickness of 1,000 angstroms is ideal for most experimental setups. Given the particle velocity in the PMMA and the detonation velocity of the explosive, the detonation pressure can be calculated with Hugoniot shock matching equations.6
to:
In order to calculate the CJ pressure of a new explosive, a PDV system can be used to measure the particle velocity between the explosive and a polymethyl methacrylate (PMMA) window. A very thin foil, usually aluminum or copper, is placed at this interface to act as a reflective surface. This foil should be thin enough to prevent significant shock wave attenuation while being thick enough to prevent detonation light from passing through. Typically, a foil thickness of 1,000 angstroms is ideal for most experimental setups. Given the particle velocity in the PMMA and the detonation velocity of the explosive, the detonation pressure can be calculated with Hugoniot shock matching equations.6
Step 2.1 in the Protocol was updated from:
Machine a PMMA window sized to the diameter of the explosive charge approximately 6.5mm thick. Ensure that the window is optically clear and free of any machining defects. To accomplish this take an optically clear sheet of cast acrylic and machining out the disks using a laser cutter or similar machining process. Then, utilize water jets to obtain an optically clear surface.
to:
Machine a PMMA window sized to the diameter of the explosive charge approximately 6.5mm thick. Ensure that the window is optically clear and free of any machining defects. To accomplish this take an optically clear sheet of cast acrylic and machining out the disks using a laser cutter or similar machining process. Then, polish the PMMA to obtain an optically clear surface.
In the Representative Results Figure 3&#39;s capation was updated from:
Figure 3. PDV setup (close view). The PDV setup at the base where the flyer plate is located.
to:
Figure 3. PDV setup (close view). The PDV setup at the base.
In the Representative Results, the paragraph between table 1 and figure 7 has been updated from:
The output from the PDV trace of the flyer plate from the bottom of the explosive charge of Figures 2-3 is shown in Figure 7. The oscillations arise from the ringing in the plate from the rapid acceleration to nearly 4-5 km/sec. The CJ pressure is calculated from modeling the product gas Hugoniot with Cooper&#8217;s approximation,6 and then extrapolating the CJ point once the aluminum-explosive Hugoniot is matched. A typical screen print from such a calculation is shown in Figure 8. The technique still has some limitations since the calculations assume a linear acceleration extrapolation from the beginning of the flyer velocity. This results in slightly underestimating the pressure, as evidenced by the results (Table 1). Work is ongoing to develop new equations to fit the early acceleration of the flyer plate.
to:
The output of the PDV trace from the bottom of the explosive charge of Figures 2-3 is shown in Figure 7. The CJ pressure is calculated from modeling the product gas Hugoniot with Cooper&#8217;s approximation,6 and then extrapolating the CJ point once the PMMA-explosive Hugoniot is matched. A typical screen print from such a calculation is shown in Figure 8. The technique still has some limitations since the calculations assume a linear extrapolation from the beginning of the window velocity trace. This results in slightly underestimating the pressure, as evidenced by the results (Table 1).
In the Representative Results Figure 7 and its caption were updated from:
<img alt="Figure 7" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig7old.jpg" />
Figure 7. Plate velocity as a function of time for the measurement of CJ pressure in the PBXN-5 explosive. Note the excellent agreement between two different shots, where the traces practically fall on one another.
to:
<img alt="Figure 7" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig7new.jpg" />
Figure 7. Window velocity as a function of time for the measurement of CJ pressure. Note the excellent agreement between the different shots, where the traces practically fall on one another.
Also in the Representative Results, Figure 8 had its caption update from:
Figure 8. Calculation of the CJ pressure from the copper flyer plate data on the PDV experiment. Note that the extrapolation assumes a linear acceleration in the initial push of the flyer plate which currently leads to an underestimation of the CJ pressure.
to:
Figure 8. Calculation of the CJ pressure from the PDV experiment. Note that the extrapolation assumes a linear acceleration in the initial push of the window which currently leads to an underestimation of the CJ pressure.
The Acknowledgments section was updated from:
The authors would like to thank the Future Requirement of Enhanced Energetics for Decisive Munitions (FREEDM) Program for funding, Mike VanDeWal and Gerard Gillen for their assistance in testing, Paula Cook for formulations assistance, and Ralph Acevedo and Brian Travers for pressing of the samples.
to:
The authors would like to thank the Future Requirement of Enhanced Energetics for Decisive Munitions (FREEDM) Program for funding, Mike Van De Waal and Gerard Gillen for their assistance in testing, Paula Cook for formulations assistance, and Ralph Acevedo and Brian Travers for pressing of the samples.

