一种高活性铝粉燃烧热的测定方法技术

本发明专利技术公开了一种高活性铝粉燃烧热的测定方法，该方法包括以下步骤：(1)用苯甲酸对氧弹热量计的量热系统进行标定，得到系统的热容量；(2)将铝粉与聚叠氮缩水甘油醚GAP混合制样；(3)称取混合燃烧试样置于量热弹中，充入氧气，再将量热弹置于水中，让试样在量热弹中燃烧，准确测定燃烧前后水温值；(4)根据水的升温值和GAP的燃烧热，按照公式计算铝粉的燃烧热值。本发明专利技术提供了一种准确度高、安全、易行的高活性铝粉燃烧热测量方法，为含铝推进剂的热力学计算及配方设计提供了实验依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及物质燃烧热的测定方法，适用于高活性铝粉燃烧热的测定。
技术介绍
微/纳米铝粉由于具有较高的燃烧热值，常用做火箭推进剂的高能金属燃烧剂，不仅提高了固体推进剂的燃速，增加了比冲，同时还可以降低压强指数。铝粉在空气中极易被氧化，形成Al2O3，表面被氧化了的铝粉，其化学潜能(燃烧热)也降低了，并且不同粒径、形状及制备工艺得到的铝粉燃烧热也存在差异，如果仅使用理论数值往往存在较大误差，这也给含铝推进剂的热力学计算及配方设计带来了较大困难。因此，使用铝粉之前对其燃烧热值进行测定是很有必要的。目前对于铝粉的燃烧热值测试还没有一个准确的方法，国防科技大学航天与材料工程学院刘香翠等(《纳米铝粉及纳米铝粉/煤油凝胶体系能量性能研究》，固体火箭技术，2005)利用氧弹式量热计，直接取铝粉样品在氧弹中燃烧获得燃烧热。但用这种传统的量热仪测试方法测试铝粉燃烧热存在以下问题：(1)铝粉的燃烧过程极容易发生团聚、聚积、凝结等现象，直接点燃就会出现燃烧不完全，从而导致测试结果不稳定，重复性差；(2)高活性铝粉由于其粉末形态，使之不同于普通的推进剂，点火瞬间会发生爆燃现象，使得氧弹内部的压力瞬间升高，同时瞬间的高温也会造成烧蚀现象，无法得到有效数据，同时也会对实验仪器部件造成损坏。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的不足和缺陷，本专利技术提供一种准确度高、安全、易行的高活性铝粉燃烧热的测定方法。聚叠氮缩水甘油醚(GAP)，作为一种近年来推进剂中应用效果较好的含能粘合剂，与铝粉具有较好的相容性。本专利技术利用热力学第一定律，在绝热恒容反应器内，使用GAP作为助燃剂与铝粉进行一定比例混合均匀后再燃烧，从而间接获得铝粉的燃烧热。一方面GAP高分子网状骨架可以有效地将超细化铝粉分散于其中，避免了团聚现象；另一方面GAP起到了降低铝粉燃烧速率的作用，使得铝粉可以平稳完全的燃烧，从而保证实验安全顺利的进行。本专利技术提供的高活性金属铝粉燃烧热的测定方法，步骤如下：(1)用苯甲酸对氧弹热量计的量热系统进行标定，得到系统的热容量E；(2)将新开封的铝粉与聚叠氮缩水甘油醚GAP按照质量比1:2～10进行均匀混合制样；(3)称取质量为0.20～0.35g的混合燃烧试样置于量热弹中，充入氧气，再将量热弹置于水中，测定水的初温T0，让试样在量热弹中燃烧，准确测定燃烧后水温值Tn；(4)根据水的升温值和GAP的燃烧热QGAP，按照公式计算高活性铝粉的燃烧热值。步骤(3)中所述的充入氧气的压力为1.5～2.0MPa。本专利技术的一种优选方案，所述铝粉与聚叠氮缩水甘油醚GAP质量比选择1:4，量热弹中的混合燃烧试样为0.25g，充氧压力为1.5MPa。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)通过加入GAP骨架结构作助燃剂避免了铝粉的团聚现象，从而使其可以完全燃烧，相比于直接测试法，数据结果更为可靠，燃烧效率可达到99.03％(对比文件仅为78.4％)。(2)通过加入GAP降低了铝粉的燃烧速率，避免了瞬间燃爆对仪器造成损坏，保证实验安全顺利的进行。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进ー步详细说明，但需要说明的是本专利技术并非限制于此，所有依据本专利技术所实现的技术均在本专利技术保护范畴之内。