GJB 5891.28-2006火工品藥劑試驗方法

第28部分:燃燒熱和爆熱測定  絕熱量熱法

1  范圍

本部分規(guī)定了測定火工品藥劑燃燒熱和爆熱的試劑、材料、儀器、設(shè)備、環(huán)境要求、試驗步驟及結(jié)果處理。

本部分適用于火工品藥劑的燃燒熱和爆熱的測定。

2  規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過本部分的引用而成為本部分的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包含勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本部分，然而，鼓勵根據(jù)本部分達成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本部分。

GB/T 601化學(xué)試劑  滴定分析(容量分析)用標準溶液的制備

GB/T 603化學(xué)試劑  試驗方法中所用制劑及制品的制備

3  原理

將一定質(zhì)量的被測火工品藥劑在充入惰性氣體或真空氛圍的量熱彈內(nèi)被引燃或引爆，以水為測溫介質(zhì)，在絕熱條件下，測定水的溫升值，根據(jù)水的溫升值和量熱計的熱容量，計算其熱量，并進行修正，作為被測藥劑在給定條件下的燃燒熱或爆熱。

4  試劑、材料

試驗用試劑、材料應(yīng)符合以下要求:

a) 氫氧化鈉標準溶液:濃度為0.1mol/L，用氫氧化(GB/T 629)按GB/T 601配置并標定；

b) 酚酞指示劑:濃度為10g/L，用酚酞(GB/T 10729)按GB/T 603配置；

c) 苯甲酸(GBW(E)130035)；

d) 標準火藥:已知爆熱值；

e) 氬氣(GB/T 4842)；

f) 氧氣(GB/T 3863)；

g) 鎳鉻電阻合金絲(YB/T 5259):直徑為0.100mm～0.250m；

h) 白棉線:粗細均勻，不涂蠟，熱值為17500J/g；

i) 坩堝:內(nèi)徑為24.0mm、高為12.0mm、壁厚為0.5mm的不銹鋼坩堝，或壁厚為2.0mm，容積為5.0mL的陶瓷坩堝；

j) 蒸餾水。

5  儀器、設(shè)備

試驗用儀器、設(shè)備應(yīng)符合以下要求:

a)絕熱量熱計:示意圖見圖1，其中:

1)量熱彈容積為:300mL±10mL；

2)溫度計:測量范圍為0℃～50℃，分度值為0.1℃；

3)貝克曼溫度計:分度值為0.01℃；

b)分析天平:最大稱量為200g，分度值為0.0001g；

c)電子天平或工業(yè)天平:最大稱量為3000g～5000g，分度值為0025g；

d)點火裝置:采用5V～24V的點火電源，可由220V交流電源經(jīng)調(diào)壓變壓器供給，由電壓表(0V～30V，1.5級)、電流表(0A～10A，1.5級)、電秒表(0s～10s分度值0.01s)、滑線式變阻器組成；

e)真空裝置:由真空泵(真空度為6.7×10^-2Pa，抽氣速度不小于1L/s)、壓力表(量程為0kPa～100kPa，分度值為0.2kPa)組成；

f)水浴(或油浴)烘箱:控溫精度為±2℃；

g)充氣裝置；

h)滴定管:50mL，分度值為0.1mL；

i)玻璃轉(zhuǎn)子流量計:量程為16L/～160L/h，分度值為4L/h；

j)電爐：800W～1000W；

k)環(huán)形鐵架:放置量熱彈蓋；

l)手動壓片機。

6  環(huán)境要求

量熱試驗室應(yīng)分為兩個工作室，一個工作室放置絕熱量熱計，室內(nèi)溫度一般為15℃～30℃，工作時室溫波動應(yīng)控制在±2℃；另一個工作室放置點火裝置、真空裝置和充氣裝置。

7  試驗步驟

7.1  絕熱量熱計熱容量測定

7.1.1  用苯甲酸測定絕熱量熱計的熱容量

7.1.1.1  將苯甲酸放入水浴(或油浴)烘箱，在70℃～80℃的溫度下烘3h～4h 后，于干燥器中冷卻至室溫，稱取能使絕熱量熱計溫度升高1℃的苯甲酸量(約0.5g)，用壓片機壓成片，或直接購買同等質(zhì)量片劑(以下稱試樣片)，然后，用分析天平稱量，精確至0.0002g。