Several corrections were made to: Research and Development of High-performance Explosives

Erratum: Research and Development of High-performance Explosives

Sviluppo di esplosivi ad alto potenziale per l&#39;uso militare comporta ampie considerazioni di sicurezza e le limitazioni di risorse a causa di requisiti dei centri di saggio. Allo US Army Armament ricerca e sviluppo e di comando Engineering (ARDEC), Picatinny Arsenal, esplosivi vengono valutati dal livello di ricerca attraverso il monitoraggio del ciclo di vita piena e smilitarizzazione. I nuovi esplosivi che sono più sicuri per la movimentazione, lo stoccaggio e il caricamento sono continuamente valutati, nel tentativo di fornire munizioni efficaci e sicuri per i combattenti. recente legge impone che, quando possibile, le munizioni insensitive (IM) linee guida ei requisiti sono seguiti. Pertanto, ogni volta nuovi esplosivi sono sintetizzati e formulati, test delle prestazioni è fondamentale per assicurare che soddisfino le esigenze degli utenti. In questo contesto, la misura di proprietà detonazione di recente sviluppato PAX-30 viene confrontato con il PBXN-5, un tradizionale esplosivo elevate prestazioni. In particolare, la misura del suo velo di detonazionecittà e di detonazione a pressione, che sono importanti per la verifica dei modelli teorici e calcoli delle prestazioni, è condivisa. Il PAX-30 è stato sviluppato per sostituire esplosivi legacy come PBXN-5 utilizzando alluminio reattiva. Alluminio possiede una elevata entalpia di ossidazione alluminio su una base per molare: 2al + 3/2 O 2 -&gt; Al 2 O 3 (1.670 kJ / mol) Con l&#39;aggiunta di alluminio al posto degli ingredienti esplosivi sensibili agli shock, la formulazione è reso più sicuro da urti e pericolo insulti esterni. Questo aiuta in modo efficace soddisfare Insensitive Munition (IM) requisiti Nazioni Unite, mentre allo stesso tempo mantenendo le prestazioni necessarie per le applicazioni militari 2,3.4. Le strutture per testare tali articoli sono unici e altamente specializzato. Alcuni test iniziali sono eseguite a schermo esplosivi prima dell&#39;uso in grandi quantità. Ttest ueste includono caratterizzazione termica con calorimetria differenziale a scansione (DSC) e prove di urto e attrito. Per le prove DSC, un campione piccolo viene riscaldato a una velocità costante in atmosfera inerte, e la quantità e la direzione del flusso di calore viene monitorata. Per prove di impatto e di attrito, il campione viene sottoposto ad insulti da un peso che cade standardizzato (Bundesanstalt fur Materialprüfung, o BAM Impact), e per la prova di attrito un perno in ceramica standardizzato e piatto (Bundesanstalt fur Materialprüfung, o BAM attrito). 5 Una volta che le formulazioni sono considerati sicuri per il maneggiamento, ulteriori scale-up viene realizzato tecnologie di miscelazione proprietarie. In breve, esplosivi ad alto potenziale si dividono in tre categorie: Melt-cast, in cui il legante è un materiale fuso fase come una cera, tritolo (TNT), dintroanisole (DNAN), o altro materiale fusibile. solidi energetici o di carburante possono essere incorporate con un attento esame del pardimensione ticolo e compatibilità. Cast-cure, in cui il legante è un polimero calcinabile, come polibutadiene idrossile terminali (HTPB), poliacrilato, o altro tipo epossidico plastica che è liquido nel suo stato non reagito, ma anche dopo l&#39;inizio solidifica ad un solido. Solidi sono incorporati nella matrice durante il suo stato liquido. Pressato, in cui il carico di solidi è molto elevata, spesso avvicinandosi quasi il 95% in peso, con un legante che viene aggiunto per rivestire i solidi utilizzando un processo lacca o estrusione. Una volta premuto o cast, i materiali vengono lavorati usando metodologie standard per ottenere la geometria corretta per un test desiderato. In questo lavoro, PAX-30 e PBXN-5 sono ad alte prestazioni premuto esplosivi. Le formulazioni sono effettuati tramite un processo slurry-coating, in cui i cristalli nitramine energetici (HMX, RDX o CL-20) e alluminio particelle sono sospese in una soluzione acquosa. Una lacca con l&#39;i raccoglitore proprietarias poi aggiunto. Al momento dell&#39;aggiunta lacca, i cappotti polimeriche i cristalli esplosive, la sospensione viene riscaldata sotto vuoto per allontanare il solvente e le particelle vengono filtrati ed essiccati. Le particelle granulari come vengono poi pressati per la configurazione desiderata. Detonation Velocity Per determinare la velocità di detonazione, si deve monitorare l&#39;arrivo del fronte di detonazione nel materiale. Una detonazione viene definita come una autosufficiente aumento istantaneo della pressione e della temperatura che è più veloce rispetto alla velocità del suono nel materiale. Diventa autosufficiente quando la temperatura e la pressione sono sufficienti a fornire reazioni esotermiche dietro il fronte di reazione di moltiplicazione. Tale comportamento è realizzata incorporando porzioni ossidanti quali gruppi di nitrati in certi materiali di formazione. Due esempi conosciuti come RDX (ciclo-1,3,5-trimetilene-2,4,6-trinitramine) e HMX (cyclotetramethylenetetranitramine) sono riportati in figura 1, che in generale sono i materiali energetici più utilizzati negli Stati Uniti DoD (Dipartimento della Difesa). Nota bilancio di ossigeno delle molecole, che si traduce nella reazione esotermica auto-propagazione dietro il fronte d&#39;urto. