[發明專利]一種高活性鋁粉燃燒熱的測定方法

在審

• 申請號: 201610132623.3
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105606649A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）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（專利權）人: 西安近代化學研究所
• 主分類號: G01N25/26
• 分類號: G01N25/26;G01N25/44
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 梁勇

技術領域

本發明涉及物質燃燒熱的測定方法，適用于高活性鋁粉燃燒熱的測定。

背景技術

微/納米鋁粉由于具有較高的燃燒熱值，常用做火箭推進劑的高能金屬燃燒劑，不 僅提高了固體推進劑的燃速，增加了比沖，同時還可以降低壓強指數。鋁粉在空氣中極易被 氧化，形成Al₂O₃，表面被氧化了的鋁粉，其化學潛能(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，如果僅使用理論數值往往存在較大誤差，這也 給含鋁推進劑的熱力學計算及配方設計帶來了較大困難。因此，使用鋁粉之前對其燃燒熱 值進行測定是很有必要的。

目前對于鋁粉的燃燒熱值測試還沒有一個準確的方法，國防科技大學航天與材料 工程學院劉香翠等(《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， 2005)利用氧彈式量熱計，直接取鋁粉樣品在氧彈中燃燒獲得燃燒熱。但用這種傳統的量熱 儀測試方法測試鋁粉燃燒熱存在以下問題：(1)鋁粉的燃燒過程極容易發生團聚、聚積、凝 結等現象，直接點燃就會出現燃燒不完全，從而導致測試結果不穩定，重復性差；(2)高活性 鋁粉由于其粉末形態，使之不同于普通的推進劑，點火瞬間會發生爆燃現象，使得氧彈內部 的壓力瞬間升高，同時瞬間的高溫也會造成燒蝕現象，無法得到有效數據，同時也會對實驗 儀器部件造成損壞。

發明內容

為了克服現有技術中存在的不足和缺陷，本發明提供一種準確度高、安全、易行的 高活性鋁粉燃燒熱的測定方法。

聚疊氮縮水甘油醚(GAP)，作為一種近年來推進劑中應用效果較好的含能粘合劑， 與鋁粉具有較好的相容性。本發明利用熱力學第一定律，在絕熱恒容反應器內，使用GAP作 為助燃劑與鋁粉進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 高分子網狀骨架可以有效地將超細化鋁粉分散于其中，避免了團聚現象；另一方面GAP起到 了降低鋁粉燃燒速率的作用，使得鋁粉可以平穩完全的燃燒，從而保證實驗安全順利的進 行。

本發明提供的高活性金屬鋁粉燃燒熱的測定方法，步驟如下：(1)用苯甲酸對氧彈熱量計的量熱系統進行標定，得到系統的熱容量E；(2)將新開封的鋁粉與聚疊氮縮水甘油醚GAP按照質量比1:2～10進行均勻混合制樣；(3)稱取質量為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，測定水的初溫T₀，讓試樣在量熱彈中燃燒，準確測定燃燒后水溫值T_n；(4)根據水的升溫值和GAP的燃燒熱Q_GAP，按照公式計算高活性鋁粉的燃燒熱值。

步驟(3)中所述的充入氧氣的壓力為1.5～2.0MPa。

本發明的一種優選方案，所述鋁粉與聚疊氮縮水甘油醚GAP質量比選擇1:4，量熱 彈中的混合燃燒試樣為0.25g，充氧壓力為1.5MPa。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

(1)通過加入GAP骨架結構作助燃劑避免了鋁粉的團聚現象，從而使其可以完全燃 燒，相比于直接測試法，數據結果更為可靠，燃燒效率可達到99.03％(對比文件僅為 78.4％)。

(2)通過加入GAP降低了鋁粉的燃燒速率，避免了瞬間燃爆對儀器造成損壞，保證 實驗安全順利的進行。

具體實施方式

下面通過具體實施例對本發明作進ー步詳細說明，但需要說明的是本發明并非限 制于此，所有依據本發明所實現的技術均在本發明保護范疇之內。本發明實施例中均使用 GR-3500型氧彈熱量計進行測定。燃燒效率計算公式為實測值/理論值×100％。

實施例1

用苯甲酸對氧彈熱量計的量熱系統進行多次標定，取極差不超過40J/K的5次試驗結果的平均值作為系統的熱容量，得到E＝14511.2J/K；將新開封的鋁粉(50nm，活性鋁含量82％)與GAP按照1:3(質量比)進行均勻混合制樣，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，準確測定水的升溫值(T_n-T₀)；再按照公式計算鋁粉的燃燒熱值。其中充氧壓力為1.5MPa。測試兩組取其平均值作為鋁粉的燃燒熱，結果見表1。

實施例2