硝化棉一级自催化分解反应动力学参数数值模拟

提出了计算硝化棉（ＮＣ）一级自催化分解反应动力学参数的数值模拟方法。根据热重（ＴＧ）曲线分析结果,建立了描述ＮＣ失重５０％前、后随时间变化的一级自催化反应微分动力学方程和一级反应微分动力学方程。     

DNGTz的非等温热分解动力学及热安全性

合成了3,6-二硝基胍基-1,2,4,5-四嗪(DNGTz),运用差示扫描量热法(DSC)和热重法(TG-DTG)研究其热行为。以DSC曲线数据为基础,采用Kissinger法、Ozawa法和积分法研究了DNGTz的非等温热分解机理及动力学,获得DNGTz的热分解表观活化能和指前因子分别为187.23 k J·mol-1和1015.01s-1,其热分解机理为相边界反应,热分解机理函数的微分形式为f(α)=1。为了对DNGTz进行热安全性研究,估算得到DNGTz的密度(ρ=1.762 g·cm-3)和导热系数(λ=0.1856 W·m-1·K-1),同时应用Micro-DSC III微热量仪对DNGTz进行了比热容(cp)测定,得到了DNGTz的比热容随温度变化的方程cp(J·g-1·K-1)=-2.8805+2.1283×10-2T-2.3132×10-5T2-1.1689×10-8T3(287 KT352 K)。运用热分解动力学参数、机理函数及DNGTz的比热容方程、ρ和λ,计算得到DNGTz的绝热至爆时间(tTIad=8.16 s)、自加速分解温度(TSADT=249.12℃)、热点火温度(Tbe=262.31℃)和热爆炸临界温度(Tbp=277.68℃),进而计算获得半径为1 m的DNTGz几何体(无限圆柱、球或无限平板)在环境温度300 K时的热感度概率密度函数S(T)与温度(T)的关系曲线、峰值温度(TS(T)max)、热安全度(SD)、临界热爆炸环境温度(Tacr)和热爆炸概率(PTE),结果表明球形样品的热安全性稍高于无限圆柱或平板状的样品。     

环境湿度对某新型推进剂热分解动力学的影响

为了探求环境湿度对某新型推进剂热分解动力学的影响规律,利用CaCl2.6H2O,NaHSO4,NaNO2,NH4Cl,KBr,NaBrO3六种饱和盐溶液模拟了不同的环境湿度条件,并用微热量计对该推进剂进行不同升温速率(5,4,3,2℃/h)的等速升温实验,获得了不同湿度条件下的热谱数据。采用Ozawa法和Kissinger法计算了不同相对湿度条件下该型推进剂的表观活化能、指前因子等动力学参数,并得出其反应速率常数随着湿度增大而增大的规律。     

硝化棉气凝胶的微结构及热分解特性

为研究硝化棉(NC)气凝胶的微结构及其与热性能的关系,用溶胶-凝胶法以及超临界干燥法制备了硝化棉气凝胶。用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热重-红外联用(TG-FTIR)表征了其微观结构、结晶性及热性能。结果表明:NC气凝胶的微观结构为纳米颗粒堆积成的纳米多孔结构。其结晶遭到破坏,呈非晶无序特征。与NC相比,NC气凝胶的DTG峰温及DSC放热峰温度分别提前7℃和11℃,分解热由1429.87 J·g-1提高至1689.21 J·g-1。     

四种典型安定剂对硝化棉热安定性能的影响

采用差热分析、差示扫描量热、绝热加速量热等热分析技术研究了四种典型安定剂(二苯胺、N,N'-二甲基-N,N'-二苯脲、3-甲基-1,1-二苯基脲和N-甲基-4-硝基苯胺)对硝化棉热分解行为的影响,获得了不同情况下硝化棉试样的热分解参数.非等温量热法计算结果表明,添加四种典型安定剂后硝化棉的热爆炸临界温度分别提高了0.06,0.82,1.00和1.56 K;绝热加速量热实验显示,安定剂对硝化棉绝热分解初期的温升速率和初始压力影响有限,但使硝化棉的最高温升速率分别降低了0.39,0.64,0.70和0.65 K·min-1;通过中断回扫实验探究了热历史对硝化棉试样热分解行为的影响.结果表明,四种安定剂热安定性效果明显,虽然硝化棉热分解初期受安定剂的影响较小,但随着热分解反应的进行,硝化棉热分解产物引起的剧烈自催化分解可以通过与安定剂进行快速反应而得到缓解,并降低热历史对硝化棉热分解反应的影响.对比可知,N-甲基-4-硝基苯胺对硝化棉自催化分解的抑制作用最为明显.     