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig1.jpg" /> 1. RDX (ciclo-1,3,5-trimetilene-2,4,6-trinitramine, a sinistra) Figura e HMX (cyclotetramethylenetetranitramine, a destra). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52950/52950fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> Un modo per determinare la velocità del fronte di detonazione è quello di monitorare la sua posizione in funzione del tempo. velocità di detonazione (FODV) test fibra ottica viene eseguita per determinare la velocità di detonazione di un materiale esplosivo. Un apparecchio acrilico è stato progettato per contenere il campione esplosivo, e individuare otticofibre a distanze conosciute giù la lunghezza di carica. Il test standard utilizza un 5 pollici di lunghezza per esempio esplosivo diametro di 0,75 pollici con cinque fibre ottiche totali; la fibra fondo si trova 0,50 pollici dal fondo della carica e ciascuna fibra successiva si trova 1 pollice sopra l&#39;altro. I fori nel dispositivo acrilico sono due gradini-fori. Il foro diametro maggiore è dimensionato per adattarsi al nucleo e il rivestimento della fibra ottica e il foro di diametro inferiore funge da intercapedine confinato. Come la detonazione progredisce attraverso il campione esplosiva, l&#39;onda d&#39;urto prodotta eccita lo spazio aereo ristretto la produzione di un breve, lampo luminoso che si può osservare con le fibre ottiche. Le fibre ottiche usate per questo test possiedono un nucleo di plastica poco costoso. A causa della natura distruttiva del test e la consistenza dello shock dell&#39;aria, fibre di qualità superiore non sono risultati essere necessario mantenere i dati di velocità di alta qualità. L&#39;impianto di prova a Picatinny Arsenalutilizza fotodiodi sommati per tradurre la luce dalla detonazione in tensione. L&#39;ampiezza del picco di tensione non è importante ai fini di questa prova. Un oscilloscopio 1 GHz è collegato alla scatola di somma fotodiodo, anche se tale velocità di campionamento è molto al di là di quanto necessario per questo test. Le fibre &quot;picchi&quot; ottici possono essere fissati o da primo aumento dei valori di segnali o di picco. Data la distanza tra le fibre ottiche e la differenza di tempo tra l&#39;arrivo di detonazione, velocità di detonazione è quindi determinato. Detonation pressione pressione di detonazione è stimata misurando la profondità ammaccatura in una risultante lamiera di acciaio standard dalla detonazione della esplosiva. profondità Dent sono ben correlati ai valori di pressione noti per una varietà di composti esplosivi. Di solito, poiché la maggior parte degli esplosivi soddisfano la condizione di Chapman-Jouguet (CJ) per una detonazione si verifichi, la pressione di detonazione è in genere di cuila pressione CJ, e sarà da questo punto in avanti in questo articolo. Il complesso di carica è posto sulla sommità di una piastra di acciaio, chiamato &quot;piatto testimone&quot;, ed i risultati di detonazione in un incavo nella piastra. La profondità ammaccatura al diametro standard di carica da 0,75 pollici per numerosi materiali esplosivi con note pressioni di detonazione viene poi confrontata con la profondità di prova ammaccatura. pressione di detonazione per l&#39;ammaccatura piatto è un metodo affidabile con molti anni di dati documentati per le correlazioni accettabili. Tuttavia, una detonazione è una reazione chimica dinamica veloce, e negli ultimi anni è diventato desiderabile utilizzare utensili con maggiore risoluzione per osservare la storia pressione-tempo. Per misurare direttamente la pressione di detonazione di un esplosivo, Photonic Doppler Velocimetry (PDV) può anche essere usato. Questo sistema interferometro laser è stato sviluppato da Lawrence Livermore National Laboratory e utilizza una sorgente laser nm 1.550 CW. Orientando il laser a un bersaglio in movimentod raccogliere la luce, la frequenza di battimento risultante Doppler-shifted può essere analizzata per fornire una traccia di velocità del bersaglio. A differenza delle tecniche fotografiche tradizionali ad alta velocità, queste tracce di velocità forniscono una registrazione continua della velocità del bersaglio come una funzione del tempo. Questa tecnica di misurazione ha maturato una significativa attenzione negli ultimi anni e sta diventando onnipresente in DoD e Department of Energy (DoE) laboratori di caratterizzazione esplosivi. Per calcolare la pressione CJ di un nuovo esplosivo, un sistema PDV può essere utilizzato per misurare la velocità delle particelle tra il esplosiva e una finestra polimetilmetacrilato (PMMA). Una pellicola molto sottile, generalmente alluminio o rame, è posto a questa interfaccia per agire come una superficie riflettente. In questi studi, è stato utilizzato il rame. Questa pellicola dovrebbe essere abbastanza sottile per evitare scosse significativa attenuazione dell&#39;onda pur essendo abbastanza spessa da impedire alla luce di passare attraverso la detonazione. Tipicamente, uno spessore laminadi 1.000 Angstrom è ideale per configurazioni più sperimentali. Data la velocità delle particelle in PMMA e la velocità di detonazione dell&#39;esplosivo, la pressione di detonazione può essere calcolato con le equazioni urti corrispondenza Hugoniot. 6 Mentre il test FODV a 0.75 diametro carica &quot;è uno standard stabilito a ARDEC, test PDV-based sono continuamente in fase di perfezionamento. A seconda della formulazione esplosiva, uno o entrambi i test possono essere utilizzati per caratterizzare velocità di detonazione e pressione di detonazione.