7.1.1.2  取白棉線100mm～200mm，放入烘箱中，在60℃±2℃的溫度下烘2h后，于干器中冷卻至室溫，稱量其質(zhì)量，精確至0.0002g。

7.1.1.3  取鎳鉻電阻合金絲100mm～200mm，將其中部繞成內(nèi)約為1mm的彈簧狀，作為點火絲，并稱量其質(zhì)量，精確至0.0002g。

7.1.1.4  將彈頭放在環(huán)形鐵架上，把坩堝放入彈頭的電極桿下端的環(huán)內(nèi)。

7.1.1.5  將點火絲兩端分別接在電極桿上，將棉線的一端纏在點火絲中部，另一端穿過火焰擋板中心的小孔，放入坩堝內(nèi)，并用試樣片壓住。

7.1.1.6  往彈杯內(nèi)注入5mL蒸餾水，將彈頭放在彈杯內(nèi)，蓋上彈帽并擰緊。

7.1.1.7  將量熱彈針形閥與真空裝置的抽氣管相連，開啟真空泵，啟動真空泵，抽真空至彈內(nèi)壓力不大于600Pa，關(guān)閉針形閥，卸下抽氣管，然后，將針形閥與充氣裝置的充氣接頭連接，打開針形閥，緩慢地向彈內(nèi)充入氧氣至彈內(nèi)壓力為2.5MPa時，關(guān)閉針形閥，卸下充氣接頭，擰緊彈頂帽，檢查電極導(dǎo)通狀況。

7.1.1.8  用電子天平稱量絕熱量熱計內(nèi)筒的質(zhì)量,往絕熱量熱計內(nèi)筒注入蒸餾水(水量應(yīng)能使量熱彈浸入水中，其水面低于彈頂帽平面約10mm)，調(diào)節(jié)絕熱量熱計內(nèi)筒的水溫，使水溫高于室溫3℃；再稱重，準確至0.1g，并計算水的質(zhì)量；確定后，每次試驗應(yīng)保持水量不變。

7.1.1.9  將內(nèi)筒放入絕熱量熱計筒內(nèi)的支架上(見圖1)，再將量熱彈放入裝有水的內(nèi)筒中，檢查量熱彈的氣體泄漏情況，然后，蓋好絕熱量熱計頂蓋。

7.1.1.10  通冷卻水(用流量計控制流速為18L/h～21L/h)，依次接通電源開關(guān)，水泵開關(guān)和加熱開關(guān)。

7.1.1.11  調(diào)節(jié)橋路平衡旋鈕，10min～20min后，每隔5min讀一次溫度(每次讀數(shù)前應(yīng)打開振動器),讀數(shù)至小數(shù)點后三位，待內(nèi)筒溫度連續(xù)兩次的讀數(shù)變化不大于0.002℃時，即為系統(tǒng)達到初始平衡，記錄此時溫度(t0)。

7.1.1.12  點火，記錄點火電壓、電流和時間(均讀至最小分度值)；10min～15min 后開始讀數(shù)，每隔5min讀一次溫度，直至內(nèi)筒溫度連續(xù)兩次的讀數(shù)變化不大于0.002℃，即為系統(tǒng)達到終點平衡，記錄此時溫度(tn)。

7.1.1.13  斷開加熱開關(guān)和水泵開關(guān)，提起絕熱量熱計頂蓋，順時針旋轉(zhuǎn)90°，觀察量熱彈漏氣情況，如果漏氣，則該次試驗作廢。

7.1.1.14  取出量熱彈，打開彈的針形閥，使彈內(nèi)氣體緩慢排出；擰開彈帽，取出彈頭，檢查彈內(nèi)是否積碳，如果有積碳，則該次試驗作廢；檢查點火絲是否熔斷，若被熔斷，將未燃盡的點火絲，經(jīng)清洗、干燥后，稱量其質(zhì)量，準確至0.0002g。7.1.1.15  用蒸餾水洗滌量熱彈的內(nèi)壁及坩堝等部件，并將洗滌水收集于三角瓶中，用表面皿蓋住瓶口,在電爐上煮沸3min～5min，冷卻至室溫后，加入兩滴酚酞指示劑，用氫氧化鈉標準溶液滴定至呈現(xiàn)粉紅色30s不消失，記錄所消耗的氫氧化鈉標準溶液的體積。

