一种小药量热爆炸气体收集装置及气体分析方法制造方法及图纸

技术编号:19901415 阅读:28 留言:0更新日期:2018-12-26 02:20
本发明专利技术公开了一种测试炸药热爆炸气体产物的分析方法,并提供了小药量热爆炸气体收集装置。在测试过程中,将少量炸药压制在药筒内,置于气体收集罐,再将气体收集罐放入高温加热介质中,使炸药迅速受热爆炸,取出气体收集罐,获得炸药热爆炸气体产物。将装置直接连接在气相色谱‑质谱仪或质谱仪上可对炸药的热爆炸气体产物的总量和组分进行分析。本发明专利技术可实现小药量炸药热爆炸气体产物的收集与分析,可用于研究含能材料,特别是处在探索阶段含能材料的热爆炸反应机理。

【技术实现步骤摘要】
一种小药量热爆炸气体收集装置及气体分析方法
本专利技术的实施涉及含能材料分析领域,更具体地,本专利技术的实施方式涉及含能材料热爆炸气体产物的分析。
技术介绍
在设计高性能含能材料时,多氮高能化合物是一个重要的发展方向。目前,一些具有良好应用潜力的高氮单质炸药已开始逐步脱离硝基爆炸基团的限制,且在稳定性方面有了本质改善,同时具备高能量和低感度的特点。如TKX-50,由两个四唑环组成,不含传统硝致爆基团,掌握这些新型含能材料的能量释放机制对其结构优化和配方设计具有重要意义。含能材料的能量释放是含能分子化学能释放的过程,并伴随着大量的热和气体的释放,因此,研究含能材料分解产生的气体可为掌握含能材料的能量释放机制提供有力的数据支撑。目前,对于含能材料分解气体的研究最常用的方法是化学反应性测试(CRT)装置,主要测试含能材料在一定温状态下生成气体的量和组分,依据这些数据推测出的含能材料分解机制为含能材料的低温分解机制,主要用于评价含能材料的安定性及贮存寿命,并不能用于评价能量释放。对于含能材料爆炸气体的产物的分析则主要将含能材料放置在爆炸罐中进行引爆,利用爆炸罐的收集气体并进行取样分析,然而这种方法存在以下不足:1)药量大,通常需要至少1g以上的炸药进行引爆,对于处在探索阶段的含能材料,难以获得足够的样品量进行测试。2)为了形成爆炸,样品主要以PBX状态存在,由于粘结剂的存在,会对单质炸药爆炸产生的气体造成干扰。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题发展了一种新的小药量热爆炸气体收集装置并建立了分析方法,在本专利技术中,利用堵头和底座单质炸药压在炮筒内,使炸药存在于受限空间内,通过快速加热,使炸药到达热爆炸温度,形成热爆炸,并收集气体进行定性定量分析。本专利技术最大的优势在于实现了小药量含能材料热爆炸气体的收集,并可对气体的总量及包含的组分进行定量分析。为解决上述的技术问题,本专利技术的一种实施方式采用以下技术方案:一种小药量热爆炸气体收集装置,所述装置包括炸药压制装置、快速传热装置和气体收集装置,所述炸药压制装置包括炮筒、底座和堵头,炸药装在底座内,通过加压将堵头从底座的上口压制在底座内,为炸药形成热爆炸提供受限空间,所述堵头具有连通底座内外的穿孔,所述底座放置在所述炮筒内,所述炮筒与底座是尺寸匹配件;所述快速传热装置包括伍德合金浴及其加热控制器,所述伍德合金浴的顶盖上设置穿孔,所述加热控制器的温度调节范围至少包括80-430℃;所述气体收集装置包括气体罐,气体罐上端连接气管并在气管上设置密封阀,炮筒及其内部组件放置于气体罐中,气体罐从伍德合金浴顶盖上的穿孔插入伍德合金介质中,该穿孔与气体罐尺寸匹配。