<table><tbody><tr><td>cylcotetramethylenetetranitramine</td><td>BAE</td><td>Class 5</td><td>1.1D, High Explosive</td></tr><tr><td>Aluminum</td><td>Valimet</td><td>Proprietary</td><td></td></tr><tr><td>Viton</td><td>3M</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Grease</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 182</td><td>Gap sealer</td></tr></tbody></table>

research and development of high-performance explosives

test di sviluppo di esplosivi ad alto potenziale per applicazioni militari coinvolge formulazione su piccola scala, test di sicurezza, e, infine, test di performance di detonazione per verificare calcoli teorici. su piccola scala per le formulazioni di nuova concezione, il processo inizia con miscele di piccola scala, test termici, e l&#39;impatto e la sensibilità di attrito. Solo allora le successive formulazioni su scala più ampia procedere ai test di detonazione, che sarà coperto in questo documento. Recenti progressi nelle tecniche di caratterizzazione hanno portato a ineguagliabile precisione nella caratterizzazione dell&#39;evoluzione precoce tempo di detonazioni. La nuova tecnica di foto-Doppler velocimetria (PDV) per la misura di pressione di detonazione e velocità sarà condiviso e confrontato con velocità di detonazione tradizionale fibra ottica e la piastra-dent calcolo della pressione di detonazione. In particolare, sarà discusso il ruolo di alluminio nella formulazione di un esplosivo. Recenti sviluppi hanno portato allo sviluppo di f esplosivoormulations che provocano la reazione di alluminio molto presto la espansione del prodotto detonazione. Questa reazione migliorato porta a cambiamenti nella velocità di detonazione e pressione dovuta alla reazione dell&#39;alluminio con ossigeno nei gas prodotti in espansione.

