CN103033605A - 一种推进剂中硝化棉组分定量分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种推进剂中硝化棉组分的定量分析方法，该方法将推进剂试样处理后采用有机醚提取，提取温度为55℃～70℃；有机醚不溶物再用水浸泡，保持水温40℃～60℃；将有机醚提取和水浸泡后的有机醚不溶物干燥，冷却、称重；采用进样量为80mg~100mg和二次燃烧的氮元素分析仪测定有机醚不溶物中氮元素含量，与原材料硝化棉中的氮含量进行对比得出推进剂中硝化棉组分的含量。该方法直接、快速、准确，适用于单基、双基推进剂，还适用于改性双基推进剂、复合推进剂中硝化棉组分的定量。

Description

一种推进剂中硝化棉组分定量分析方法
技术领域
本发明属于火炸药分析测试技术领域，具体涉及一种推进剂中硝化棉组分的快速定量方法。
背景技术
固体推进剂最重要的用途是作为一种能源和工质应用于固体火箭发动机之中，使火箭飞行器获得前进的动力，从而完成运载和攻击毁伤等任务。为了使火箭武器能准确的到达所要攻击的目标，要求野战火箭具有高的精度和导弹精确制导系统，对于作为能源和工质的固体推进剂装药要有良好的性能、科学合理的设计并与火箭发动机之间具有良好的匹配。因此其配方早已不是单基和双基推进剂组分那么简单，改性推进剂和复合推进剂除主成分硝化棉和硝化甘油外，一般还包括高分子粘结剂如端羟基聚酯、端羟基聚醚等；氧化剂如：高氯酸铵、高氯酸钾等；高能燃烧剂如镁、铝等、燃烧性能调节剂如：PbO、CuO和亚铬酸铜等；增塑剂如硝化二乙二醇、苯甲二酸二辛酯等；安定剂如1、2、3号中定剂等；有些还会加入少量防老剂和键合剂。
已知，推进剂中硝化棉组分的分析采用GJB770B《方法208.2硝化棉差减法》，即要得到硝化棉组分的含量，先要测定出其它组分含量，然后从总量中减去其它组分含量，即得出硝化棉组分的含量。
GJB770B《方法208.3硝化棉测氮法》适用于双乙醛推进剂中硝化棉含量的测定。原理是将推进剂试样用乙醚提取，用狄瓦尔德氮量法测定提取残留物中的氮含量，与原材料硝化棉中氮含量比较计算出硝化棉的含量。这种方法利用氧化还原反应，对配方中添加有多种催化剂的改性推进剂和复合推进剂不能适用。而且分析装置复杂，操作过程特别繁琐，先皂化，再蒸馏还原，最后酸碱滴定，分析步骤多、误差大，又因适用范围窄，现在基本不被采用。
文献《氮分析仪法测定单基无烟药中硝化棉含氮量的方法》理化检验-化学分册.2002，38（10）：515报道了单基无烟药中硝化棉含氮量的方法，单基无烟药主要组成为硝化棉、二苯胺和特定溶剂，该测量方法是将单基药分离提纯出硝化棉，然后用元素分析仪测定硝化棉的氮含量，主要目的是判断硝化棉的氮含量是否变化。
现有技术中，固体推进剂中硝化棉含量的测定方法主要采用差减法，操作步骤多，速度慢，由于分析误差累积，分析结果误差大，而且对于多组分推进剂，要测定其余全部组分也非常困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用元素分析仪测氮法定量推进剂中硝化棉组分含量的分析方法，该方法直接、快速、准确。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种推进剂中硝化棉组分定量分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）用刮刀将试样处理成花片状，其厚度小于2mm，准确称取1g刮成花片的试样，置于已恒重的滤杯中，用有机醚溶剂提取2h，提取温度为55℃～70℃；
2）将滤杯中的提取不溶物转移至烧杯中，加入30mL温水，浸泡40min，保持水温40℃～60℃；
