典型粘结剂对HMX热分解特性影响规律研究

为研究粘结剂对奥克托今(HMX)热分解特性的影响规律,选取聚胺酯(TPU)和氟橡胶(FR)作为典型粘结剂,基于热分析、气质实验,分析TPU和FR对HMX热分解特性的影响及作用机制。结果表明,相较HMX,HMX/TPU的主要放热历程延长8.2%~37.9%,分解速率降低,放热量减少;HMX/FR的主要放热历程缩短0~13.8%,分解速率大于HMX/TPU。TPU和FR均会降低HMX的活化能,HMX/TPU的活化能在转化率为0.6时接近最大值,随后几乎稳定在最大值;而HMX/FR的活化能在转化率为0.4时最大,随后迅速降低。从中间产物来看,TPU既会减少大分子中间产物,抑制HMX分解,也会减少—CH_(2)O、—N_(2)O、—NO、—CO_(2)等小分子产物,降低放热量;而FR会增加大分子中间产物,促进HMX分解,进而增加小分子产物,提高放热量。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体交流电晕放电分解特性

为研究环保型C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)三元混合气体放电分解特性,开展了不同O_(2)体积分数的C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)三元混合气体交流电晕放电分解试验,主要分解产物包括CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(6)、C_(3)F_(8)、C_(6)F_(14)、CNCN和CF_(3)CN,CF_(4)、C_(2)F_(6)和C_(3)F_(8)等饱和类碳氟气体生成量较高,不饱和类碳氟气体C_(3)F_(6)生成量较低。O_(2)的加入能显著抑制气体分解,O_(2)体积分数为4%的混合气体在60 h电晕放电后的CNCN生成量仅为不含O_(2)时的22.1%。CNCN等分解产物生成速率随O_(2)体积分数增加呈现先快速下降后趋于稳定的典型特征,2%~8%体积分数的O_(2)对混合气体分解具有较好的抑制作用。基于密度泛函理论开展了分解过程仿真分析,发现O_(2)通过与CF_(3)、CN和CF_(3)CFCN等自由基的反应消耗了自由基,导致以这些自由基为反应物的主要分解产物的生成受到抑制,在O_(2)的作用下,主要分解产物生成速率随O_(2)体积分数增加呈现非线性变化特征。C_(2)F_(6)/CF_(4)比值较稳定,具备作为C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)三元混合气体电晕放电识别指标的潜力。

转炉高温烟气中石灰石粉的分解特性研究

鉴于石灰窑煅烧石灰石工艺存在能耗大、成本高等问题,探讨利用转炉汽化冷却烟道内高温烟气余热分解石灰石粉的可行性。通过热重分析实验和管式炉实验研究了在转炉高温烟气环境下石灰石粉的分解特性及温度、时间、气氛和烟尘等影响因素对其特性的影响。结果表明:烟气中CO_(2)会抑制CaCO_(3)的分解,提高了起始分解温度,但随着温度的升高,反应速率加快,分解率增大,反应时间相应缩短;烟尘中的主要成分FeO和Fe2O_(3)能够促进CaCO_(3)的分解;CaCO_(3)晶粒分解成CaO晶粒,CO_(2)气体被释放,晶粒表面孔隙明显增多,从而使活性增大。实验结果初步验证了利用转炉高温烟气余热分解石灰石粉具有一定的可行性。

HATO的机械感度、热分解特性及爆轰性能

为了研究5,5′-联四唑-1,1′-二氧二羟铵(HATO)的机械感度、热分解特性及爆轰性能,利用乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)为黏结剂、石蜡为钝感剂,采用捏合造粒工艺制备了包覆HATO;采用BAM撞击感度仪、BAM摩擦感度仪、差示扫描量热仪、同步热分析仪、恒温式爆热量热仪等对HATO及包覆HATO的机械感度(撞击感度、摩擦感度)、热分解特性及爆轰性能(爆热、爆压和爆速)进行了研究。结果表明,在机械感度方面,HATO包覆前后的临界撞击能量和临界摩擦力分别为5J、120N和6J、180N;热分解特性方面,包覆HATO的起始分解温度和峰值温度升高,分解热降低,活化能增大;说明利用EVA、石蜡包覆可降低HATO的机械感度,提高HATO的热分解温度及活化能,提升HATO的应用安全性;在爆轰性能方面,包覆HATO的爆热由4948kJ/kg降至4701kJ/kg,爆压由31GPa降至23GPa,爆速由9400m/s降至8785m/s。分析认为,EVA和石蜡密度较小,导致包覆后HATO的密度降低,爆轰性能下降。此外,HATO的爆轰产物主要是N2、H2O、NH3、NH2、N2O和NO等质量轻的小分子,而这可能也是HATO爆压偏低的原因。