Una configurazione tipica per PDV è illustrata nelle figure 2 e 3, mentre la configurazione FODV è mostrato in figura 4. Dopo la detonazione, le piastre ammaccatura risultanti da colpi FODV tradizionali sono mostrati in figura 5, con i risultati di posizione / tempo di PAX-30 e PBXN-5 in Figura 6. Entrambi i materiali possiedono velocità di detonazione simili (la pendenza della linea), con PAX-30 ~ 0.4 msec / mm più lento. Mentre non può sembrare una differenza significativa, è infatti in luce del fatto che PAX-30 possiede quasi il 20% in meno di riempimento esplosiva peso. velocità di detonazione non è la prova conclusiva di quantificare la reazione dell&#39;alluminio nella o immediatamente dopo il fronte di detonazione, ma può dare una valutazione preliminare di reazione dell&#39;alluminio. <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig2.jpg" /> Figura 2.<html> Una tipica configurazione PDV. Le palline esplosive o bastoni colato sono impilati. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52950/52950fig2large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig3.jpg" /> Figura 3. installazione di PDV (vista vicina). L&#39;impostazione PDV alla base dove si trova la piastra volantino. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52950/52950fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig4.jpg" /> Figura 4. FODV di impostazione. Il bastone è incollato con resina epossidica sulla piastra testimone d&#39;acciaio per assicurare un solido contatto e posizione eretta durante l&#39;installazione. Il detonatore e richiamo sono in cima del bastone.<html> = &quot;Https://www.jove.com/files/ftp_upload/52950/52950fig4large.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig5.jpg" /> Figura 5. Dent dalla prova FODV. La Dent viene misurato con un calibro di profondità calibrato o un profilometro. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52950/52950fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig6.jpg" /> Figura 6. Calcoli dei tassi di detonazione. Ogni punto di dati è dai perni in fibra ottica nella configurazione FODV. PAX-30 R 2 = 0,999,717 mila, RMSE (radice errore quadratico medio) = 0,519,693 mila; PBXN-5 R 2 = 0,998,778 mila, RMSE = 1,342,272 mila.om / files / ftp_upload / 52950 / 52950fig6large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura. <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0"><tbody><tr><td> Esplosivo </td><td> n </td><td> Detonation Velocity (mm / msec) </td><td> CJ pressione (GPa, Piatto Dent) </td><td> CJ pressione (GPa, PDV) </td></tr><tr><td> PBXN-5 </td><td> 3 </td><td> 8.83 ± 0.12 </td><td> 37.9 ± 1.4 </td><td> 34.7 ± 0.0 </td></tr><tr><td> PAX-30 </td><td> 3 </td><td> 8.48 ± 0.04 </td><td> 32.3 ± 1.3 </td><td> 30.5 ± 0.3 </td></tr></tbody></table> Tabella 1. Rendimento da esperimenti. N è il numero totale di test, ciascuno con 5 perni in fibra ottica. La pressione PDV CJ è composto di un solo test. il<html> uscita dalla traccia PDV della piastra volantino dal fondo della carica esplosiva delle figure 2-3 è mostrato in Figura 7. Le oscillazioni nascono dal ronzio la placca dalla rapida accelerazione a quasi 4-5 km / sec. La pressione CJ è calcolata a partire modellazione del Hugoniot gas prodotto con approssimazione di Cooper, 6 e quindi estrapolando il punto CJ una volta che il Hugoniot esplosiva alluminio è abbinato. Una stampa schermata tipica di un tale calcolo è illustrato nella figura 8. La tecnica ha ancora alcune limitazioni in quanto i calcoli assumono una estrapolazione accelerazione lineare dall&#39;inizio della velocità volantino. Il risultato leggermente sottovalutare la pressione, come evidenziato dai risultati (Tabella 1). Il lavoro è in corso per sviluppare nuove equazioni per soddisfare l&#39;accelerazione iniziale del piatto volantino. caricare / 52950 / 52950fig7.jpg &quot;/&gt; Figura velocità 7. Piastra in funzione del tempo per la misurazione della pressione CJ nella PBXN-5 esplosivo. Si noti l&#39;eccellente accordo tra due inquadrature diverse, dove le tracce praticamente cadono gli uni sugli altri. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52950/52950fig7large.jpg" target="_blank">Fai clic qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig8.jpg" /> Figura 8. Calcolo della pressione CJ dai dati di targa volantino di rame sul esperimento PDV. Si noti che l&#39;estrapolazione assume un&#39;accelerazione lineare nella spinta iniziale della piastra volantino che attualmente porta a una sottostima della pressione CJ. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52950/52950fig8large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. &lt;</a>/ A&gt; <img alt="Figura 9" src="/files/ftp_upload/52950/52950fig9.jpg" /> Figura 9. Rappresentazione dei isentropes espansione per Alluminio reagito e non reagito nei prodotti detonazione. Le rette blu sono le soluzioni tangenti che sono proporzionali alla velocità di detonazione. Nota la soluzione Al prodotti reagito forzare la velocità di detonazione ad essere inferiore rispetto alla soluzione che non ha reagito Al. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52950/52950fig9large.jpg" target="_blank">Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

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Research and Development of High-performance Explosives

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. This paper will share typical development tests associated with the measurement of detonation velocity and detonation pressure.

Ricerca e sviluppo di esplosivi ad alte prestazioni

Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance ...

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Research

JoVE Journal

Engineering

17.5K Views.  US Army ARDEC, Picatinny Arsenal. Developmental testing of high explosives for military applications involves small-scale formulation, safety testing, and finally detonation performance tests to verify theoretical calculations. This paper will share typical development tests associated with the measurement of detonation velocity and detonation pressure.

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Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

Sintesi e microdiffrazione a pressioni e temperature estreme

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

Ricerca

Ingegneria

Quantitative Detection of Trace Explosive Vapors by Programmed Temperature Desorption Gas Chromatography-Electron Capture Detector

The direct liquid deposition of solution standards onto sorbent-filled thermal desorption tubes is used for the quantitative analysis of trace explosive vapor samples. The direct liquid deposition method yields a higher fidelity between the analysis of vapor samples and the analysis of solution standards than using separate injection methods for vapors and solutions, i.e., samples collected on vapor collection tubes and standards prepared in solution vials. Additionally, the method can account for instrumentation losses, which makes it ideal for minimizing variability and quantitative trace chemical detection. Gas chromatography with an electron capture detector is an instrumentation configuration sensitive to nitro-energetics, such as TNT and RDX, due to their relatively high electron affinity. However, vapor quantitation of these compounds is difficult without viable vapor standards. Thus, we eliminate the requirement for vapor standards by combining the sensitivity of the instrumentation with a direct liquid deposition protocol to analyze trace explosive vapor samples.