用一条 TG 曲线确定六硝基二苯胺钾的热分解机理函数

采用一条ＴＧ曲线确定了六硝基二苯胺钾的热分解机理函数，并与其他方法进行了比较，试验结果证明该方法是完全可行的。     

RDX热分解特性及HMX对其热稳定性的影响

利用微热量热实验研究了黑索今(RDX)的热分解特性及奥克托今(HMX)对其热稳定性的影响,运用AKTS分析软件对热分解曲线进行解耦分峰,得到了不受熔融相变影响的热分解曲线和参数,采用Kissinger、Friedman和Ozawa法计算了其热分解活化能。结果表明:RDX是熔融分解型物质,解耦后的RDX熔融峰温为201.07～208.05℃,分解峰温为207.99～232.76℃,活化能为167.70 kJ·mol~(-1),通过Friedman法和Ozawa法计算的活化能变化趋势相同,并得到AKTS软件验证。不同RDX/HMX比例(9/1,8/2,7/3,6/4,5/5)的样品与单质RDX相比,混合样品中RDX的熔融峰温平均降低了8.63,8.32,9.70,8.57,6.50℃,其分解峰温平均改变了1.14,2.01,2.58,3.53,3.47℃;混合样品中RDX活化能为162.32,151.40,149.78,141.14,132.93 kJ·mol~(-1),表明随着HMX比例的增加,RDX活化能降低。     

DNTF原位红外热分解动力学及机理

为了深入研究3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)特征基团的热分解特性,采用差示扫描量热法(DSC)、快速扫描傅里叶变换红外光谱法(FTIR)分析了DNTF的凝聚相热分解特性;利用变温红外原位池技术在2.5,5.0,10.0℃·min^-1等三种升温速率下研究了DNTF的特征基团随时间(温度)的变化;采用Coats-Redfern法计算得到了DNTF的硝基、呋咱环、氧化呋咱环的热分解动力学参数;基于DNTF的特征基团热分解特性,推测了DNTF的热分解机理。结果表明：DNTF特征基团的热分解受三维扩散机理控制,DNTF分子内的基团反应活性为硝基>氧化呋咱环>呋咱环,随着加热速率提高,各基团的反应活性表现出增大的趋势。推测DNTF热分解过程为C─NO2先断裂,然后连接呋咱环和氧化呋咱环的C─C键断裂,最后氧化呋咱环和呋咱环中N─O键断裂,且氧化呋咱环比呋咱环更快发生分解。     

1,1'-二羟基-5,5'-联四唑金属盐的制备及热分解动力学

1,1'-二羟基-5,5'-联四唑类化合物是近年来高能钝感材料研究的热点,为研究这类化合物的热安全性,用差示扫描量热法(DSC)和热重法(TG)在升温速率分别为5,10,15,20 K·min~(-1)的条件下研究了1,1'-二羟基-5,5'-联四唑钻盐(1,1'-BTOCo)、铜盐(1,1'-BTOCu)和铅盐(1,1'-BTOPb)的热分解过程。分别用Kissinger法和Ozawa法计算了三种盐的表观活化能(E_K和E_O)、指前因子(A_k),得到其热分解动力学参数和热分解机理函数。结果表明,1,'-BTOCo的E_K=162.35 kJ·mol~(-1),A_K=1.83×10~(15)s~(-1),T_(SADT)=534.46 K,T_(bpo)=542.22 K;1,1'-BTOCu的E_K=217.95kJ·mol~(-1),A_K=12.58×10~(20)s~(-1),T_(SADT)=527.56 K,T_(bpo)=539.11 K;1,1'-BTOPb的E_K=223.52 kJ·mol~(-1),A_K=4.24×10~(20)s~(-1),T_(SADT)=525.87 K,T_(bpo)=580.00 K。     

AN和硝酸钠混合物热分解的动力学分析

用非等温DSC和TC,在2,4,6,8 K·min-1四个不同的线性升温速率下,研究了分析纯硝酸铵(AN)、工业AN以及分析纯AN和NaNO3混合物的热分解动力学。结果表明,在反应深度为0.0-0.4区间内,AN热分解反应受随机成核和随后增长机理控制,机理函数为n=2／3的Avrami-Erofeev方程。含10％NaNO3的分析纯AN在同一反应深度区间内的分解过程归属一维相边界反应,机理函数为n=1／3的收缩球(体积)方程。分析纯AN(工业AN与之相似)以及含10％NaNO3混合物的动力学方程分别为:dα/dT=109.43(1-α)[-ln(1-α)]1/3exp(-1.319×104／T)和dα/dT=109.4(1-α)2/3exp(-1.566×104／T)表明,AN中加入少量NaNO3可以改善AN的热稳定性。     