3）将烧杯中用水浸泡后的不溶物全部转移至原滤杯中，用水洗涤4次，抽干，置于100℃±5℃干燥箱中干燥1h后，自然冷却30min，从干燥箱取出，称重，记录质量；
4）将上述干燥后的不溶物直接放入进样量为80mg~100mg的元素分析仪中进行氮元素定量，依据试样处理后的不溶物含量、不溶物中氮元素含量和硝化棉原材料中氮元素的含量，进而计算出推进剂样品中硝化棉组分含量。
上述有机醚为乙醚、异丙醚中的一种或一种以上任意比例混合物。
上述元素分析仪的燃烧方式采用二级燃烧，即分析试样在经过第一个燃烧管后，再在第二个燃烧管中进行第二次燃烧，以保证大量样品的完全燃烧。
上述推进剂试样可以不含高氯酸铵，对于不含高氯酸铵组分的推进剂，用有机醚提取，对不溶物定量，然后对干燥的不溶物直接做元素分析，得到其中氮元素的含量。
本发明的推进剂中硝化棉组分定量分析方法，先将推进剂样品组分分离，计算出剩余的硝化棉和燃烧性能调节剂等不含氮的组分合量，然后用元素分析仪测定出其中的氮元素含量，最后计算出推进剂中硝化棉的含量。突破了常规对固体推进剂组分一一分离的思路，对复杂固体推进剂的组分只需进行简单的分组分离；选择了80mg~100mg进样量和具有二级燃烧系统的元素分析仪，解决了普通元素分析仪因取样量少（几毫克）而产生的误差大的原因；保证了样品中氮元素的充分完全燃烧，从而保证了分析方法的准确度。与GJB770B方法相比，本发明实现了复杂推进剂中硝化棉组分的直接、快速测定。
具体实施方式
以下结合发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细说明。
一、采用乙醚为提取剂进行说明：
用刮刀将试样处理成花片状，其厚度小于2mm，精确称取1g刮成花片的试样，置于已恒重的3号滤杯中，用乙醚提取2h，提取温度为55℃～70℃；将3号滤杯中的乙醚提取不溶物转移至100mL烧杯中，加入30mL温水，浸泡40min，保持水温40℃～60℃；将烧杯中的用水浸泡后的不溶物全部转移至原3号滤杯中，用水洗涤4次，抽干，置于100℃±5℃干燥箱中干燥1h后，置于干燥器中自然冷却30min，称重，记录质量；不溶物直接采用大进样量的元素分析仪进行氮元素定量，进样量：80mg~100mg，燃烧方式：采用二级燃烧，即分析试样在经过第一个燃烧管后，再在第二个燃烧管中进行第二次燃烧，以保证大量样品量的完全燃烧。
按照公式（1）计算推进剂样品中硝化棉组分含量。
本实施例依据试样质量、萃取分离后不溶物质量、不溶物中氮元素含量和硝化棉原材料中氮元素的含量，按照公式（1）计算出推进剂样品中硝化棉组分含量。
w NC = w N ( m 2 - m 1 ) mc N × 100 % - - - ( 1 )
式中：
wNC：试样中硝化棉组分质量分数，%；
m2：滤杯和不溶物的质量，g；
m1：空滤杯恒重质量，g；
m：试样质量，g；
wN：元素分析仪测定的不溶物氮元素质量分数，%；
cN：原材料硝化棉的氮元素质量分数，%。
以下是发明人给出的实施例。
实施例1：XX主装药中硝化棉组分含量测定：
1）用刮刀将XX主装药试样处理成花片状，其厚度小于2mm，精确称取1g置于已恒重的3号滤杯中，用乙醚提取2h，提取温度为58℃；
2）将3号滤杯置于100℃±5℃干燥箱中干燥1h后，置于干燥器中自然冷却30min，称重，记录质量；
3）不溶物直接采用大进样量的元素分析仪进行氮元素定量，进样量：80mg，燃烧方式：采用二级燃烧；按照公式（1）计算XX主装药中硝化棉组分含量，并与差减法的结果进行对照，具体数据见表1。
表1XX主装药中硝化棉组分含量
样品序号 元素分析仪测氮法／％ 差减法／％ 误差／％
1 41.87 42.13 0.26
2 41.54 41.99 0.45