Trace explosive vapors of TNT and RDX collected on sorbent-filled thermal desorption tubes were analyzed using a programmed temperature desorption system coupled to GC with an electron capture detector. The instrumental analysis is combined with direct liquid deposition method to reduce sample variability and account for instrumentation drift and losses.

Quantitativa Rilevamento di Trace vapori esplosivi di temperatura programmata Desorption Gas Detector cattura cromatografia-Electron

The direct liquid deposition of solution standards onto sorbent-filled thermal desorption tubes is used for the quantitative analysis of trace explosive ...

Chimica

A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform stress and strain rate. This can be produced by evenly loading the inner surface of a cylinder. Due to the axial symmetry, as the cylinder expands the wall is placed into a tensile hoop stress that is uniform around the circumference. While there are various techniques to generate this expansion such as explosives, electromagnetic drive, and existing gas gun techniques they are all limited in the fact that the sample cylinder must be at room temperature. We present a new method using a gas gun that facilitates experiments on cylinders from 150 K to 800 K with a consistent, repeatable loading. These highly diagnosed experiments are used to examine the effect of temperature on the fracture mechanisms responsible for failure, and their resulting influence on fragmentation statistics. The experimental geometry employs a steel ogive located inside the target cylinder, with the tip located about halfway in. A single stage light gas gun is then used to launch a polycarbonate projectile into the cylinder at 1,000 m/sec-1. The projectile impacts and flows around the rigid ogive, driving the sample cylinder from the inside. The use of a non-deforming ogive insert allows us to install temperature control hardware inside the rear of the cylinder. Liquid nitrogen (LN2) is used for cooling and a resistive high current load for heating. Multiple channels of upshifted photon Doppler velocimetry (PDV) track the expansion velocity along the cylinder enabling direct comparison to computer simulations, while High speed imaging is used to measure the strain to failure. The recovered cylinder fragments are also subject to optical and electron microscopy to ascertain the failure mechanism.

Fracture and fragmentation are late stage phenomena in dynamic loading scenarios and are typically studied using explosives. We present a technique for driving expansion using a gas gun which uniquely enables control of both loading rate and sample temperature.

Un metodo per studiare la dipendenza dalla temperatura della dinamica Frattura e frammentazione

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform ...

Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the balls. Among other applications, it is a versatile technique that allows for effective preparation of gasless reactive nanostructured materials with high energy density per volume (Ni+Al, Ta+C, Ti+C). The structural transformations of reactive media, which take place during HEBM, define the reaction mechanism in the produced energetic&#160;composites. Varying the processing conditions permits fine tuning of the milling-induced microstructures of the fabricated composite particles. In turn, the reactivity, i.e., self-ignition temperature, ignition delay time, as well as reaction kinetics, of high energy density materials depends on its microstructure. Analysis of the milling-induced microstructures suggests that the formation of fresh oxygen-free intimate high surface area contacts between the reagents is responsible for the enhancement of their reactivity. This manifests itself in a reduction of ignition temperature and delay time, an increased rate of chemical reaction, and an overall decrease of the effective activation energy of the reaction. The protocol provides a detailed description for the preparation of reactive nanocomposites with tailored microstructure using short-term HEBM method. It also describes a high-speed thermal imaging technique to determine the ignition/combustion characteristics of the energetic materials. The protocol can be adapted to preparation and characterization of a variety of nanostructured energetic composites.

This protocol describes the preparation of gasless nanostructured energetic materials (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) using the short-term high-energy ball milling (HEBM) technique. It also describes a high-speed thermal imaging method to study the reactivity of mechanically fabricated nanocomposites. These protocols can be extended to other reactive nanostructured energetic materials.

Preparazione e reattività di gasless Nanostrutturati materiali energetici

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the ...

Blast Quantification Using Hopkinson Pressure Bars

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures up to many hundreds of megapascals. In this respect the simplicity of the Hopkinson pressure bar has a major advantage in that while the measurement end of the Hopkinson bar can endure and be exposed to harsh conditions, the strain gauge mounted to the bar can be affixed some distance away. This allows protective housings to be utilized which protect the strain gauge but do not interfere with the measurement acquisition. The use of an array of pressure bars allows the pressure-time histories at discrete known points to be measured. This article also describes the interpolation routine used to derive pressure-time histories at un-instrumented locations on the plane of interest. Currently the technique has been used to measure loading from high explosives in free air and buried shallowly in various soils.