三种典型含能材料热分解特性调控研究进展

含能材料在国防以及民用等领域均有重要的战略价值。其中,热分解特性是直接关系到含能材料能否有效应用的最主要特征之一,明确含能材料的热分解行为及机理对进一步提高其热分解效率或抑制其不稳定分解至关重要。以3种典型含能材料:环四亚甲基四硝胺(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)和3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)为研究对象,从关乎热分解特性的基础物化性质展开介绍,总结其相关热分解行为及机理,重点论述了影响其热分解特性的材料结构特征和添加剂类型。发现硝基脱除是热分解发生的关键步骤,而富含活性中心的金属元素材料和富含活泼基团的有机类材料易与硝基作用,能加快热分解过程。无机非金属材料则因其具有较大的比表面积和优异的气体扩散能力也可起到促进分解的作用。以共晶、包覆、加入钝感剂为主的3种方法被广泛用于提高这3种含能材料的热稳定性能。在热分解机理研究基础上,开展热分解促进剂和抑制剂的设计研发,这将有效推动含能材料热应用的创新发展,成为未来含能材料热分解特性的研究重点。

多尺度界面可调型Al-RDX含能复合物的制备及其热分解特性

基于氧化剂/燃料一体化设计理念,在对Al颗粒进行表面修饰的基础上,采用声共振和喷雾干燥技术成功制得了多尺度界面可调半嵌入型Al/RDX和全嵌入型Al@RDX复合颗粒。通过扫描电子显微镜(SEM)等技术对复合颗粒的形貌、密度和燃烧热进行表征,并利用热红同步热分析仪(DSC-TG-FT-IR)对其热分解过程及气相产物进行了研究。研究结果表明:与机械混合物相比,复合颗粒密度基本保持不变,但燃烧热分别提升至17.31 kJ/g和18.82 kJ/g. DSC结果表明两种方式均可提高RDX的热分解放热量:铝粉嵌入未改变RDX的气相分解产物种类,但其中HCHO的相对含量有所增加:嵌入铝粉后RDX第一分解阶段均由二维成核增长模型(A2)转变为链断裂模型(L2):全嵌入型Al@RDX的第二分解阶段则转变为自催化模型(AC)。

电晕放电下三氟甲基磺酰氟的分解特性与成因分析

为了深入研究三氟甲基磺酰氟(CF_(3)SO_(2)F)及其混合气体的分解特性,该文实施了针−板电极的电晕放电试验,结合气相色谱−质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC/MS)技术检测了原始CF_(3)SO_(2)F、CF_(3)SO_(2)F以及40%CF_(3)SO_(2)F/N_(2)分解组分,并采用量子化学在理论上分析了CF_(3)SO_(2)F的分解路径及主要分解组分的形成原因。实验结果表明,在该实验条件下CF_(3)SO_(2)F与混合气体的电晕放电分解组分相同,主要有CO_(2),CF_(4),C_(2)F_(6),C_(2)F_(6)O_(3),SO_(2),SOF_(2)和SO_(2)F_(2)等,未检测到含有氮元素的产物。计算结果表明,CF_(3)SO_(2)F裂解会产生F—,O,CF_(3)—和CF_(2)等自由基,CF_(4)和C_(2)F_(6)主要是由CF_(3)SO_(2)F初步裂解出的CF_(3)—自由基所生成,复合过程为一次反应,无需活化能并对外界放出能量;C_(2)F_(6)O_(3)的形成主要与O2、CF_(3)—自由基和O自由基有关;SO_(2),SOF_(2)和SO_(2)F_(2)等硫化物的生成则需要经过多次的裂解和复合。该研究可为CF_(3)SO_(2)F的分解特性以及产物形成原因提供参考。