7.1.1.16  取出內(nèi)筒，擦干溫度計和攪拌器，清洗量熱彈各部件，然后，擦干備用。

7.1.1.17  絕熱量熱計的熱容量為絕熱量熱計各部分熱容量之和，按公式（1)計算絕熱量熱計的熱容量：

式中：

C——用苯甲酸測定的絕熱量熱計的熱容量的數(shù)值，單位為焦耳每攝氏度(J/℃)；

Q₁——苯甲酸燃燒放出的熱量的數(shù)值，單位為焦耳(J)；

Q₂——生成硝酸放出的熱量的數(shù)值，單位為焦耳(J)；

Q₃——點火絲通電后產(chǎn)生的熱量(焦耳熱)的數(shù)值，單位為焦耳(J)；

Q₄——點火絲燃燒放出的熱量的數(shù)值，單位為焦耳(J)；

Q₅——棉線燃燒放出的熱量的數(shù)值，單位為焦耳(J)；

△t——校正后的溫升值的數(shù)值，單位為攝氏度(℃)。

按公式(2)計算苯甲酸燃燒放出的熱量:

式中：

q₁——苯甲酸的燃燒熱的數(shù)值，單位為焦耳每克(J/g)；

m₁——苯甲酸的質(zhì)量的數(shù)值，單位為克(g)。

按公式(3)計算生成硝酸放出的熱量:

式中:

V——消耗氫氧化鈉標準溶液的體積的數(shù)值，單位為毫升(mL)；

C——氫氧化鈉標準溶液的濃度的數(shù)值，單位為摩爾每升(mol/L)；

0.0063——與1.00mL氫氧化鈉標準溶液[c(NaOH)=0.1mol/L]相當?shù)南跛岬馁|(zhì)量的數(shù)值，單位為克(g)；

950——生成1g硝酸放出的熱量的數(shù)值，單位為焦耳每克(J/g)。

按公式(4)計算點火絲的焦耳熱:

式中:

U——點火電壓的數(shù)值，單位為伏(V)；

I——點火電流的數(shù)值，單位為安(A)；

t——點火時間的數(shù)值，單位為秒(s)。

按公式(5)計算點火絲燃燒放出的熱量:

式中：

q₄——點火絲的燃燒熱的數(shù)值，單位為焦耳每克(J/g)；

m₄——已被燃燒的點火絲質(zhì)量的數(shù)值，單位為克(g)。

按公式(6)計算棉線燃燒放出的熱量:

式中：

q₅——棉線的燃燒熱的數(shù)值，單位為焦耳每克(J/g)；

m₅——棉線的質(zhì)量的數(shù)值，單位為克(g)。

按公式(7)計算校正后的溫升值:

式中:

——貝克曼溫度計的平均分度值(可由其檢定證書查得)；

t_n——系統(tǒng)到達終點平衡時的溫度(t_n)與貝克曼溫度計毛細管孔徑的修正值(可由其檢定證書查得)之和的數(shù)值，單位為攝氏度(℃)；

t₀——系統(tǒng)到達初始平衡時的溫度(t₀)與貝克曼溫度計毛細管孔徑的修正值(同上)之和的數(shù)值，單位為攝氏度(℃)。

7.1.2  用標準火藥測定絕熱量熱計的熱容量

7.1.2.1  重復(fù)7.1.1.3和7.1.1.4的操作。

7.1.2.2  將點火絲兩端分別接在電極桿上，調(diào)整點火絲的位置，使其既能被埋入標準火藥中又不接觸到不銹鋼坩堝(如圖1所示)。

7.1.2.3  用分析天平稱取能使絕熱量熱計升溫約1℃的標準火藥(約2g)，準確至0.0002g，將其倒入坩堝中，再將量熱彈頭放在彈杯內(nèi)，蓋上彈帽，并擰緊。7.1.2.4  將彈的針形閥與真空裝置連接，啟動真空泵，抽真空至彈內(nèi)壓力不大于600Pa，關(guān)閉針形閥，關(guān)閉真空泵，卸下連接管，檢查電極導(dǎo)通情況。