This protocol details the use of Hopkinson pressure bars to measure reflected blast loading from near-field explosive events. It is capable of interpolating a pressure-time history at any point on a reflective boundary and as such can be used to fully characterize the spatial and temporal variations in loading produced.

Blast Quantificazione Utilizzando Hopkinson Pressure Bar

Near-field blast load measurement presents an issue to many sensor types as they must endure very aggressive environments and be able to measure pressures ...

Minimum Burning Pressures of Water-based Emulsion Explosives

This manuscript describes a protocol to measure the minimum pressure required for sustained burning of water-based emulsion explosives. Pumping water-based emulsion explosives for blasting applications can be very hazardous, as demonstrated by a number of pump accidents around the globe in the last decades, including some that resulted in fatalities. In Canada, the recognition of this hazard has led to the development of pumping guidelines that were endorsed by both the explosives industry and the Explosive Regulatory Division of the Canadian government. In these guidelines, it was noted that the minimum burning pressures (MBP) measured in a laboratory would provide a good guide to characterize the behaviour of these products in pumping systems. The same guidelines also call for the design of pump systems that prevent, whenever possible, pressures from exceeding the MBP of the product being pumped. At the time of publication of these guidelines, a methodology existed for measuring such MBP values but it had never been validated to measure the MBP of ammonium nitrate water-based emulsions (AWEs). AWEs are now used much more widely than any other water-based explosives and precursors in on-site bulk loading operations.
The Canadian Explosives Research Laboratory (CanmetCERL) has been conducting research over the last ten years to develop a validated testing protocol to measure and interpret representative MBP values for AWEs. The test, as it is performed today, will be described and the critical components will be justified by reference to recent published data. Results of MBP measurements, for a range of AWE products, will be presented. Inclusion of the MBP test in the test standards for the authorization of high explosives in Canada will also be discussed.

We present an apparatus based on hot-wire ignition in a pressurized enclosure and an associated methodology to measure the minimum pressure required to induce sustained combustion in water-based emulsion explosives. This method improves product characterization to allow one to use them more safely during pumping and mixing operations.

Minimo le pressioni degli esplosivi emulsione acquosa di masterizzazione

This manuscript describes a protocol to measure the minimum pressure required for sustained burning of water-based emulsion explosives. Pumping ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common procedure for collecting traces of explosives, and standardized measurements of collection efficiency are needed to evaluate and optimize sampling protocols. The approach described here is designed to provide this measurement infrastructure, and controls most of the factors known to be relevant to wipe-sampling. Three critical factors (the applied force, travel distance, and travel speed) are controlled using an automated device. Test surfaces are chosen based on similarity to the screening environment, and the wipes can be made from any material considered for use in wipe-sampling. Particle samples of the explosive 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) are applied in a fixed location on the surface using a dry-transfer technique. The particle samples, recently developed to simulate residues made after handling explosives, are produced by inkjet printing of RDX solutions onto polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates. Collection efficiency is measured by extracting collected explosive from the wipe, and then related to critical sampling factors and the selection of wipe material and test surface. These measurements are meant to guide the development of sampling protocols at screening venues, where speed and throughput are primary considerations.

Optimized sampling protocols and the development of new wipe materials can be facilitated by standardized measurements of collection efficiency from wipe-sampling. Our approach for sampling trace explosives uses an automated device to control speed, force, and distance during wipe-sampling followed by extraction of collected explosives.

Metodo standardizzato per la misurazione Collection efficienza da Wipe-campionamento di esplosivi traccia

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

Nanothermite with Meringue-like Morphology: From Loose Powder to Ultra-porous Objects

The goal of the protocol described in this article is to prepare aluminothermic compositions (nanothermites) in the form of porous, monolithic objects. Nanothermites are combustible materials made up of inorganic fuel and an oxidizer. In nanothermite foams, aluminum is the fuel and aluminum phosphate and tungsten trioxide are the oxidizing moieties. The highest flame propagation velocities (FPVs) in nanothermites are observed in loose powders and FPVs are strongly decreased by pelletizing nanothermite powders. From a physical standpoint, nanothermite loose powders are metastable systems. Their properties can be altered by unintentional compaction induced by shocks or vibrations or by the segregation of particles over time by settling phenomena, which originates from the density differences of their components. Moving from a powder to an object is the challenge that must be overcome to integrate nanothermites in pyrotechnic systems. Nanothermite objects must have both a high open porosity and good mechanical strength. Nanothermite foams meet both of these criteria, and they are prepared by dispersing a nano-sized aluminothermic mixture (Al/WO3) in orthophosphoric acid. The reaction of aluminum with the acid solution gives the AlPO4 &#34;cement&#34; in which Al and WO3 nanoparticles are embedded. In nanothermite foams, aluminum phosphate plays the dual role of binder and oxidizer. This method can be used with tungsten trioxide, which is not altered by the preparation process. It could probably be extended to some oxides, which are commonly used for the preparation of high performance nanothermites. The WO3-based nanothermite foams described in this article are particularly insensitive to impact and friction, which makes them far safer to handle than loose Al/WO3 powder. The fast combustion of these materials has interesting applications in pyrotechnic igniters. Their use in detonators as primers would require the incorporation of a secondary explosive in their composition.

