奥克托今粉尘爆炸特性及其热分解研究

发布时间：2020-06-10 02:52

【摘要】：奥克托今(HMX)作为一种高能量、综合性能较好的单质猛炸药已被广泛应用,但是在其生产、运输、使用过程中还存在很多安全隐患,因此有必要对其安全性能进行深入研究。本文主要就是对奥克托今的部分爆炸特性及其热分解过程进行试验研究,并对实验结果进行分析计算,为其安全性能的评估提供理论依据。首先利用STA449F3同步热分析仪、QMS403D质谱分析仪对不同升温速率下粒径为35μm的奥克托今粉尘的热分解过程进行试验研究,对其热分解曲线进行分析,根据试验数据计算出热动力学参数。研究结果表明:(1)奥克托今热分解是一个连续过程,且随着升温速率的增加,奥克托今的分解起始温度、峰值温度、分解终止温度都有所升高。在升温速率为5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min时,HMX的分解峰温分别为277.2℃、281.9℃、285.5℃、288.5℃。(2)基于DSC曲线,奥克托今热分解过程中,首先发生β-HMX向δ-HMX的转变,194℃时出现一个吸热峰;持续升温后会发生熔融,280.2℃时出现另一个吸热峰;升高到一定温度后会发生极快的热分解反应,285.7℃出现一个明显的放热峰。并且随着升温速率的增加,吸热峰和放热峰的温度都有所升高。(3)奥克托今是一种典型的熔融分解性物质,其分解过程是固液相同时进行的非均型过程,在分解放热的同时也伴随着相态变化的发生,热分解速率极快。(4)基于DTG曲线,由Kissinger法和Ozawa法计算得到的表观活化能E分别为306.8kJ/mol、301.8kJ/mol,由Kissinger法得到的lgA为28.9;基于DSC曲线,两种方法得到的表观活化能E分别为265.2kJ/mol、261.1kJ/mol,Kissinger法测得的lgA为24.8;基于TG曲线,用Ozawa法计算出不同转化率时的表观活化能E的值,并得出两者与转化率的关系图。(5)奥克托今分解初期C—N键的断裂占优势,最终气相分解产物主要有CH_2O、N_2O、CO、CO_2、H_2O和NO。然后利用MITTA最低着火温度测试仪对奥克托今粉尘云的最低着火温度进行试验研究,并研究粉尘粒径和粉尘浓度对其最低着火温度的影响。研究结果表明:(1)奥克托今粉尘粒径对其最低着火温度存在一定影响。当扩散压力为0.3bar,奥克托今粉尘浓度为750g/m~3时,粒径D_(50)分别为15μm、35μm、60μm的粉尘最低着火温度分别为310℃、330℃、360℃。从而得出,扩散压力和奥克托今粉尘浓度一定时,其最低着火温度随着其粉尘粒径的增大而升高。(2)奥克托今粉尘浓度对其最低着火温度也有一定影响。当扩散压力为0.3bar,奥克托今粉尘粒径D_(50)为35μm时,浓度分别为450g/m~3、600g/m~3、750g/m~3、900g/m~3、1050g/m~3、1200g/m~3、1350g/m~3的粉尘云最低着火温度分别为370℃、340℃、330℃、320℃、315℃、310℃、310℃。从而得出,扩散压力和奥克托今粉尘粒径一定时,其最低着火温度随着浓度的增加而降低,降低到一定值后趋于不变。最后利用20L球形装置对粒径为35μm奥克托今粉尘云爆炸下限进行试验研究,研究结果表明:奥克托今粉尘爆炸下限在60g/m~3~80g/m~3之间。
【图文】：

结构式,缩略语,音译,硝铵

药的重要成分在核武器、导弹、药等领域已被广泛使用。与黑索优异，具有很大的研究使用价值英文 Octogen 一词的音译，H缩略语。奥克托今是一种硝铵类物。其学名为 1，3，5，7-四硝基-分子式为 C4H8N8O8，相对分子质，，O43.2%，结构式如图 2.1 所示

外观图,晶型,溶解度,γ-丁内酯

β-HMX -HMX γ-HMX -HMX图 2.2 奥克托今四种晶型外观图克托今吸湿性较差（温度 30℃和 95%相对湿度的条件下的吸湿量为 0）水、甲醇、异丙醇及二硫化碳等，比较难溶于苯、醋酸、二氯乙烷、氯四氯化碳等，略溶于丙酮、乙腈和环己酮（室温下的溶解度约为 2%）， γ-丁内酯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜。奥克托金的溶解度[36]见表 2.4。表 2.4 25℃下不同有机溶剂中奥克托今的溶解度溶剂溶解度/(g·(100g 溶液)-1) 溶剂溶解度/(g(100ml 溶液)-1硝基苯 0.129 γ-丁内酯 21硝基乙烷 0.172 二恶烷 0.144环己酮 2.11 丙酮 2.2
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ560.1

【参考文献】