CN112611782A - 一种低熔点、易挥发含能材料的动态测压热分析方法 - Google Patents

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李志敏
张同来
杨利
黄可奇
王彦娜
夏良洪
张纬经
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Beijing Institute of Technology BIT
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    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G01N25/48—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on solution, sorption, or a chemical reaction not involving combustion or catalytic oxidation

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Abstract

本发明涉及一种低熔点、易挥发含能材料的动态测压热分析方法，属于含能材料技术领域。为了满足对低熔点、易挥发性含能材料进行热分析的实际需求，本发明所述方法首先对含能材料进行冷冻后再加热，并通过压力传感器和温度传感器得到含能材料分解过程中的实时表观压力和温度值，然后通过TGA法得到材料在不同温度下的蒸气压，将表观压力进行标准化和归一化处理、再减去相应测试温度条件下材料的蒸气压，得到由于分解而导致的压力增加数据，以此数据进行动学和热力处理，得到用于判定该物质热安定性和反应性的基础数据。有效解决了低熔点、易挥发性含能材料分解压力难以测试的问题，实验过程精确、安全、可控、实时在线。

Description

一种低熔点、易挥发含能材料的动态测压热分析方法
技术领域
本发明涉及一种低熔点、易挥发含能材料的动态测压热分析方法，属于含能材料技术领域。
背景技术
目前，随着国防装备技术的不断发展，低熔点、易挥发性含能材料已经获得了大规模的广泛应用，包括云爆剂和高密度混合烃等。液体云爆剂为易燃、易挥发性的液态碳氢化合物，在常温下就能自燃，甚至引起着火和爆炸，爆轰威力巨大，在现代武器装备上有广泛的应用。因此，需要对这类低熔点、易挥发性的含能材料性能进行全面研究和认识，以确保生产和使用的安全。
含能材料的真空安定性，是指对含能材料加速老化试验的方法之一，重点考核材料在高真空度、高温加热、长时间储存过程由热和低压双因素导致的热反应、热分解、生产气体产物的过程和产气量，所得测试结果对于指导生产、使用、储存和运输过程的安全操作、控制贮存条件具有重要的应用价值。
为了研究含能材料的真空安定性，早期使用是毛细管汞柱压力计法测量试样在真空和受热条件下的热分解过程。由于毛细管存在冷端，低熔点和易挥发性试样很快挥发、凝固在冷端，不能参与受热过程，无法真实地考核全量待测试样的热安定性。
随着测量技术的发展，微电子传感器技术迅速发展进来，新型的压力传感器也能够适应微压变化的测量要求，出现了压力补偿式测试技术、外置压力传感器测试技术等，但由于同样存在冷端问题、反应试管不能在高温条件下长时间密封问题，导致了测量数据不准确，不能很好地应用于低熔点、易挥发性试样的热安定性测试。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低熔点易挥发含能材料的动态测压热分析(DPTA)方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种低熔点、易挥发含能材料的动态测压热分析方法，所述方法步骤包括：
(1)将准确量的所述含能材料装入密闭的反应测试管中，所述反应测试管内设置有压力传感器和温度传感器，所述含能材料不与压力传感器和温度传感器接触；
(2)将所述反应测试管置于低温环境下进行冷冻处理，冷冻结束后将反应测试管内抽真空至压力小于10Pa，待反应测试管内的压力稳定后，记录反应测试管内的压力和温度；冷冻处理时，环境温度低于所述含能材料的凝固点；
(3)将所述反应测试管从低温环境中取出并置于加热炉中进行加热，加热至待分析温度下保温，在线实时记录反应测试管内的压力和温度；对所述压力进行标准化和归一化处理，得到处理后的压力值；
(4)另外称取一定量的所述含能材料，采用热重分析(TGA)法测试得到所述含能材料在不同温度下的挥发量并计算得到相应的蒸气压值；
(5)将同一温度下的处理后的压力值减去蒸气压值，得到由于所述含能材料分解而导致的压力增加值数据，所述数据用于对所述含能材料进行热分析。
进一步的，所述低熔点、易挥发含能材料为室温下为液体的含能材料、黏稠状含能材料、熔点小于等于100℃的固体含能材料或敏感型含能材料。
进一步的，步骤(1)对所述反应测试管进行氮气置换后再将装入所述含能材料。用氮气将反应试管内的水蒸气、二氧化碳等反应性气体全都转换出来，再抽成真空至帕级压力，确保内置式压力传感器、温度传感器在反应试管中测试得到的只是试样产生的综合压力。