This manuscript describes the synthesis of combustible aluminophosphate matrices by the reaction of orthophosphoric acid (H3PO4) with aluminum nanopowder. When this reaction is carried out with excess aluminum in the presence of tungsten trioxide nanopowder, it leads to a solid, porous nanothermite foam.

Nanotermite con meringa-come la morfologia: da cipria in polvere agli oggetti ultra-porosi

The goal of the protocol described in this article is to prepare aluminothermic compositions (nanothermites) in the form of porous, monolithic objects. ...

Processing of Bulk Nanocrystalline Metals at the US Army Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued development of nanocrystalline metals. Despite these efforts, the transition of these materials from the lab bench to actual applications has been blocked by the inability to produce large scale parts that retain the desired nanocrystalline microstructures. Following the development of a method proven to stabilize the nanosized grain structure to temperatures approaching that of the melting point for the given metal, the US Army Research Laboratory (ARL) has progressed to the next stage in the development of these materials - namely the production of large scale parts suitable for testing and evaluation in a range of relevant test environments. This report provides a broad overview of the ongoing efforts in the processing, characterization, and consolidation of these materials at ARL. In particular, focus is placed on the methodology used for producing the nanocrystalline metal powders, in both small and large-scale amounts, that are at the center of ongoing research efforts.

This paper provides a brief overview of the ongoing efforts at the Army Research Laboratory on the processing of bulk nanocrystalline metals with an emphasis on the methodologies used for the production of the novel metal powders.

Lavorazione dei metalli nanocristallini Bulk presso la US Army Research Laboratory

Given their potential for significant property improvements relative to their large grained counterparts, much work has been devoted to the continued ...

Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The method enables elevated temperature plate-impact experiments aimed towards probing dynamic behavior of materials under thermomechanical extremes, while mitigating several special experimental challenges faced while performing similar experiments using the conventional plate impact approach. Custom adaptations are made to the breech-end of a single-stage gas-gun at Case Western Reserve University; these adaptations include a precision-machined extension piece made from SAE 4340 steel, which is strategically designed to mate the existing gun-barrel while providing a high tolerance match to the bore and keyway. The extension piece contains a vertical cylindrical heater-well, which houses a heater assembly. A resistive coil heater-head, capable of reaching temperatures of up 1200 &#176;C, is attached to a vertical stem with axial/rotational degrees of freedoms; this enables thin metal specimens held at the front-end of a heat-resistant sabot to be heated uniformly across the diameter to the desired test temperatures. By heating the flyer plate (in this case, the sample) at the breech-end of the gun-barrel instead of at the target-end, several critical experimental challenges can be averted. These include: 1) severe changes in the alignment of the target plate during heating due to the thermal expansion of the several constituents of the target holder assembly; 2) challenges that arise due to the diagnostics elements, (i.e., polymer holographic gratings, and optical probes) being too close to the heated target assembly; 3) challenges that arise for target plates with an optical window, where crucial tolerances between the sample, bond layer, and window become increasingly difficult to maintain at high temperatures; 4) in the case of combined compression-shear plate impact experiments, the need for high-temperature resistant diffraction gratings for the measurement of transverse particle velocity at the free surface of the target; and 5) limitations imposed on the impact velocity necessary for unambiguous interpretation of the measured free surface velocity versus time profile due to thermal softening and possibly yielding of the bounding target plates.By utilizing the adaptations mentioned above, we present results from a series of reverse geometry normal plate impact experiments on commercial purity aluminum at a range of sample temperatures. These experiments show decreasing particle velocities in the impacted state, which are indicative of material softening (decrease in post-yield flow stress) with increasing sample temperatures.

Here, we present a detailed protocol of a new approach for conducting elevated temperature reverse normal plate impact, and combined pressure-and-shear plate impact. The approach involves the use of a breech-end resistive coil heater to heat a sample held at the front-end of a heat-resistant sabot to the desired temperature.

Lo svolgimento di elevata temperatura normale e combinato di pressione-taglio piatto impatto esperimenti tramite un sistema di riscaldamento-culatta Sabot

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The ...