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1、中国化学会第十六届全国化学热力学和热分析学术会议动态真空安定性测试方法研究含能材料的热分解刘芮,周遵宁,杨利,张同来*北京理工大学机电学院爆炸科学与技术国家重点实验室,北京100081摘要动态真空安定性试验(DynamicVacuumStabilityTest,DVST)方法是将微型绝压式压力传感器和温度传感器内置于玻璃反应管中,在等速升温或等温加热条件下进行实时在线数据采集,实现了对化学材料热分解过程压力和温度变化情况的连续直接动态测试。该方法能够准确地判定含能材料的热安定性以及混合相容性,对评估材料在贮存、运输和使用过程中的安全性具有重要意义。利用DVST法研究了四种典型含能
2、材料RDX、HMX、TATB、CL-20的热分解过程,获得热分解反应活化能、指前因子、机理函数和反应速率常数等动力学参数,为含能材料的储存安全性和使用可靠性的评价提供了数据支持。关键词动态真空安定性试验(DVST);动力学;安定性;反应机理;含能材料DynamicVacuumStabilityTestMethodUsedinStudyingThermalDecompositionofEnergeticMaterialsRuiLiu,Zun-NingZhou,LiYang,Tong-LaiZhangStateKeyLaboratoryofExplosionScienceandTec
3、hnology,SchoolofMechatronics,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081AbstractDynamicvacuumstabilitytest(DynamicVacuumStabilityTest,DVST)methodadoptsthemicro-absolutepressuresensorandtemperaturesensorintheglassreactiontubealongwiththereal-timedataacquisitionunit,measuringthepressureandtemper
4、aturechangesduringchemicalthermaldecompositionprocessincontinuously,directlyanddynamically.Thismethodcanaccuratelydeterminethethermalstabilityandcompatibilityofenergeticmaterials,andensurethesecurityduringstorage,transportanduse.Thermaldecompositionsoffourtypicalenergeticmaterials,RDX,HMX,TAT
5、B,andCL-20,weretestedbyDVST.Thekineticparametersofthermaldecompositionofthosematerials,suchastheactivationenergy,pre-exponentialfactor,reactionmechanismandreactionrateconstant,weredetermined,whichprovidesthedatasupportfortheevaluationofthestoragesafetyandusereliabilityofenergeticmaterials.Key
6、wordsdynamicvacuumstabilitytest(DVST),kinetics,thermalstability,reactionmechanism,energeticmaterial*张同来,博士生导师,教授,主要从事火工品用含能材料研究。电话:01068911202,电邮:ztlbit@bit.edu.cnI23中国化学会第十六届全国化学热力学和热分析学术会议1引言研究含能材料的热分解过程,对评价其热稳定性及其使用、存储安全性具有重要意义[1-3]。目前,材料的热分析方法主要有热重分析法(TG),差示扫描量热法(DSC),微热量热法(MC),真空安定性法(VST
7、)等[4,5]。这些方法的原理是定量测量材料在受热过程中由化学分解而引起的质量、热流或生成气体量等物理参量,建立参量与温度或时间的变化关系,从而计算分解热力学和动力学参数,以此分析材料的热安定性或混合相容性。其中,VST法可测定材料在定容、恒温、真空体系中、特定时间内由热分解放气引起的体系压力变化,是一种快速、有效的热分解分析方法[6-11],但该方法存在一些局限性,无法连续监测分解过程的参数变化,无法显示分解反应的的过程和趋势,进而缺少有效数据进行反应动力学计算[12]。为了实