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野战弹药防静电包装设计

摘要:阐述了野战条件下静电放电产生原因及危害形式,分析了静电防护的基本原理,介绍了野战条件下弹药包装所能采用的几种防护材料,为长期储存弹药防静电包装技术提供帮助。

关键词:野战弹药;静电放电:防静电包装设计

随着电子元件和电火工品在弹药中的应用增多,弹药的静电感度越来越高,其抗静电性能越来越弱。外军及我军以前经常发生弹药因静电放电而自燃自爆的事故。尤其在野战条件下,弹药产生静电放电的偶然因素更多,而许多防静电的措施却难以实施。改善包装结构及性能,增强弹药防静电能力成为野战弹药防静电的必然选择,可有效地消除静电危害的发生,对长期储存弹药的防静电也具有重要意义。

1 野战条件下静电的产生及危害形式

野战条件下静电源的产生主要有以下3个方面:1)接触分离起电。在弹药的运输、搬动中,其包装材料与其它物体分离、磨擦时就会产生静电。人在脱衣或从皮椅上起立时会产生几千伏甚至上万伏的电压;2)剥离起电。打开弹药密封包装取弹时,人体及包装材料都会产生较高的电压。此外,揭开弹药表面塑料棚布时也会产生很高的电压;3)感应起电。弹药堆附近有雷电发生时,雷电极高的电位能在弹药表面感应出很高的电压。虽然弹药堆发生直击雷的机率很小,但感应雷却很多,尤其在南方雷雨季节,弹药表面感应出电荷的电压足以击穿弹药内部电路、点燃电火工品。我军以前就发生过这种事故,某阵地上堆放的火箭炮弹因雷电感应导致电点火贝自燃而自行飞出。当这些高压的危险静电源和弹药的电路及电火工品间形成能量耦合时,就会产生静电放电现象。放电电压可高达数万伏,放电电流达上百安,频谱范围可达干兆赫,其电流波形的上升时间可小于1ns。静电放电可以造成电火工品的意外点火、爆炸事故,也可以造成电子设备的严重干扰和硬损伤。静电放电产生的电磁脉冲,还可能导致微电子线路的误动作和潜在的工作可靠性降低。

2 静电防护原理

虽然野外的危险静电源很多,而静电防护的手段又有限,但静电危害仍是可以控制和消除的。形成静电放电必须同时具备3个条件:1)有足够高电压的危险静电源;2)存在敏感的静电危险场所;3)形成静电能量耦合。由静电放电条件可知,要消除静电放电必须至少使其中的一个条件不成立。在不改变弹药设计的情况下,只有通过降低静电源的危险性及切断静电能量耦合通道来消除放电现象的发生。虽然提高湿度可以明显改变物体表面电阻,增强导电性,但野外弹药存储场所的湿度难于控制,因而不能通过调整局部空间的湿度来提高静电荷逸散速度,降低危险静电源的电压。

采用防静电材料改进包装是一种简单有效的防护方法,既可以便弹药包装上的静电电荷快速泄漏掉,又可以起到电磁屏蔽的作用,防止一些功率强大的雷达及电磁脉冲武器产生射频侵入弹药,形成能量耦合,引起电子电路的损伤或电火工品的失效甚至爆炸。如热桥丝式电爆装置的最小安全电流仅为50mA。

3 应采取的方法

高技术条件下,防静电包装已成为弹药包装的基不要求。美国、日本、德国等国家的防静电包装材料及产品已走在世界前列。美国还专门修订了弹药包装规范对弹药包装进行优化改进。针对我军实际并吸取外军的包装经验,对弹药进行必要的防静电包装可以便弹药的生存空间得到极大的提升。主要有以下几种方法:

3.1 使用抗静电剂

根据添加方式不同,抗静电剂分为外涂型和内加型2类。外涂型抗静电剂是通过刷涂、喷涂或浸涂等方法涂敷于表面,它们见效快,适用广。尤其是对较早以前生产的无静电防护能力或防护能力差的弹药包装行改进时,使用这种方法较好。既能利用原包装,节约了经费,又便于操作。一些屏蔽涂料一般采用金、银、铜、镍等金属粉末或石墨粉末喷涂于包装的内、外表面也可以起到较好的防静电和屏蔽效果,但其价格较高,不适于体积较大的弹药包装箱上。

内加型抗静电剂是在配料时加入到树脂中,使其均匀地分散到聚合物内,这类物质均溶于水,它可从高分子材料内部向表面迁移,在表面形成均匀的抗静电层。它耐摩擦,稳定性好,效能持久,且价格低廉,适宜用于弹药的包装材料,因为一般弹药要求的储存年限都在15年以上。

3.2 使用结构型导电高分子材料

结构型导电高分子材料是种新型导电性不饱和聚合物。它们通过自身化学结构的作用,使其有与金属自由电子同样作用的п电子的分子结构,电子运动经过共轭系而呈现导电性,再用电解聚合法合成并经掺杂处理而制成,现在它们的最高导电水平已经可与铜、银等金属媲美。

聚乙炔是目前性价比最好的导电材料,掺杂后其电导率可高达105-1.cm-1,而铜、银的电导率也不过106-1.cm-1。由此可见,掺杂后聚乙炔的导电性接近于良导体。但是由于聚乙炔中存在着极易被氧化的双键,因此其稳定性不十分高,此外聚乙炔不溶也不熔,加工成型比较困难。

聚苯胺(PAn)同聚乙炔相比就有更大的优点,其性质稳定,易于加工,易于成膜,且膜柔软,弹性好。更主要的是价格低廉。PAn具有优异的电性能,其电导率随着掺杂度的不同而在10-12~10-1.cm-1之间变化。

3.3 使用填充型材料

所谓导电填料,是能赋予导电性能的一类物质。按其性能来分,主要有5种系列,即金属系、碳系、金属氧化物系、金属化纤维系、有机高分子系。其中碳系是最常用的导电填料,炭黑是天然的半导体材料,其体电阻率约为0.1~10.cm,原料易得,导电性能持久稳定,可大幅调整材料的电阻率(1~108.cm)。因此,由炭黑填充制成的复合型导电高分子材料是目前在抗静电及电磁屏蔽上用途最广,用量最大的一种导电材料。

碳纤维是一种新型的具有良好导电性的涂料,其特点是镀层均匀而牢固,与树脂粘接好。镀金属的碳纤维比一般碳纤维导电性能提高50~100倍。但其价格昂贵,只适合于部分静电敏感性较高的弹药内部电子电路及电火工品的防护。
以金属粉末、金属氧化物填充的基体高分子可获得优良的导电性,在填充很少的情况下便可获得较高的导电率。不过,金属纤维加工时易折断,易被氧化,价格也较贵。

4 结 语
弹药防静电包装应结合我军的实际,设计包装时,应将包装和静电防护结合起来,针对不同的弹药选择不同的防护包装,选择适当的包装材料,以免造成过分包装增加成本,或包装不够达不到效果。还应将内外包装结合起来进行综合考虑,确定最佳防护方案,不能满足于只对一种包装进行改进。要切实使静电防护的设计融子弹药包装的设计之中,并力求达到最佳的性能价格比。总之,防静电包装的推广应用必将有效地提高我军弹药防静电能力,并使弹药野外生存能力得到进一步加强。