HNF的热分解动力学和热安全性

为了解硝仿肼(HNF)的热分解动力学和热安全性,用真空安定性试验(VST)、差示扫描量热法(DSC)和热重法(TG)研究了HNF的热分解特性。根据HNF在升温速率为5,10,15,20℃·min-1时的DSC曲线的峰温和TG曲线的分解深度(α),分别用Kissinger法和Ozawa法计算了HNF热分解反应的表观活化能(Ek和Ea)和指前因子(Ak)、提出了描述HNF放热分解过程的动力学方程。计算了HNF热分解反应的热力学参数(活化自由能ΔG’,活化焓ΔH’和活化熵ΔS’)和HNF的热安全性参数(自发火温度Tbpo和自加速分解温度TSADT)。结果表明,HNF的放气量为0.41 m L·g-1,不超过2 m L·g-1的标准,显示HNF有良好的热安定性。HNF吸热熔融后的放热分解反应过程可分两个阶段。Ek=257.10 k J·mol-1,Ak=1.74×1033s-1,ΔG’=103.37 k J·mol-1、ΔH’=253.82 k J·mol-1,ΔS’=380.78 J·K-1·mol-1,Tbpo=400.28 K和TSADT=395.10 K。放热分解反应的动力学方程可描述为:对α=0.20~0.65的第一阶段dα/dt=kf(α)=Ae-ERT f(α)=5.14×1021×(1-α)[-ln(1-α)]12 exp(-1.81×104/T)对α=0.65~0.80的第二阶段dα/dt=kf(α)=Ae-ERT f(α)=3.30×1014×(1-α)[-ln(1-α)]-1exp(-1.33×104/T)     

2,4,6-三硝基-3,5-二氟苯酚热分解动力学

为了研究2,4,6-三硝基-3,5-二氟苯酚的热分解行为,采用热失重-差热分析(TG-DTA)方法对2,4,6-三硝基-3,5-二氟苯酚的非等温热分解动力学进行研究。在氮气的氛围下,分别以升温速率为5,10,15,20 K·min~(-1)对2,4,6-三硝基-3,5-二氟苯酚的TG-DTA曲线进行实时分析。采用F-W-O、Doyle、Kissinger和Satava-Sestak方法分别计算了2,4,6-三硝基-3,5-二氟苯酚的活化能(E)、指前因子(A)等热分解动力学参数,结果表明,该化合物在热分解过程中先转变为熔融态再进行分解,且分解时迅速放热。计算其热分解的表观活化能平均值为123.06 kJ·mol~(-1),指前因子为1.37×1013 min~(-1),确定其反应机理函数的积分形式为g(α)=α~(1/2),根据其活化能和指前因子计算其热分解过程中的活化焓ΔH~≠为1 22.65 kJ·mol~(-1),活化熵ΔS~≠为121.46J·mol~(-1)·K~(-1),活化吉布斯自由能ΔG~≠为62.98 kJ·mol~(-1)。     

卡托辛对高氯酸铵热分解动力学的影响

采用DSC、TG法研究了高氯酸铵(AP)和高氯酸铵/卡托辛(Catocene)两个体系的热分解行为,分别采用Ozawa和Kissinger方法计算了热分解反应的活化能E_a1、E_a2、E_a3和指前因子lnA₁、lnA₂、lnA₃等动力学参数。结果表明,加入卡托辛后,DSC曲线在180 ℃附近多出一个放热峰,归属于卡托辛的氧化放热,AP低、高温分解表观活化能分别降低了13.2, 7.1 kJ·mo^l-1。利用Satava-Sestak方法确定了两体系热分解的机理函数,同时探讨了卡托辛对高氯酸铵分解促进作用的机理。     

龙骨状纳米结构TATB的构筑与热分解动力学研究

基于纳米结构对材料性能的调控,采用溶剂/非溶剂法来构筑三氨基三硝基苯(TATB)的纳米结构。通过强的非溶剂效应和温度效应,制备得到龙骨状纳米结构TATB。采用场发射扫描电镜(FE-SEM)与透射电镜(TEM)观察样品的微观形貌,X射线衍射分析(XRD)和激光粒度分析仪测试样品的晶相和粒径分布。结果表明,所得样品整体呈龙骨状结晶,晶型较原料TATB未发生改变,粒径分布为70～400 nm。不同升温速率下的热分析结果表明,龙骨状TATB的热分解峰温较原料TATB提前1.54～2.91℃,表观活化能(E_a)提高0.29 kJ·mol~(-1),对热刺激的敏感性降低;通过微分法计算得出龙骨状TATB的热分解机理为随机核化,每一粒子有一个核,而原料则为三维扩散,其动力学方程为球形对称的Jander方程。     

六硝基六氮杂异伍兹烷的热分解反应动力学研究

在真空条件下，用高灵敏度布氏压力计研究了六硝基六氮杂异伍兹烷（HNIW，CL－20）的热分解过程。在110－140℃范围内，分解深度为0．1％时，所需分解温度与时间的关系式为：1gτ＝24．3300＋9971．76／T。从关系式得到表观活化能和表观指前因子，据此推出在70℃时，CL－20的有效储存寿命为43．8年。     

HMX热分解动力学与热安全性研究

利用差示扫描量热法( DSC),获得了单质炸药奥克托今(HMX)热分解的特征参数,利用热重法(TG)得到HMX热分解的起始分解温度、各阶段的失重量、最大失重速率及对应的温度、最终残渣量、反应深度、反应速率等参数.将DSC、TG数据与Malek法相结合对HMX的热安全性进行了研究.结果表明,HMX在加热过程中先出现晶型转...