所述的小药量热爆炸气体收集装置中,炮筒、底座和堵头的材质为铝、铜或铁中的任意一种或多种。所述的小药量热爆炸气体收集装置中,气体收集罐由不锈钢制成。所述的小药量热爆炸气体收集装置中,堵头压制在底座内,所述底座压制在炮筒内,压制压力为0.1-5MPa。所述的小药量热爆炸气体收集装置中,伍德合金浴的顶盖的厚度为10-20mm,所述气体罐被伍德合金浴的顶盖紧密地卡在伍德合金介质中。所述的小药量热爆炸气体收集装置中,底座内部的炸药量低至10mg。所述的小药量热爆炸气体收集装置中,气体罐上端连接的气管的另一端连接抽真空装置或者气体置换装置。一种小药量热爆炸气体分析方法,采用上述装置,包括对小药量炸药的气体放气量、气体组分的定量分析,具体包括以下步骤:(1)将低至10mg的炸药装在底座内,然后组装好所述小药量热爆炸气体收集装置;(2)通过抽真空装置或者气体置换装置对气体罐内的环境气氛进行初始化,为炸药热爆炸提供初始气体;(3)根据炸药的热爆炸温度,利用加热控制器设置适当的加热温度使伍德合金浴的温度达到炸药的热爆炸温度,然后将气体罐迅速置入伍德合金浴中,待炸药发生爆炸后,将气体罐取出;(4)通过检测仪器对气体放气量、气体组分进行定量分析。所述的小药量热爆炸气体分析方法中,使用的检测仪器均能实现负压进样,并可对压力进行测试,通过标定的气体罐的体积,测试环境中的温度,根据理想气体状态方程PV=nRT计算炸药热爆炸后的体积(标况条件下)。所述的小药量热爆炸气体分析方法中,所述气体罐中的气体组分通过气相色谱进行分离,并进行定量检测,对于活性气体,通过质谱进行直接测量。下面对本专利技术的技术方案进行进一步的说明。本专利技术采用的装置是主要由炸药压制装置、快速传热装置和气体收集装置组成,其中炸药压制装置的功能是将炸药压装在炮筒内,目的是将炸药封装在受限空间内,为形成热爆炸提供条件。此处使用的将炮筒、底座和堵头压制在一起的压制装置为能够显示压力的千斤顶,能够提供0.1-5MPa范围的压力。底座、堵头和炮筒为尺寸匹配件,比如公差配合,对其尺寸可在一定范围内进行调节。堵头上的小孔,作用是防止炸药爆炸时,堵头能量过大,对气体收集罐造成破坏。快速加热装置是通过伍德合金浴实现,伍德合金在室温下为固体,加热后会转变为液体,最高可加热至430℃,可根据炸药的热爆炸温度选择适当的加热温度,具体操作是先将伍德合金加热至比炸药热分解最大峰温高30℃左右,通过热传导可实现对炸药样品的快速加热。通过热传导的方式实现对样品的迅速加热,加热速率可达800Kmin-1。加热装置上方配有厚度为10-20mm的开孔金属盖,孔径与气体采集罐匹配,主要用于防止伍德合金飞溅和控制气体采集罐在熔融态伍德合金中的浸入深度。气体收集装置主要是将封装了炸药的炮筒置于气体罐内部,并通过气体置换的方式为炸药爆炸提供初始气体,利用伍德合金浴加热使炸药迅速爆炸,收集气体用于分析。气体罐上端连接的气管优选(英制)公称直径为1/4或1/16的气管。气体的分析主要依靠气相色谱或气象色谱-质谱联用或质谱进行分析,对其品牌和型号无要求,但要求这些设备均能够实现负压进样,可测量气体采集罐内的压力,要求的误差为±0.5KPa,同时能够实现对N2、NO、N2O、O2、CO、CO2、H2等气体的分离和检测。气体的分析检测限可达1ppm。与现有技术相比,本专利技术的有益效果是:本专利技术可实现小药量炸药热爆炸气体产物的收集与分析,炸药用量可低至10mg,可用于研究含能材料,特别是处在探索阶段含能材料的热爆炸反应机理。