单位文秘网 2021-07-22 08:16:24 点击: 次
摘要: 热分析方法能够准确测试出物质的熔融、分解等变化,也能够准确无机、有机物质的物理和化学性能。热分析方法和技术在物理、化工以及炸药研制等领域得到广泛应用。炸药属于一种危险物品,在炸药研制过程中大力应用了热分析技术,本文通过阐述热分技术的内涵和主要方法,讲述了热分析技术造炸药研制过程中的重要作用,进而探讨了热分析技术和方法在炸药研制过程中的实践和应用体现。
关键词: 热分析方法;炸药;研制
炸药属于一种危险物品,在我们日常的生产和生活中遇到的较少,炸药更属于违禁品,在平时的管理和研制中有更为严格的要求,主要适用于到军事、矿山的开采、隧道的挖掘等场所,炸药的安全、可靠性能对其使用有着重要的影响,因此,在对炸药进行研制过程中可以运用热分析方法,来优化炸药微观上的结构,提高炸药的爆炸性能和安全性能。
1. 热分析及其主要方法
热分析主要是研究热力学参数或物理参数随温度变化而变化的关系,根据国际热分析协会对热分析下的定义来说,热分析是指在温度控制情况下,主要测量物质的物理性与温度之间依赖关系的技术,而根据测量的物理参数,热分析又分为许多热分析方法和热分析技术。热分析技术主要是指物质在加热或冷却过程中发生某些物理变化和化学变化的技术。热分析方法主要包括热机械分析法(DMTA)、差示扫描量热法(DSC)、差示热分析法(DTA)以及热重法(TGA)、声纳热分析法与发散热分析法等。
2. 热分析方法在炸药研制过程中的重要作用
炸药要求具有相对稳定的平衡体系,而且在一定外界条件和作用下能够高速的发生化学反应,释放出大量和热能量和气体,而炸药的整个化学反应过程就是一个复杂的、不断吸热和放热过程的物理化学变化。热分析方法实际上是测量炸药的物性参数对温度依赖性的有关方法的总称。在炸药研制过程中采用热分析方法,除了可以测量其在热作用下的吸热与放热的热行为之外,还可以通过运用热分析方法研究炸药的反应动力学,并根据动力学参数和炸药在各种温度下的热行为,来确定炸药在研制、生产和使用中的工艺条件和环境条件,从而确保炸药研制过程的安全性和可靠性。因此,热分析方法在炸药研制过程中具有重要意义和关键性的作用
3. 热分析方法在炸药研制过程中的实践
3.1采用热分析方法,提高了炸药研制的安全性
随着科学技术的迅速发展,使得工业、国家安全上对装药的安全性能提出了越来越高的要求和标准。为了确保炸药的安全性, 可以从炸药的起爆理论开始,要想炸药是安全的发生爆炸, 可以借助多种不同的外界作用,例如,热分解作用、机械作用、热作用、化学作用以及爆炸作用等。虽然这些作用在形式上有所不同,但实质上均可总结为热作用和冲击作用两种作用,例如,机械作用是可以由机械撞击和摩擦产生的热作用和冲击作用的综合作用,而对于炸药的起爆也可以认为是由炸药的热起爆和冲击起爆的综合作用而产生的。为了可以安全的引起炸药冲击起爆,可以采用热分析方法,通过运用热点理论,促使炸药受到冲击作用后,就会使得炸药产生热点(即局部高温区域),进而促使热点区域附近的炸药颗粒发生化学反应, 释放出大量的热能量,从而增加热点数量,扩大炸药的尺寸, 进而可以破坏炸药的热量平衡, 引发炸药的爆炸。然而实质上,冲击起爆是一种热起爆作用的效果。因此, 为了确保炸药研制的安全性,可以使用热起爆理论所得出的参数来表示,其中炸药的起爆临界温度是指炸药起爆时必须达到的最低温度, 是由炸药的热分解作用和热传导作用而产生的, 所以使用炸药的热起爆临界温度来表示炸药研制的安全性,是具有一定的可靠性的,
3.2运用热分析方法,增加了炸药的贮存期限