3 41.85 41.94 0.09
4 41.16 41.05 -0.11
平均值 41.61 41.78 0.17
实施例2：XX续航药中硝化棉组分含量测定：
1）用刮刀将XX续航药试样处理成花片状，其厚度小于2mm，精确称取1g置于已恒重的3号滤杯中，用异丙醚提取2h，提取温度为70℃；
2）将3号滤杯置于100℃干燥箱中干燥1h后，置于干燥器中自然冷却30min，称重，记录质量；
3）不溶物直接采用大进样量的元素分析仪进行氮元素定量，进样量：100mg，燃烧方式：采用二级燃烧；采用按照公式（1）计算XX续航药中硝化棉组分含量，并与差减法的结果进行对照，具体数据见表2。
表2XX续航药中硝化棉组分含量
样品序号 元素分析仪测氮法／％ 差减法／％ 误差／％
1 42.92 42.99 -0.07
2 42.16 42.42 -0.26
3 42.06 42.37 -0.31
4 41.84 41.92 -0.08
平均值 42.25 42.43 -0.18
实施例3
XX含高氯酸铵推进剂中硝化棉组分含量
1）用刮刀将XX含高氯酸铵推进剂试样处理成花片状，其厚度小于2mm，精确称取1g置于已恒重的3号滤杯中，用异丙基醚与乙醚混合溶剂提取2h，提取温度为60℃，其中乙醚与异丙基醚体积比2：1；
2）将3号滤杯中的乙醚与异丙基醚不溶物全部转移到烧杯中，加入30mL温水，浸泡40min，保持水温50℃；
3）将烧杯中用水浸泡后的不溶物全部转移至原3号滤杯中，用水洗涤4次，抽干，置于100℃±5℃干燥箱中干燥1h后，置于干燥器中自然冷却30min，称重，记录质量；
4）不溶物直接采用大进样量的元素分析仪进行氮元素定量，进样量：100mg，燃烧方式：采用二级燃烧；采用按照公式（1）计算XX含高氯酸铵推进剂中硝化棉组分中硝化棉组分含量，并与差减法的结果进行对照，具体数据见表3。
表3XX含高氯酸铵推进剂中硝化棉组分含量
样品序号 元素分析仪测氮法／％ 差减法／％ 误差／％
1 33.76 34.02 0.26
2 33.64 33.5 -0.14
3 33.9 33.26 -0.64
4 33.88 34.26 0.38
平均值 33.80 33.76 -0.04

Claims (3)

1.一种推进剂中硝化棉组分定量分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）用刮刀将试样处理成花片状，其厚度小于2mm，精确称取1g刮成花片的试样，置于已恒重的滤杯中，用有机醚溶剂提取2h，提取温度为55℃～70℃；
2）将滤杯中的有机醚提取后的不溶物转移至烧杯中，加入30mL温水，浸泡40min，保持水温40℃～60℃；
3）将烧杯中的用水浸泡后的不溶物全部转移至原滤杯中，用水洗涤4次，抽干，置于100℃±5℃干燥箱中干燥1h后，自然冷却30min，从干燥箱取出，称重，记录质量；
4）将上述干燥后的不溶物直接放入进样量为80mg～100mg的元素分析仪中进行氮元素定量，依据试样处理后的不溶物含量、不溶物中氮元素含量和硝化棉原材料中氮元素的含量，进而计算出推进剂样品中硝化棉组分含量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机醚为乙醚、异丙醚中的一种或一种以上任意比例的混合物。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述元素分析仪的燃烧方式采用二级燃烧，即分析试样在经过第一个燃烧管后，再在第二个燃烧管中进行第二次燃烧，以保证大量样品的完全燃烧。
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