附图说明图1为本专利技术小药量热爆炸气体收集装置的结构示意图。图2为本专利技术小药量热爆炸气体分析方法的流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术,并不用于限定本专利技术。如图1所示,小药量热爆炸气体收集装置主要由堵头1、底座2、炮筒3、伍德合金浴4、加热控制器5、气体罐6、气体罐密封接口7、气管8和密封阀9组装形成。堵头1、底座2、炮筒3组成炸药压制装置,炮筒的材质为铝、铜或铁中的任意一种,底座的材质为铝、铜或铁中的任意一种,堵头的材质为铝、铜或铁中的任意一种,炸药装在底座内,炸药量低至10mg,通过加压将堵头从底座的上口压制在底座内,为炸药形成热爆炸提供受限空间。加压时可使用显示压力的千斤顶,压制压力在0.1-5MPa范围内。堵头具有连通底座内外的穿孔,底座放置在炮筒内,炮筒与底座是尺寸匹配件。伍德合金浴4和加热控制器5组成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种小药量热爆炸气体收集装置,其特征在于所述装置包括炸药压制装置、快速传热装置和气体收集装置,所述炸药压制装置包括炮筒、底座和堵头,炸药装在底座内,通过加压将堵头从底座的上口压制在底座内,为炸药形成热爆炸提供受限空间,所述堵头具有连通底座内外的穿孔,所述底座放置在所述炮筒内,所述炮筒与底座是尺寸匹配件;所述快速传热装置包括伍德合金浴及其加热控制器,所述伍德合金浴的顶盖上设置穿孔,所述加热控制器的温度调节范围至少包括80‑430℃;所述气体收集装置包括气体罐,气体罐上端连接气管并在气管上设置密封阀,炮筒及其内部组件放置于气体罐中,气体罐从伍德合金浴顶盖上的穿孔插入伍德合金介质中,该穿孔与气体罐尺寸匹配。

【技术特征摘要】
1.一种小药量热爆炸气体收集装置,其特征在于所述装置包括炸药压制装置、快速传热装置和气体收集装置,所述炸药压制装置包括炮筒、底座和堵头,炸药装在底座内,通过加压将堵头从底座的上口压制在底座内,为炸药形成热爆炸提供受限空间,所述堵头具有连通底座内外的穿孔,所述底座放置在所述炮筒内,所述炮筒与底座是尺寸匹配件;所述快速传热装置包括伍德合金浴及其加热控制器,所述伍德合金浴的顶盖上设置穿孔,所述加热控制器的温度调节范围至少包括80-430℃;所述气体收集装置包括气体罐,气体罐上端连接气管并在气管上设置密封阀,炮筒及其内部组件放置于气体罐中,气体罐从伍德合金浴顶盖上的穿孔插入伍德合金介质中,该穿孔与气体罐尺寸匹配。2.根据权利要求1所述的小药量热爆炸气体收集装置,其特征在于所述炮筒、底座和堵头的材质为铝、铜或铁中的任意一种或多种。3.根据权利要求1所述的小药量热爆炸气体收集装置,其特征在于所述气体收集罐由不锈钢制成。4.根据权利要求1所述的小药量热爆炸气体收集装置,其特征在于所述堵头压制在底座内,所述底座压制在炮筒内,压制压力为0.1-5MPa。5.根据权利要求1所述的小药量热爆炸气体收集装置,其特征在于所述伍德合金浴的顶盖的厚度为10-20mm,所述气体罐被伍德合金浴的顶盖紧密地卡在伍德合金介质中。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员:赵川德彭强杨芳齐天骄王新峰余堃左继
申请(专利权)人:中国工程物理研究院化工材料研究所
类型:发明
国别省市:四川,51

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