一種高活性鋁粉燃燒熱的測(cè)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及物質(zhì)燃燒熱的測(cè)定方法，適用于高活性鋁粉燃燒熱的測(cè)定。
【背景技術(shù)】
[0002] 微/納米鋁粉由于具有較高的燃燒熱值，常用做火箭推進(jìn)劑的高能金屬燃燒劑，不 僅提高了固體推進(jìn)劑的燃速，增加了比沖，同時(shí)還可以降低壓強(qiáng)指數(shù)。鋁粉在空氣中極易被 氧化，形成ai 2〇3,表面被氧化了的鋁粉，其化學(xué)潛能(燃燒熱)也降低了，并且不同粒徑、形狀 及制備工藝得到的鋁粉燃燒熱也存在差異，如果僅使用理論數(shù)值往往存在較大誤差，這也 給含鋁推進(jìn)劑的熱力學(xué)計(jì)算及配方設(shè)計(jì)帶來(lái)了較大困難。因此，使用鋁粉之前對(duì)其燃燒熱 值進(jìn)行測(cè)定是很有必要的。
[0003] 目前對(duì)于鋁粉的燃燒熱值測(cè)試還沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的方法，國(guó)防科技大學(xué)航天與材料 工程學(xué)院劉香翠等(《納米鋁粉及納米鋁粉/煤油凝膠體系能量性能研究》，固體火箭技術(shù)， 2005)利用氧彈式量熱計(jì)，直接取鋁粉樣品在氧彈中燃燒獲得燃燒熱。但用這種傳統(tǒng)的量熱 儀測(cè)試方法測(cè)試鋁粉燃燒熱存在以下問(wèn)題：（1)鋁粉的燃燒過(guò)程極容易發(fā)生團(tuán)聚、聚積、凝 結(jié)等現(xiàn)象，直接點(diǎn)燃就會(huì)出現(xiàn)燃燒不完全，從而導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不穩(wěn)定，重復(fù)性差；（2)高活性 鋁粉由于其粉末形態(tài)，使之不同于普通的推進(jìn)劑，點(diǎn)火瞬間會(huì)發(fā)生爆燃現(xiàn)象，使得氧彈內(nèi)部 的壓力瞬間升高，同時(shí)瞬間的高溫也會(huì)造成燒蝕現(xiàn)象，無(wú)法得到有效數(shù)據(jù)，同時(shí)也會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn) 儀器部件造成損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，本發(fā)明提供一種準(zhǔn)確度高、安全、易行的 高活性鋁粉燃燒熱的測(cè)定方法。
[0005] 聚疊氮縮水甘油醚(GAP)，作為一種近年來(lái)推進(jìn)劑中應(yīng)用效果較好的含能粘合劑， 與鋁粉具有較好的相容性。本發(fā)明利用熱力學(xué)第一定律，在絕熱恒容反應(yīng)器內(nèi)，使用GAP作 為助燃劑與鋁粉進(jìn)行一定比例混合均勻后再燃燒，從而間接獲得鋁粉的燃燒熱。一方面GAP 高分子網(wǎng)狀骨架可以有效地將超細(xì)化鋁粉分散于其中，避免了團(tuán)聚現(xiàn)象;另一方面GAP起到 了降低鋁粉燃燒速率的作用，使得鋁粉可以平穩(wěn)完全的燃燒，從而保證實(shí)驗(yàn)安全順利的進(jìn) 行。
[0006] 本發(fā)明提供的高活性金屬鋁粉燃燒熱的測(cè)定方法，步驟如下：（1)用苯甲酸對(duì)氧彈熱 量計(jì)的量熱系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，得到系統(tǒng)的熱容量E;(2)將新開(kāi)封的鋁粉與聚疊氮縮水甘油醚GAP按 照質(zhì)量比1:2~10進(jìn)行均勻混合制樣；（3)稱取質(zhì)量為0.20~0.35g的混合燃燒試樣置于量熱 彈中，充入氧氣，再將量熱彈置于水中，測(cè)定水的初溫T Q，讓試樣在量熱彈中燃燒，準(zhǔn)確測(cè)定燃
燒后水溫值Tn;⑷根據(jù)水的升溫值和GAP的燃燒熱Qcap， 計(jì)算高活性鋁粉的燃燒熱值。