本专利技术实施例中均使用GR-3500型氧弹热量计进行测定。燃烧效率计算公式为实测值/理论值×100％。实施例1用苯甲酸对氧弹热量计的量热系统进行多次标定，取极差不超过40J/K的5次试验结果的平均值作为系统的热容量，得到E＝14511.2J/K；将新开封的铝粉(50nm，活性铝含量82％)与GAP按照1:3(质量比)进行均匀混合制样，称取0.2501g的燃烧试样置于量热弹中，充入过量氧气，再将量热弹置于一定量的水中，让试样在量热弹中燃烧，准确测定水的升温值(Tn-T0)；再按照公式计算铝粉的燃烧热值。其中充氧压力为1.5MPa。测试两组取其平均值作为铝粉的燃烧热，结果见表1。实施例2用苯甲酸对氧弹热量计的量热系统进行多次标定，取极差不超过40J/K的5次试验结果的平均值作为系统的热容量，得到E＝14511.2J/K；将新开封的铝粉(50nm，活性铝含量82％)与GAP按照1:4(质量比)进行均匀混合制样，称取0.2504g的燃烧试样置于量热弹中，充入过量氧气，再将量热弹置于一定量的水中，让试样在量热弹中燃烧，准确测定水的升温值(Tn-T0)；再按照公式计算铝粉的燃烧热值。其中充氧压力为1.5MPa。测试三组取其平均值作为铝粉的燃烧热，结果见表1。实施例3用苯甲酸对氧弹热量计的量热系统进行多次标定，取极差不超过40J/K的5次试验结果的平均值作为系统的热容量，得到E＝14511.2J/K；将新开封的铝粉(50nm，活性铝含量82％)与GAP按照1:4(质量比)进行均匀混合制样，称取0.3019g的燃烧试样置于量热弹中，充入过量氧气，再将量热弹置于一定量的水中，让试样在量热弹中燃烧，准确测定水的升温值(Tn-T0)；再按照公式计算铝粉的燃烧热值。其中充氧压力为1.5MPa。测试三组取其平均值作为铝粉的燃烧热，结果见表1。实施例4用苯甲酸对氧弹热量计的量热系统进行多次标定，取极差不超过40J/K的5次试验结果的平均值作为系统的热容量，得到E＝14511.2J/K；将新开封的铝粉(50nm，活性铝含量82％)与GAP按照1:4(质量比)进行均匀混合制样，称取0.2511g的燃烧试样置于量热弹中，充入过量氧气，再将量热弹置于一定量的水中，让试样在量热弹中燃烧，准确测定水的升温值(Tn-T0)；再按照公式计算铝粉的燃烧热值。其中充氧压力为2.0MPa。测试三组取其平均值作为铝粉的燃烧热，结果见表1。本专利技术的高活性铝粉燃烧热的测定结果与理论值比较：表1本专利技术测得铝粉的燃烧热数据将各实施例和理论值进行了比较，如上表所示，发现本专利技术方法测得的铝粉燃烧热值与理论计算值极为接近，燃烧效率可达到99.03％。证实本专利技术的高活性金属铝粉的测定方法不仅安全易行，而且具有较高的燃烧效率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高活性铝粉燃烧热的测定方法，其特征在于步骤如下：(1)用苯甲酸对氧弹热量计的量热系统进行标定，得到系统的热容量E；(2)按照质量比1:X混合铝粉与聚叠氮缩水甘油醚GAP，得到混合燃烧试样，其中X为2～10；(3)称取质量为m的混合燃烧试样放入量热弹，充入氧气，置于初温为To的水中，测定燃烧后的水温值Tn，其中m为0.20～0.35g；(4)按照公式计算高活性铝粉的燃烧热，其中QGAP为GAP的燃烧热。

【技术特征摘要】
1.一种高活性铝粉燃烧热的测定方法，其特征在于步骤如下：
(1)用苯甲酸对氧弹热量计的量热系统进行标定，得到系统的热容量E；
(2)按照质量比1:X混合铝粉与聚叠氮缩水甘油醚GAP，得到混合燃烧试样，其中X为2～
10；
(3)称取质量为m的混合燃烧试样放入量热弹，充入氧气，置于...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜菡雨，赵凤起，孙志华，徐司雨，裴庆，杨九冰，李猛，郝海霞，姚二岗，
申请(专利权)人：西安近代化学研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61