7.1.2.5  重復(fù)7.1.1.8～7.1.1.14和7.1.1.16的操作。

7.1.2.6  按公式(8)計算絕熱量熱計的熱容量：

式中：

C1——用標準火藥測定的絕熱量熱計的熱容量，單位為焦耳每攝氏度(J/℃)；

q₆——標準火藥的爆熱，單位為焦耳每攝氏度(J/℃)；

m₆——標準火藥質(zhì)量，單位為克(g)。

對于同一絕熱量熱計，公式(1)的計算結(jié)果與公式(8)的結(jié)果應(yīng)是相同的，它們誤差應(yīng)符合 7.1.3.1的要求。

7.1.3  測定熱容量的要求

7.1.3.1  應(yīng)重復(fù)測定熱容量五至七次，平行測定結(jié)果誤差不大于42J/℃的五次試驗結(jié)果的算術(shù)平均值作為絕熱量熱計的熱容量，所得結(jié)果表示至整數(shù)位。7.1.3.2  一般每一個月用標準火藥檢測絕熱量熱計的熱容量一次，若測得標準火藥的爆熱值在其標準爆熱值的±13J/g 范圍內(nèi)，則原測定的熱容量仍可使用；當更換絕熱量熱計主件時(不包括更換同規(guī)格的小的部件，如密封圈、螺母等)，應(yīng)重新測定絕熱量熱計的熱容量。

7.2  火工品藥劑燃燒熱測定

7.2.1  一般情況下，重復(fù)7.1.1.3、7.1.1.4和7.1.2.2的操作；對易飛濺的藥劑或不易被點火絲直接點燃的藥劑，則重復(fù)7.1.1.2～7.1.1.5的操作。

7.2.2  稱取被測藥劑 1g～2g，準確至0.0002g，將其緩慢倒入坩堝中；對易飛濺的藥劑應(yīng)將其壓成直徑為10mm的藥柱，壓藥壓力為100MPa～120MPa。

7.2.3  重復(fù)7.1.1.6～7.1.1.16的操作。

7.3  火工品藥劑爆熱測定

7.3.1  重復(fù)7.1.1.3、7.1.1.4和7.1.2.2的操作。

7.3.2  稱取被測藥劑1g～2g，準確至0.0002g，將其緩慢倒入坩堝中，再將彈頭放入彈杯內(nèi)，蓋上彈帽，并擰緊。

7.3.3  重復(fù)7.1.2.4的操作；對在真空條件下不能被引爆的藥劑，則抽真空后充入氬氣至彈內(nèi)壓力為2.5MPa。

7.3.4  重復(fù)7.1.1.8～7.1.1.13和7.1.1.16的操作。

8  結(jié)果處理

8.1  按公式(9)計算被測藥劑的爆熱:

式中:

Qb——被測藥劑的爆熱的數(shù)值，單位為焦耳每克(J/g)；

m——被測藥劑的質(zhì)量的數(shù)值，單位為克(g)；

C1——標準火藥爆炸時絕熱量熱計的熱容量的數(shù)值，單位為焦耳每攝氏度(J/℃)。

按公式(10)計算被測藥劑的燃燒熱；當用棉線引燃時，按公式(11)計算被測藥劑的燃燒熱:

式中：

Q_r——被測藥劑的燃燒熱，單位為焦耳每克(J/g)。

8.3  同一被測藥劑樣品平行測定兩次，測得兩次燃燒熱的平行誤差不超過63J/g、爆熱的平行誤差不超過84J/g時，取其算術(shù)平均值并修約為整數(shù)報出；當兩次結(jié)果之差大于平行誤差時，允許進行第三次試驗，并取其中的兩次試驗結(jié)果的平均值作為試驗結(jié)果報出；若第三次試驗結(jié)果分別與前兩次試驗結(jié)果之差都在平行誤差范圍內(nèi)，則取三次試驗結(jié)果的算術(shù)平均值作為試驗結(jié)果報出；若第三次試驗結(jié)果分別與前兩次試驗結(jié)果之差都超出平行誤差時，試驗結(jié)果全部報出。