FOX-7热分解特性及V_(2)O_(5)对其热分解的影响

采用热重-差示扫描量热法(TG-DSC)、热重-红外光谱实验(TF-IR)研究1,1-二氨基-2,2-二硝基乙烯(FOX-7)的热分解过程、热分解产物以及金属氧化物V_(2)O_(5)对FOX-7热分解过程、热分解产物的影响,并通过Gaussian 09进行量子化学计算,得出一条FOX-7热分解途径。实验研究表明,FOX-7热分解分为两个阶段,产物有NO_(2)、HNCO、CO_(2)和少量的NO,其中首先生成产物是NO_(2),含量最高是HNCO;V_(2)O_(5)催化剂能使FOX-7热分解峰温提前,添加催化剂后,FOX-7热分解第二阶段放热量增加,放热量超过第一阶段并且FOX-7热分解产物中不再有HCN和N_(2)O,说明V_(2)O_(5)能够影响FOX-7热分解。计算结果表明,FOX-7热分解首先生成NO_(2),并且1 mol FOX-7生成2 mol HNCO和1 mol NO_(2),实验结果和理论计算结果一致。

典型放电缺陷下的C_(4)F_(7)N/CO_(2)分解特性

C_(4)F_(7)N的分解特性关系到气体绝缘电气设备的绝缘性能、缓冲气体选择、固体材料的选择等,也可为电气设备的故障识别提供参考依据。为此,首先利用量子化学方法计算分析了C_(4)F_(7)N的解离路径及主要分解物的形成。随后,以C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体为研究对象,实施了电晕放电、火花放电、悬浮放电等典型缺陷,定性、定量分析了混合比例、施加电压等因素对分解产物种类和含量的影响。C_(4)F_(7)N的稳定产物包括全氟烷烃气体(PFCs)CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(8)、C_(3)F_(6)、2-C_(4)F_(6)、2-C_(4)F_(8)和i-C_(4)F_(10);腈类气体CNCN、CF_(3)CN、C_(2)F_(5)CN和CF_(2)CFCN。其中,CO、CF_(4)和C_(3)F_(6)为主要分解气体。随着C_(4)F_(7)N混合比例的增大,CO的含量降低,全氟烷烃和腈类气体的含量增大。由于悬浮放电缺陷涉及固体绝缘材料,CO和CF_(4)的含量较电晕放电和火花放电的高。最后,根据C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体分解产物的成因和变化趋势,本文提出以CO和全氟烷烃气体的体积比值c(CO)/c(PFCs),以及CF_(4)、C_(2)F_(6)与C_(3)F_(6)的体积比值c(CF_(4)+C_(2)F_(6))/c(C_(3)F_(6))作为典型放电缺陷的识别判据,可为C_(4)F_(7)N/CO_(2)气体绝缘设备故障识别与诊断提供参考。

C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体沿面放电分解特性研究

C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体具有在中低压气体设备中应用的潜力,设备运行中因固体绝缘表面金属异物存在引发的沿面放电,是绝缘劣化及故障发生的隐患之一,研究C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体沿面放电的分解特性对设备的运维具有重要意义。为此,文中开展不同实验电压下C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体沿面放电分解实验,利用气相色谱法对分解组分进行定量分析,获得了不同放电强度下主要分解组分种类及其分解特性,讨论了产气速率与放电强度间的关系。结果表明:C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体沿面放电主要分解产物为CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(8)、C3F7H和C_(3)F_(6);各产物分解特性相似,体积分数随放电量体现“线性—饱和”增长趋势,30 kV下对应饱和体积分数分别为21.3、7.0、11.9、7.7、13.7μL/L;主要组分产气速率关系为:v(CF_(4))>v(C_(3)F_(6))>v(C_(3)F_(8))>v(C3F7H)>v(C_(2)F_(6)),其中CF_(4)产气速率从1.2(μL·L^(-1))/12 h增至3.1(μL·L^(-1))/12 h,与放电量关联性最好,可作为沿面放电下放电强度的判定依据。研究可为C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体绝缘设备的工程应用方案提供参考。

悬浮电极缺陷不同局部放电强度下的C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体分解特性研究

C_(6)F_(12)O是一种具有潜力的SF6替代气体,为了探究C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体在悬浮电极缺陷不同局部放电强度下的分解特性,搭建了局部放电分解实验平台,在不同外施电压下对C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体进行96 h局部放电分解实验,利用气相色谱法对分解组分进行定量分析,对分解组分含量、产气速率、特征气体比值与局部放电强度的关系分别进行了研究。结果表明:4种典型产物(CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(8)、C_(3)F_(7)H)浓度、产气速率的变化规律上存在差异,可选择作为判断局部放电强度的特征组分;特征组分浓度关系为c(CF_(4))>c(C_(2)F_(6))≈c(C_(3)F_(8))>c(C_(3)F_(7)H),产气速率关系与之相类似;特征组分浓度随放电强度增加呈“线性-饱和”的增长关系;初步认为可以利用c(CF_(4))/c(C_(3)F_(7)H)作为辅助依据,c(CF_(4)+C_(2)F_(6)+C_(3)F_(8))^(2)/c(C_(3)F_(7)H)^(2)作为主要依据,结合组分浓度以及产气速率,可以进一步判断PD强度和缺陷严重程度,研究结果为找出适用于C_(6)F_(12)O/CO_(2)混合气体绝缘设备的运维监测手段提供了参考。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体绝缘性能和局部放电分解特性研究

