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

本部分規定了測定火工品藥劑燃燒熱和爆熱的試劑、材料、儀器、設備、環境要求、試驗步驟及結果處理。

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(不包含勘誤的內容)或修訂版均不適用于本部分，然而，鼓勵根據本部分達成協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化學試劑  滴定分析(容量分析)用標準溶液的制備

GB/T 603化學試劑  試驗方法中所用制劑及制品的制備

3  原理

將一定質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被引燃或引爆，以水為測溫介質，在絕熱條件下，測定水的溫升值，根據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、設備

試驗用儀器、設備應符合以下要求:

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交流電源經調壓變壓器供給，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)玻璃轉子流量計:量程為16L/～160L/h，分度值為4L/h；

j)電爐：800W～1000W；

k)環形鐵架:放置量熱彈蓋；

l)手動壓片機。

6  環境要求

量熱試驗室應分為兩個工作室，一個工作室放置絕熱量熱計，室內溫度一般為15℃～30℃，工作時室溫波動應控制在±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，將其中部繞成內約為1mm的彈簧狀，作為點火絲，并稱量其質量，精確至0.0002g。

7.1.1.4  將彈頭放在環形鐵架上，把坩堝放入彈頭的電極桿下端的環內。

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，并用試樣片壓住。

7.1.1.6  往彈杯內注入5mL蒸餾水，將彈頭放在彈杯內，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，抽真空至彈內壓力不大于600Pa，關閉針形閥，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，緩慢地向彈內充入氧氣至彈內壓力為2.5MPa時，關閉針形閥，卸下充氣接頭，擰緊彈頂帽，檢查電極導通狀況。

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

7.1.1.9  將內筒放入絕熱量熱計筒內的支架上(見圖1)，再將量熱彈放入裝有水的內筒中，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，水泵開關和加熱開關。

7.1.1.11  調節橋路平衡旋鈕，10min～20min后，每隔5min讀一次溫度(每次讀數前應打開振動器),讀數至小數點后三位，待內筒溫度連續兩次的讀數變化不大于0.002℃時，即為系統達到初始平衡，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，每隔5min讀一次溫度，直至內筒溫度連續兩次的讀數變化不大于0.002℃，即為系統達到終點平衡，記錄此時溫度(tn)。

7.1.1.13  斷開加熱開關和水泵開關，提起絕熱量熱計頂蓋，順時針旋轉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，使彈內氣體緩慢排出；擰開彈帽，取出彈頭，檢查彈內是否積碳，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，經清洗、干燥后，稱量其質量，準確至0.0002g。7.1.1.15  用蒸餾水洗滌量熱彈的內壁及坩堝等部件，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值，單位為焦耳每攝氏度(J/℃)；

Q₁——苯甲酸燃燒放出的熱量的數值，單位為焦耳(J)；

Q₂——生成硝酸放出的熱量的數值，單位為焦耳(J)；

Q₃——點火絲通電后產生的熱量(焦耳熱)的數值，單位為焦耳(J)；

Q₄——點火絲燃燒放出的熱量的數值，單位為焦耳(J)；

Q₅——棉線燃燒放出的熱量的數值，單位為焦耳(J)；

△t——校正后的溫升值的數值，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值，單位為焦耳每克(J/g)；

m₁——苯甲酸的質量的數值，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值，單位為毫升(mL)；

C——氫氧化鈉標準溶液的濃度的數值，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]相當的硝酸的質量的數值，單位為克(g)；

950——生成1g硝酸放出的熱量的數值，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——點火電壓的數值，單位為伏(V)；

I——點火電流的數值，單位為安(A)；

t——點火時間的數值，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值，單位為焦耳每克(J/g)；

m₄——已被燃燒的點火絲質量的數值，單位為克(g)。

按公式(6)計算棉線燃燒放出的熱量:

式中：

q₅——棉線的燃燒熱的數值，單位為焦耳每克(J/g)；

m₅——棉線的質量的數值，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)之和的數值，單位為攝氏度(℃)；

t₀——系統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，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，抽真空至彈內壓力不大于600Pa，關閉針形閥，關閉真空泵，卸下連接管，檢查電極導通情況。

7.1.2.5  重復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——標準火藥質量，單位為克(g)。

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

7.1.3  測定熱容量的要求

7.1.3.1  應重復測定熱容量五至七次，平行測定結果誤差不大于42J/℃的五次試驗結果的算術平均值作為絕熱量熱計的熱容量，所得結果表示至整數位。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，則原測定的熱容量仍可使用；當更換絕熱量熱計主件時(不包括更換同規格的小的部件，如密封圈、螺母等)，應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；對易飛濺的藥劑應將其壓成直徑為10mm的藥柱，壓藥壓力為100MPa～120MPa。

7.2.3  重復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，蓋上彈帽，并擰緊。

7.3.3  重復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壓力為2.5MPa。

7.3.4  重復7.1.1.8～7.1.1.13和7.1.1.16的操作。

8  結果處理

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值，單位為焦耳每克(J/g)；

m——被測藥劑的質量的數值，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，取其算術平均值并修約為整數報出；當兩次結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果的平均值作為試驗結果報出；若第三次試驗結果分別與前兩次試驗結果之差都在平行誤差范圍內，則取三次試驗結果的算術平均值作為試驗結果報出；若第三次試驗結果分別與前兩次試驗結果之差都超出平行誤差時，試驗結果全部報出。