[0007] 步驟(3)中所述的充入氧氣的壓力為1.5~2. OMPa。
[0008] 本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述鋁粉與聚疊氮縮水甘油醚GAP質(zhì)量比選擇1:4,量熱 彈中的混合燃燒試樣為0.25g，充氧壓力為1.5MPa。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0010] (1)通過(guò)加入GAP骨架結(jié)構(gòu)作助燃劑避免了鋁粉的團(tuán)聚現(xiàn)象，從而使其可以完全燃 燒，相比于直接測(cè)試法，數(shù)據(jù)結(jié)果更為可靠，燃燒效率可達(dá)到99.03 % (對(duì)比文件僅為 78.4%)〇
[0011] (2)通過(guò)加入GAP降低了鋁粉的燃燒速率，避免了瞬間燃爆對(duì)儀器造成損壞，保證 實(shí)驗(yàn)安全順利的進(jìn)行。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但需要說(shuō)明的是本發(fā)明并非限 制于此，所有依據(jù)本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)均在本發(fā)明保護(hù)范疇之內(nèi)。本發(fā)明實(shí)施例中均使用 GR-3500型氧彈熱量計(jì)進(jìn)行測(cè)定。燃燒效率計(jì)算公式為實(shí)測(cè)值/理論值X 100%。
[0013] 實(shí)施例1
[0014] 用苯甲酸對(duì)氧彈熱量計(jì)的量熱系統(tǒng)進(jìn)行多次標(biāo)定，取極差不超過(guò)40 J/K的5次試驗(yàn) 結(jié)果的平均值作為系統(tǒng)的熱容量，得到E = 14511.2 J/K;將新開(kāi)封的鋁粉(50nm，活性鋁含量 82%)與GAP按照1:3(質(zhì)量比）進(jìn)行均勻混合制樣，稱取0.2501g的燃燒試樣置于量熱彈中， 充入過(guò)量氧氣，再將量熱彈置于一定量的水中，讓試樣在量熱彈中燃燒，準(zhǔn)確測(cè)定水的升溫
算鋁粉的燃燒熱值。其中充氧壓力為 1.5MPa。測(cè)試兩組取其平均值作為鋁粉的燃燒熱，結(jié)果見(jiàn)表1。
[0015] 實(shí)施例2
[0016] 用苯甲酸對(duì)氧彈熱量計(jì)的量熱系統(tǒng)進(jìn)行多次標(biāo)定，取極差不超過(guò)40 J/K的5次試驗(yàn) 結(jié)果的平均值作為系統(tǒng)的熱容量，得到E = 14511.2 J/K;將新開(kāi)封的鋁粉(50nm，活性鋁含量 82%)與GAP按照1:4(質(zhì)量比）進(jìn)行均勻混合制樣，稱取0.2504g的燃燒試樣置于量熱彈中， 充入過(guò)量氧氣，再將量熱彈置于一定量的水中，讓試樣在量熱彈中燃燒，準(zhǔn)確測(cè)定水的升溫
算鋁粉的燃燒熱值。其中充氧壓力為 1.5MPa。測(cè)試三組取其平均值作為鋁粉的燃燒熱，結(jié)果見(jiàn)表1。
[0017] 實(shí)施例3
[0018] 用苯甲酸對(duì)氧彈熱量計(jì)的量熱系統(tǒng)進(jìn)行多次標(biāo)定，取極差不超過(guò)40 J/K的5次試驗(yàn) 結(jié)果的平均值作為系統(tǒng)的熱容量，得到E = 14511.2 J/K;將新開(kāi)封的鋁粉(50nm，活性鋁含量 82%)與GAP按照1:4(質(zhì)量比）進(jìn)行均勻混合制樣，稱取0.3019g的燃燒試樣置于量熱彈中， 充入過(guò)量氧氣，再將量熱彈置于一定量的水中，讓試樣在量熱彈中燃燒，準(zhǔn)確測(cè)定水的升溫
算鋁粉的燃燒熱值。其中充氧壓力為 1.5MPa。測(cè)試三組取其平均值作為鋁粉的燃燒熱，結(jié)果見(jiàn)表1。
[0019] 實(shí)施例4
