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1、纳米CuO对钨系延期药热性能及燃烧性能的影响3黄寅生崔晨晨李锦涛刘杰臧小为段进军南京理工大学化工学院(江苏南京, 210094)摘要 采用DTA方法考察了平均粒径不同的3种纳米CuO粉对钨系延期药热性能的影响。结果表明,这3种纳米CuO改变了钨系延期药反应历程。燃速测试结果又表明,这3种纳米CuO对钨系延期药的燃速有不同影响,但都能提高燃烧精度。关键词 钨系延期药纳米CuO热分解燃速分类号 TD235. 22 + 1TQ563 + . 91 引言烟火式延期是利用烟火药在燃烧时的燃烧时间来提供某一确定的时间间隔,从而使装置达到传火、传爆或其它控制时间作用的目的。钨系延期药是常用的长秒量延期药 1
2、 ,目前对钨系延期药燃烧性能的研究已有不少报导 24 。随着应用要求的提高,对钨系延期药的性能提出了更高的要求,因此仍需对现有的配方进行改进。纳米材料表现出很多的优异的性能,在改性延期药方面有着广阔的前景,目前已有人对这一问题进行了研究 5 。本实验参照相关研究的实验方法 6 ,选用纳米CuO作为催化剂添加到钨系延期药中,研究其对钨系延期药热性能和延期性能的影响。2实验部分2. 1原料和仪器原料和化学试剂:纳米CuO由南京理工大学化工学院313教研室提供,通过XRD图(图1,测试仪器为德国布鲁克公司的Brucker D8 ADVANCE型X图13种纳米CuO的X射线衍射图射线衍射仪)估算样品1
3、#、2#、3#纳米CuO的平均粒径分别是20. 1nm, 20. 9nm, 22. 5nm。BaCrO4 ,分析纯,上海恒信化学试剂有限公司; KClO4 ,分析纯,上海恒信化学试剂有限公司;W 粉,国药集团化学试剂有限公司。以上3 种药品均过200 目筛,并在65下干燥。丙酮,分析纯,上海实验试剂有限公司。实验仪器:差热仪: Shimadzu DTA250型差热仪,日本岛津公司。延期管: 管壳材料45#钢,外径7. 0mm,内径3. 5mm,长度20. 5mm; JA2003 型电子天平,上海良平仪器仪表有限公司; AHX2S71 安全型烘箱,南京理工大学机电总厂; Nd: YAG脉冲激光器
4、:波长1. 06m,脉冲宽度680s。最大输出激光能量约为0. 6J ,Das View数据采集系统。2. 2药剂制备本次实验按钨系延期药的典型配比制备药剂,参考类似研究的做法,纳米CuO的添加量定为2%(外加) 。药剂配方见表1。按表1称取各组分,过100目筛7遍进行干混,将干混好的药剂装入转鼓,加适量丙酮湿混,其中球料比为3: 1。转鼓转动3h后将药品取出,过100目筛两遍加快丙酮挥发,将药品放入烘箱65条件下干燥10h,自然冷却。表1钨系延期药配方药品编号KClO4/%BaCrO4/%W/%纳米材料CuO平均粒径/nmCuO添加量(外加)/%0# 10 60 30 - - -1# 10
5、60 30 CuO 20. 1 22# 10 60 30 CuO 20. 9 23# 10 60 30 CuO 22. 5 22009年6月纳米CuO对钨系延期药热性能及燃烧性能的影响黄寅生等253 收稿日期: 200826224基金项目: :国防基础预研项目(项目编号略) 。作者简介:黄寅生(1962) ,男,教授,研究方向为点火与起爆技术、爆炸技术。E2mail: huangyinshengsina. com实验操作中试样量为5. 6mg,置于敞口氧化铝坩埚内,升温速率为20/min,氮气气氛。2. 3燃速测定在延期管底部先压25mg 点火药, 然后再压300mg的钨系延期药,最后再压25
6、mg点火药,采用Nd: YAG脉冲激光器产生的激光光源,点燃延期体的端部点火药。在延期体的点火端和延期体末端,各置一个光电二极管,利用光电转换的原理,记录延期体燃烧时间,通过测量延期药的装药长度和所记录的燃烧时间(点火药的燃速远高于钨系延期药,燃烧时间可以忽略) ,计算燃速。由于压药压力的均匀性以及药柱的密度会影响延期药的燃速,为使结果尽量准确,实验中采用分次装压,定压定量的装药方法,压药压力23MPa。3 结果与讨论3. 1纳米CuO对延期药热分解性能的影响将0#和C21#、C22#、C23#试样分别进行DTA 分析,结果如图2所示。分3个阶段进行分析。图24种钨系延期药的DTA曲线图第一阶
7、段: 400之前。在300之后4条曲线均有一个小的吸热峰(峰值温度在306左右) 。由文献知,在299时, KClO4 的晶型开始发生改变(由正交晶型转变为立方晶型) ,吸热,同时热容发生改变,故此处吸热峰为KClO4 的晶型转变吸热峰。第二阶段: 400630。此阶段4条曲线均出现大的放热峰,说明这一阶段为延期药的各组分之间发生了剧烈反应,但是0#曲线和其它三条曲线有明显差别。0#曲线第一个大放热峰出现在430530之间,由于KClO4、BaCrO4 的熔点或分解温度都超过这一温度范围,因此,这一阶段存在组分之间的固2固反应。KClO4、BaCrO4 均为离子型晶体,离子的“晶格松弛”对反应性极为关键。当晶体受热后晶格振动振幅增大,晶格松弛,晶格扩散加快。晶格松弛可以用塔姆曼温度来粗略度量。塔姆曼温度是固体能够以极大速率进行固2固反应的最小温度,它定义为固体的实际温度与其熔点的比值, 即: =T固体/ T熔点,单位为K。_a_;_临近塔姆曼温度时晶体中出现相变的活性提高