在炸药研制过程中,可以通过采用热分析方法来计算炸药的贮存期限,其中可以设定炸药发生热分解的某一分解深度(A)为使用期限终点指标, 即达到规定的分解深度(A)后,其爆炸指标、动力学性能和安全指标中,只要有一个指标不能满足要求时,就说明研制的炸药失效。而炸药的热分解反应动力学的方程是dAdt=kfA,对其进行移相、积分,有GA=QdAfA=Qkdt= kt其中, 反应速率常数k与反应温度T之间的关系可用Ar r h e n i u s经验式表示, 即k = A e x p - E / RT所以t =1AG A eE / R T式中动力学参数可通过差示扫描量热法( DSC ) 或者热失重法( T G )获得。通过应用以上方法可以计算出RBU炸药与THL炸药贮存期限,通过RBU炸药与THL炸药贮存期限的相比较可以看出:RBU炸药的贮存期限为35年,而采用了热分析技术之后研制的THL 炸药贮存期限为45年,由此看出,采用热分析方法可以增加炸药的贮存期限。
3.3采用热分析方法,优化炸药的微型结构
采用热分析方法,优化炸药微观结构,进而可以提高炸药的安全性和爆炸的性能。在能量不降低的情况下,通过优化炸药的微观结构,可以降低炸药的机械作用,提高炸药的冲击起爆作用,从而提高炸药的使用效果。另外也通过优化炸药微观结构,还可以改进和优化对炸药研制的配方,其中一些炸药研制专家,采用热分析方法,深入研究和分析炸药微观结构的热分解和冲击起爆作用,在相关实验实践结果说明了炸药的缺陷越多和炸药的粒度越小,则炸药的化学反应速度和热分解温度就会越低,例如,将硝胺丁轻基剂融入混合化学物中,则硝胺丁轻基剂颗粒的分解速度就会比较快。
3.4采用热分析方法,提高炸药的爆破性能
在研制炸药中通过采用热分析方法,得出相关的试验结果表明:中炸药细颗粒量的增加,炸药的爆破速度速就会加快;若炸药使用的过程中粒度的减小,则粉状乳化炸药的爆破猛度和速度就会加快。同时通过研究对含铝炸药配方,可以看出铝粉的颗粒度对含铝炸药的爆破性能能有很大的作用,即铝粉颗粒度的减小,则含铝炸药释放能量的速度就越快,其爆破的完全程度和理想程度就越高。另外,如果铝粉参加反应的时间提前的话,铝粉颗粒的数量就会增加,进而也增加炸药释放的总能量。总而言之,炸药的微观结构对炸药的爆破性能起着重要的影响,在炸药研制的过程中通过运用热分析方法,可以优化炸药微观结构的配置,进而提高炸药的爆破性能。
3.5采用热分析方法,获得炸药的热分解动力方程
在炸药研制过程中,可以采用热分析方法获得炸药的热分解动力基本方程,而炸药的热分解动力学方程是研制炸药成功的关键,许多相关专家的试验已经证明:在研制炸药的之前可以通过采用热分析技术来得出炸药的热分解动力方程,,例如,郭子如通过运用差示扫描量热法研究和分析了二级煤矿使用的乳化炸药热分解过程,;吴泽尧也通过使用 D SC, 利用动力学模型对炸药研制样品的安全性能进行研究和分析;沈永兴通过采用 DSC - T G 曲线对 P ET N 和 G I -920 炸药的热分解过程进行了研究和分析, 并且计算出炸药的动力学三因子, 进而得出了炸药的热分解动力学方程。
结论
热分析方法具有简便、快捷和安全等优点, 然而,对于大多数混合炸药而言, 在进行测试时都要破坏炸药的装药结构, 所以得到的数据并不一定能真正反映炸药装药的真实变化过程。另外, 热分析方法所得到的动力学参数,只是反映炸药化学反应过程, 在一定程度上通过热分析数据进行估算的物理数据会存在误差。另外,从热分解动力学的角度计算混合炸药的贮存寿命,这仅仅考虑了温度对其热分解反应的影响, 而没有考虑到外界作用的影响因素,使得计算数据存在一定的偏差,因此,在炸药研制过程中要考虑从外界的影响因素,从而确保炸药的安全性能和稳定性。■
参考文献
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