纳米铝粉对HMX热分解动力学的影响研究

发布时间：2020-10-12 02:34

　　 催化剂是改善火炸药热分解特性和燃爆性能的主要手段,而纳米催化剂的催化活性和选择性较传统催化剂有很大优势,纳米金属催化剂作为固体推进剂的重要组成部分,使得固体推进剂的热分解特性和燃爆性能均有明显改变。HMX是一种爆轰性能非常好的单质炸药,被广泛应用在固体推进剂、发射药以及混合炸药中,而铝粉作为推进剂主要成分之一,其含量、粒度等物理因素对HMX的热分解特性和燃爆性能有直接影响,因此用纳米铝粉代替微米铝粉有着非常好的应用前景。本文首先对HMX进行研究,从热分解动力学和热安全性两个方面对HMX进行了深入的探讨;然后通过对比微米铝粉和纳米铝粉对HMX热分解动力学的影响,着重研究了纳米铝粉对HMX热分解动力学的影响。通过对HMX和HMX+Al样品的非等温TG-DSC分析,发现HMX是一种典型的“熔融分解”型物质,分解和熔融同时进行,相态变化引起反应加速,导致HMX的自加热和自催化非常明显。微米铝粉对HMX热分解的影响微乎其微,而纳米铝粉对HMX的热分解有较好的催化作用;当纳米铝粉质量分数为40%时,催化效果最佳。从4方面分析了纳米铝粉催化HMX的热分解机理。采用Popescu法推断出HMX和HMX+40%Al样品的热分解机理函数、热分解反应机理、函数积分形式和微分形式以及放热分解反应的动力学方程。考察lnA和E之间的动力学补偿效应,发现HMX和HMX+40%Al样品在不同条件(升温速率不同)和不同方法求得的lnA和E有非常好的动力学补偿效应。计算了HMX与HMX+40%Al样品的热爆炸临界温度Tb和自加速分解温度TSADT的值,HMX+40%Al样品的热爆炸临界温度Tb和自加速分解温度TSADT较HMX都有所降低;计算了HMX与HMX+40%Al样品的热力学参数活化熵ΔS≠,活化焓ΔH≠和活化自由能ΔG≠的值,HMX+40%Al样品的热力学参数活化熵ΔS≠、活化焓ΔH≠较HMX都有所降低,而活化自由能ΔG≠没有明显变化。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：TQ560.1
【文章目录】：
摘要
英文摘要
1 引言
    1.1 奥克托今性质
        1.1.1 物理性质
        1.1.2 化学性质
        1.1.3 热稳定性
    1.2 纳米材料
        1.2.1 基本性质
        1.2.2 纳米材料的基本效应
        1.2.3 纳米材料对固体推进应用
        1.2.4 纳米金属粉单质在火炸药中应用
    1.3 热分析技术在含能材料领域中的应用和发展
        1.3.1 热重法
        1.3.2 差热分析法
        1.3.3 差示扫描量热法
    1.4 HMX的热分解反应机理
    1.5 研究背景、主要内容
        1.5.1 研究背景
        1.5.2 研究内容
2 HMX非等温动力学研究
    2.1 HMX非等温DSC实验
        2.1.1 实验材料及实验条件
        2.1.2 实验结果与数据分析
    2.2 HMX非等温TG实验
        2.2.1实验材料及实验条件
        2.2.2 实验结果与数据分析
        2.2.3 反应机理函数的推断
    2.3 动力学补偿效应
    2.4 热爆炸临界温度和自加速分解温度
    2.5 活化熵ΔS~≠， 活化焓ΔH~≠，活化自由能ΔG~≠
    2.6 本章小结
3 纳米铝粉对HMX非等温动力学研究
    3.1 铝粉对HMX非等温DSC实验
        3.1.1 实验材料及实验条件
        3.1.2 实验结果与分析
    3.2 纳米铝粉与HMX最佳配比确定
        3.2.1 实验材料及实验条件
        3.2.2 实验结果与分析
    3.3 纳米铝粉对HMX非等温DSC实验
        3.3.1 实验材料及实验条件
        3.3.2 实验结果与分析
    3.4 纳米铝粉对HMX非等温TG实验
        3.4.1 实验材料及实验条件
        3.4.2 实验结果与分析
        3.4.3 反应机理函数的推断
    3.5 动力学补偿效应
    3.6 热爆炸临界温度和自加速分解温度
    3.7 活化熵ΔS~≠，活化焓ΔH~≠，活化自由能ΔG~≠
    3.8 纳米铝粉催化HMX的热分解机理
    3.9 本章小结
4 结论与展望
    4.1 结论
    4.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文情况
致谢

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本文编号：2837505