本文先提出C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体绝缘性能和局部放电分解特性研究,主要通过C_(4)F_(7)N与CO_(2)混合后的气体的绝缘性能与放电的特性的影响规律开展了实验测试,并且混合气体还能达到环保的需求等展开了归纳,实验结果证明了该方法的有效性。该结论为工程中的气体应用情况提供了有价值的理论指导与借鉴。

纳米金属粉对RDX热分解特性的影响

用DSC研究了纳米Cu粉、纳米Ni粉、超细Al粉、超细Ni粉和普通Cu粉对RDX热分解特性的影响。实验结果表明 ,纳米Cu粉使RDX的分解活化能降低了 2 .3kJ/mol,使RDX分解放热峰的峰温降低了 2 4.9℃。纳米Cu粉对RDX热分解特性的影响程度比普通Cu粉要大很多 ;其它几种金属粉 ,无论粒度如何 ,对RDX的热分解特性的影响均不大 ;在 0 .1MPa、2 .0MPa和 6 .0MPa下 ,随压力增大 ,RDX/纳米Cu粉样品的峰形变化规律和RDX的不同。在RDX/纳米Cu粉的样品中 ,随纳米Cu粉含量降低 ,Cu对RDX热分解特性的影响程度逐渐降低 ,峰温向高温区移动。但当RDX与纳米Cu粉的质量比从 15∶1变到 2 0∶1时 ,RDX的峰温却向低温方向移动。探讨了纳米Cu粉对RDX热分解的作用机理。

工频交流电压下C6F12O与N2混合气体的击穿特性和分解特性

探索了新型环保绝缘气体C6F12O与N2混合气体在交流电压下的击穿特性和分解特性。讨论了C6F120与N2在设备中使用的混合比，并在工频交流平台下进行击穿实验，探究C6F12O与N2混合气体在准均匀场下的击穿性能并与SF6混合气体进行比较。对3％C6F120与N2混合气体进行100次击穿实验后采用GC．MS定性检测混合气体击穿后的分解产物，最后采用密度泛函理论计算分解产物的生成过程，分析温度对生成能量的影响并计算分解产物分子轨道间隙。实验结果表明：在0．10MPa下3％C6F120与N2混合气体的击穿电压约为纯N2的1．7倍，与10％SF6与N2混合气体的击穿电压相当。击穿后检测到的分解产物主要为cF4、C2F6、c3F6、C3F8、C4F10和C5F12。计算表明：生成主要分解产物的反应能量随着温度升高呈现不同的变化趋势，且分解产物的分子轨道间隙值由大到小的排序依次为CF4，C2F6，C3F8，C4F10，C5F12，C3F6。CF4分子的轨道间隙值最大，约为12．590eV。

氧化处理对Ti_2分解特性及组织结构的影响

针对制备泡沫铝异型件的熔体路径发泡先驱体二次发泡工艺，对TiH2的氧化处理、变温分解特性、等温分解特性、组织结构进行了研究。研究表明：氧化处理可有效提高发泡剂。的开始分解温度，随氧化处理温度的提高，开始分解温度提高；氧化处理后发泡剂的等温分解曲线由低分解平台、快速分解阶段和稳定分解阶段3部分组成，低分解平台随氧化处理温度的提高而延长；400℃／6h＋500℃／1h＋620℃／30s的处理，可使TiH2的分解量较400℃／6h＋500℃／1h处理时有所提高；TiH2氧化处理后在其表面生成了厚约1.1-1.5μm的TixOy致密氧化层，TiH2在300-550℃氧化，其物相依次变化为：TiH1.97-TiH1.97＋TiO2-TiH1.97＋TiO2＋T2O-TiH1.97＋TiO2＋T2O＋TiH。