[0020] 用苯甲酸對(duì)氧彈熱量計(jì)的量熱系統(tǒng)進(jìn)行多次標(biāo)定，取極差不超過(guò)40 J/K的5次試驗(yàn) 結(jié)果的平均值作為系統(tǒng)的熱容量，得到E = 14511.2 J/K;將新開(kāi)封的鋁粉(50nm，活性鋁含量 82%)與GAP按照1:4(質(zhì)量比）進(jìn)行均勻混合制樣，稱取0.2511g的燃燒試樣置于量熱彈中， 充入過(guò)量氧氣，再將量熱彈置于一定量的水中，讓試樣在量熱彈中燃燒，準(zhǔn)確測(cè)定水的升溫
算鋁粉的燃燒熱值。其中充氧壓力為 2. OMPa。測(cè)試三組取其平均值作為鋁粉的燃燒熱，結(jié)果見(jiàn)表1。
[0021] 本發(fā)明的高活性鋁粉燃燒熱的測(cè)定結(jié)果與理論值比較：
[0022] 表1本發(fā)明測(cè)得鋁粉的燃燒熱數(shù)據(jù)
[0025]將各實(shí)施例和理論值進(jìn)行了比較，如上表所示，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明方法測(cè)得的鋁粉燃燒 熱值與理論計(jì)算值極為接近，燃燒效率可達(dá)到99.03%。證實(shí)本發(fā)明的高活性金屬鋁粉的測(cè) 定方法不僅安全易行，而且具有較高的燃燒效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高活性鋁粉燃燒熱的測(cè)定方法，其特征在于步驟如下： (1) 用苯甲酸對(duì)氧彈熱量計(jì)的量熱系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，得到系統(tǒng)的熱容量E; (2) 按照質(zhì)量比1:X混合鋁粉與聚疊氮縮水甘油醚GAP，得到混合燃燒試樣，其中X為2~ 10； (3) 稱取質(zhì)量為m的混合燃燒試樣放入量熱彈，充入氧氣，置于初溫為T。的水中，測(cè)定燃 燒后的水溫值?η，其中m為0.20~0.35g; (4) 按照公：計(jì)算高活性鋁粉的燃燒熱，其中Qcap為GAP的燃 燒熱。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高活性鋁粉燃燒熱的測(cè)定方法，其特征在于步驟(3)中所述的 充入氧氣的壓力為1.5~2. OMPa。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高活性鋁粉燃燒熱的測(cè)定方法，該方法包括以下步驟：(1)用苯甲酸對(duì)氧彈熱量計(jì)的量熱系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，得到系統(tǒng)的熱容量；(2)將鋁粉與聚疊氮縮水甘油醚GAP混合制樣；(3)稱取混合燃燒試樣置于量熱彈中，充入氧氣，再將量熱彈置于水中，讓試樣在量熱彈中燃燒，準(zhǔn)確測(cè)定燃燒前后水溫值；(4)根據(jù)水的升溫值和GAP的燃燒熱，按照公式計(jì)算鋁粉的燃燒熱值。本發(fā)明提供了一種準(zhǔn)確度高、安全、易行的高活性鋁粉燃燒熱測(cè)量方法，為含鋁推進(jìn)劑的熱力學(xué)計(jì)算及配方設(shè)計(jì)提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
【IPC分類】G01N25/26, G01N25/44
【公開(kāi)號(hào)】CN105606649
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610132623
【發(fā)明人】姜菡雨, 趙鳳起, 孫志華, 徐司雨, 裴慶, 楊九冰, 李猛, 郝海霞, 姚二崗
【申請(qǐng)人】西安近代化學(xué)研究所
【公開(kāi)日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年3月9日