进一步的，步骤(2)中将所述反应测试管置于液氮中进行凝固。
进一步的，步骤(3)中加热时升温速率为1～5℃/min。
有益效果
为了满足对低熔点、易挥发性含能材料进行热分析的实际需求，本发明所述方法首先对含能材料进行冷凝后再加热，并通过压力传感器和温度传感器得到含能材料分解过程中的实时表观压力和温度值，然后通过TGA法得到材料在不同温度下的蒸气压，将表观压力进行标准化和归一化处理、再减去相应测试温度条件下材料的蒸气压，得到由于分解而导致的压力增加数据，以此数据进行动学和热力处理，得到用于判定该物质热安定性和反应性的基础数据。有效解决了低熔点、易挥发性含能材料分解压力难以测试的问题，实验过程精确、安全、可控、实时在线。
附图说明
图1为本发明实施例1所述材料的热分解净放气压力曲线；
图2为本发明实施例2所述材料的热分解净放气压力曲线；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
(1)向反应测试管底部缓慢充入氮气，置换出其中的空气，保持5min；然后向反应测试管内装入1.0000±0.0010g待测2，4-二硝基苯甲醚(DNAN)样品，将带有温度传感器和压力传感器的塞子塞紧密封所述反应测试管。
(2)将所述反应测试管插入盛有液氮的杜瓦瓶中冷凝，10min后样品被冻成坚硬固体。将抽真空管路连接到反应试管上，打开抽真空泵，将反应试管内抽至10Pa以下，等待反应试管内测得的压力和温度值稳定下来。
(3)将测试管放入加热炉中，设置升温速率2℃/min，恒温温度100℃，时间48h；在线实时记录反应测试管内的压力和温度；对所述压力进行标准化和归一化处理，得到处理后的压力值Pap；
(4)另外称取8mg的DNAN样品，均匀平铺在铂金坩埚底部，升温速率设置为10℃/min，用TGA法测出100℃的蒸气压P0为8.26Pa；
(5)将Pap减去P0，得到DNAN的热分解净放气压力曲线，如图1所示，所述数据用于对所述含能材料进行热安定性分析。
实施例2
(1)向反应测试管底部缓慢充入氮气，置换出其中的空气，保持5min；然后向反应测试管内装入1.0000±0.0010g待测3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)样品，将带有温度传感器和压力传感器的塞子塞紧密封所述反应测试管。
(2)将所述反应测试管插入盛有液氮的杜瓦瓶中冷凝，10min后样品被冻成坚硬固体。将抽真空管路连接到反应试管上，打开抽真空泵，将反应试管内抽至10Pa以下，等待反应试管内测得的压力和温度值稳定下来。
(3)将测试管放入加热炉中，设置升温速率2℃/min，恒温温度100℃，时间48h；在线实时记录反应测试管内的压力和温度；对所述压力进行标准化和归一化处理，得到处理后的压力值Pap；
(4)另外称取8mg的DNTF样品，均匀平铺在铂金坩埚底部，升温速率设置为10℃/min，用TGA法测出100℃的蒸气压P0为5.55Pa；
(5)将Pap减去P0，得到DNAN的热分解净放气压力曲线，如图2所示，所述数据用于对所述含能材料进行热安定性分析。
综上所述，发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低熔点、易挥发含能材料的动态测压热分析方法，其特征在于：所述方法步骤包括：
(1)将所述含能材料装入密闭的反应测试管中，所述反应测试管内设置有压力传感器和温度传感器，所述含能材料不与压力传感器和温度传感器接触；
(2)将所述反应测试管置于低温环境下进行冷冻处理，冷冻结束后将反应测试管内抽真空至压力小于10Pa，待反应测试管内的压力稳定后，记录反应测试管内的压力和温度；
(3)将所述反应测试管从低温环境中取出并置于加热炉中进行加热，加热至待分析温度下保温，在线实时记录反应测试管内的压力和温度；对所述压力进行标准化和归一化处理，得到处理后的压力值；
(4)另外称取所述含能材料，采用TGA法测试得到所述含能材料在不同温度下的挥发量并计算得到相应的蒸气压值；
(5)将同一温度下的处理后的压力值减去蒸气压值，得到由于所述含能材料分解而导致的压力增加值数据，所述数据用于对所述含能材料进行热分析。
2.如权利要求1所述的一种低熔点、易挥发含能材料的动态测压热分析方法，其特征在于：所述低熔点、易挥发含能材料为室温下为液体的含能材料、黏稠状含能材料、熔点小于等于100℃的固体含能材料或敏感型含能材料。
3.如权利要求1所述的一种低熔点、易挥发含能材料的动态测压热分析方法，其特征在于：步骤(1)对所述反应测试管进行氮气置换后再将装入所述含能材料。
4.如权利要求1所述的一种低熔点、易挥发含能材料的动态测压热分析方法，其特征在于：步骤(2)中将所述反应测试管置于液氮中进行凝固。
5.如权利要求1所述的一种低熔点、易挥发含能材料的动态测压热分析方法，其特征在于：步骤(3)中加热时升温速率为1～5℃/min。
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