环保型绝缘介质C5F10O放电分解特性

近期,CnF2nO类物质得到了替代气体研究领域的关注,尤其是C5F10O和C6F12O,两者均具有极低的温室效应潜能指数（global warming potential,GWP）且绝缘特性优异。由于其出色的绝缘表现,国内外科研机构和公司开始关注该物质及其混合气体,目前针对其放电分解特性的研究较少。该文基于密度泛函理论从微观层面对C5F10O的稳定性及可能的分解路径展开分析,首先计算得到C5F10O的电离能等参数,并基于前线分子轨道理论确定分子结构中可能发生反应的位置。其次,分析C5F10O可能的分解途径、分解产物的形成机制并计算得到相应的能量变化。最后,利用气体绝缘试验平台对C5F10O/N2混合气体进行击穿测试,基于气相色谱质谱联用仪对击穿前后气室内气体组分进行分析,探讨分解产物的绝缘性能及放电过程中各类粒子的动态平衡过程。研究结果表明,C5F10O放电分解形成CF3CO·、C3F7·或C3F7CO·、CF3·自由基的过程最容易发生,各类自由基进一步反应将生成CF4、C2F6、C3F8、C3F6、C4F10、C5F12、C6F14,上述产物均具有较强的绝缘性能,且C5F10O分子与自由基间存在动态平衡过程,两者共同保障了体系的绝缘性能。试验发现随着击穿次数的增加,C5F10O各分解产物含量增加,其中CF4、C2F6、C4F10的增长率高于C3F8、C6F14,自由基更易于复合形成小分子产物。相关结论对进一步探究C5F10O混合气体的绝缘特性及协同效应等课题提供一定理论依据,同时为CnF2nO类新型环保型介质研究提供一些借鉴。

环保绝缘介质C4F7N/CO2/O2混合气体的放电分解特性

近年来,环保绝缘介质C4F7N/CO2混合气体凭借优良的绝缘性能得到了广泛关注。为避免C4F7N/CO2混合气体在高能放电后出现碳析出,需要加入O2作为第二种缓冲气体。然而目前鲜有针对C4F7N/CO2/O2混合气体放电分解特性的相关报道。该文通过一系列工频击穿放电实验,利用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)对含不同体积分数O2的C4F7N/CO2/O2混合气体的放电分解特性进行了分析。研究发现,C4F7N/CO2/O2混合气体多次击穿后分解的主要产物有CF4、C2F6、C3F8、CF3CN、C2F5CN、C3F6、CO、COF2、C2N2等,其中CF4、CO、C2F6的生成量相对较高。当O2的体积分数从0%增加到2%时,上述分解产物的生成量均出现了一定程度的下降;随着O2的体积分数进一步升高,主要分解产物中CF4、CO的生成量会持续下降,相反COF2的生成量会增加,而其他分解产物的含量变化趋势不是很明显。

不同植被覆盖下植物残体分解特性

以黄土丘陵沟壑区子午岭次生林区为研究区域,研究了不同植被覆盖下植物残体的分解特性。结果表明：不同植被类型覆盖下,植物残体腐解速率为苜蓿〉玉米〉大油芒〉辽东栎〉沙棘,添加氮素比不加氮素的植物残体腐解速度快。根据腐解残留量的变化可将腐解过程分为4个阶段：快速分解阶段（0-1个月）、分解停滞阶段（2-7个月）、缓慢分解阶段（8-12个月）和趋于稳定阶段（13-15个月）。根据Olson指数衰减模型对植物残体腐解速率和腐解时间进行拟合,发现玉米、苜蓿、大油芒、辽东栎、沙棘分解95%所需的时间（T0.95）分别为43.73、23.35、52.56、108.1和161.1个月,且检验结果均达到显著相关水平。

褐铁矿的热分解特性及其对烧结过程的影响

利用热重分析的方法对褐铁矿FMG粉（简称FMGF）在受热升温过程的热分解特性进行了详细的研究.结果表明：FMGF中的结晶水在200~400℃温度区间内即完成了分解挥发,这样可以改善烧结料层透气性,使料层上部热量有效传递到下部;分解其中的结晶水,就能减少褐铁矿中的结晶水分解对烧结固体燃料消耗和烧结热平衡影响.烧结杯试验和工业应用结果验证了热分解特性研究的结论：在高比例褐铁矿条件下,通过提高难熔矿配比,可改善烧结料层透气性,改善料层传热条件,最终降低烧结固体燃耗,提高烧结成品率.