氧弹法测量硼粉燃烧热值的方法学研究

硼是一种高能固体燃料,其燃烧热值的准确测定十分重要。用甲醇-水混合溶剂洗脱去除硼粉表面的氧化物,然后用氢氧化钠溶液滴定洗脱液中硼酸含量,计算得到500nm原始硼粉表面氧化层平均厚度为1.8~5.5nm,40nm原始硼粉表面氧化层平均厚度0.5~1.6nm,采用氧弹法测定了500nm和40nm原始硼粉及其去除氧化物后的燃烧热值,通过滴定法分析燃烧产物中硼酸含量,换算得到实际燃烧的单质硼质量,从而计算出单质硼燃烧热值。实验结果表明,500nm原始硼粉及其去除氧化物后燃烧得到的单质硼平均燃烧热值分别为55.2±0.8kJ·g^(-1)和55.4±1.2kJ·g^(-1),两者非常接近,且落在文献值范围内;40nm原始硼粉及其去除氧化物后燃烧得到的单质硼平均燃烧热值分别为53.3±0.9kJ·g^(-1)和51.6±0.9kJ·g^(-1),略低于文献值。为了准确测量单质硼的燃烧热值,宜选择颗粒尺寸较大(如500nm)的硼粉样品。在上述厚度范围内,氧化层对500nm原始硼粉或40nm原始硼粉的燃烧效率均无影响。当硼颗粒的尺寸为40~500nm时,燃烧效率也与硼颗粒的粒径大小无关。

有机硅烷修饰硼/JP⁃10 复合燃料的流变性能

在液体燃料中添加高能固体硼粉是提高燃料能量密度的一种有效途径,但未经修饰的硼粉会急剧加大液体燃料体系的表观黏度,因而提高硼粉添加量的同时防止表观黏度的急剧增大,是当前固液复合燃料亟需解决的问题。为此,研究采用4种有机硅烷(丙基三甲氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷和十六烷基三甲氧基硅烷)对硼粉进行表面修饰,并通过扫描电镜(SEM)、接触角测定、X射线衍射(XRD)、动态激光散射(DLS)粒径分析、热重(TG)等对其进行了表征,研究了有机硅烷修饰硼/JP‑10复合燃料的流变性能,考察了温度对有机硅烷修饰硼/JP‑10复合燃料流变性能的影响。结果表明:有机硅烷修饰可去除硼粉表面的硼酸,硼粉表面特性从亲水性转变为疏水性;修饰硼中有机硅烷的含量低于1.5%,对硼粉热值影响不大;有机硅烷修饰硼添加到JP‑10燃料中,当硼含量高达50%时,在25℃、剪切速率为100 s-1的条件下,表观黏度低于0.3 Pa·s,具有良好的流动性。在其它条件相同的情况下,复合燃料表观黏度大小与有机硅烷侧链烷基长短有关:丙基>辛基≈十二烷基≈十六烷基。有机硅烷修饰硼/JP‑10复合燃料具有剪切变稀的特性,表观黏度与剪切速率之间的定量关系符合幂律型方程。温度对有机硅烷修饰硼/JP‑10复合燃料的表观黏度有显著影响,两者的定量关系符合阿伦尼乌斯方程,且剪切活化能随有机硅烷侧链烷基长度的增加而增大。