GJB 5891.16-2006火工品藥劑試驗方法

第16部分:相容性試驗  壓力傳感器法

1  范圍

本部分規(guī)定了用壓力傳感器法進(jìn)行火工品藥劑相容性試驗的儀器、設(shè)備和試劑、試樣制備、試驗準(zhǔn)試驗步驟、結(jié)果處理及注意事項。

本部分適用于在真空條件下受熱后能產(chǎn)生氣體的火工品藥劑與接觸材料間的相容試驗，以及火工品藥劑各組分之間的相容性的評定。

2  原理

將定量被測藥劑在定容、恒溫和真空條件下加熱分解，釋放出的氣體產(chǎn)生的壓力由真空安定性測試儀測量，并換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積；通過將混合試樣與兩個單一試樣放出的氣體量進(jìn)行比較，評價被測藥劑的相容性。氣體測量原理示意圖如圖1所示。

3  儀器、設(shè)備和試劑

試驗所用儀器、設(shè)備和試劑應(yīng)滿足以下要求:

a)真空安定性測試儀:其中：

1)真空泵:極限真空度為6.7×10^-2Pa；

2)直流數(shù)字電壓表:量程為-20mV～0mV，0mV～20mV，分度值為0.01mV；

3)精密真空表:測量范圍為-0.1MPa～0MPa，精度不低于0.2mV/kPa；

4)穩(wěn)壓電源:30V/2A。

b）恒溫加熱爐:控溫范圍為50℃～150℃，控溫精度為±1.0℃。

c)溫度計:測溫范圍為50℃～150℃，分度值為0.1℃。

d)水浴(或油浴)烘箱:控溫精度為±1.0℃。

e)分析天平:最大稱量為200g，分度值為0.0001g。

f)反應(yīng)管:如圖2所示，反應(yīng)管真空活塞與其磨口應(yīng)配合嚴(yán)密，加熱48h不應(yīng)漏氣。

g)干燥器:直徑為240mm。

h)高真空密封酯:應(yīng)能在-40℃～220℃范圍內(nèi)，1.333×10^-4Pa真空度的環(huán)境下使用。 

4  試樣制備

4.1  取適量由熱失重法(TGA)判斷有氣體的火工品藥劑放入水浴(或油浴)烘箱中在60℃±2℃的溫度下烘2h，放入干燥器中備用。

4.2  接觸材料試樣

固體接觸材料制成邊長小于1mm的碎屑；液體接觸材料(如油漆、粘合劑等)先置于玻璃盤內(nèi)干燥成薄膜，再制成邊長小于3mm的碎片；然后，放入烘箱中，在60℃±2℃的溫度下烘2h，放入干燥器中備用。

4.3  混合試樣

用分析天平分別稱取按4.1和4.2制備的兩種試樣各0.5精確至0.0002g，混合均勻后，放入反應(yīng)管中；被測藥劑為兩種組分混合試樣時，各組份按4.1 制備后，分別各稱取0.5g，精確至0.0002g，混合均勻，放入反應(yīng)管中(也可在反應(yīng)管中混勻)。

5  反應(yīng)管容積的標(biāo)定

5.2.1  反應(yīng)管檢漏

將洗凈烘干后的真空活塞在磨口處均勻地涂上高真空密封酯，并與反應(yīng)管配合嚴(yán)密，然后，接至真空安定性測試儀上(如圖1)；旋開真空活塞，啟動真空泵抽氣至精密真空表指針不擺動，關(guān)閉真空泵及閥3，觀察直流數(shù)字電壓表顯示值，若能保持3min基本不變，為檢漏合格。

5.2.2  反應(yīng)管容積標(biāo)定

用滴定管將蒸餾水滴入反應(yīng)管至其磨口下邊緣，所耗水的體積即為反應(yīng)管的容積。

5.2.3  反應(yīng)管與量氣系統(tǒng)總?cè)莘e的標(biāo)定

將標(biāo)定過的反應(yīng)管的真空活塞關(guān)閉，接至真空安定性測試儀上(見圖1)，打開閥3，啟動真空泵，抽氣至直流數(shù)字電壓表顯示值不再漂移，關(guān)閉閥3及真空泵，記錄精密真空表值 P₀。旋開真空活塞，使反應(yīng)管氣體進(jìn)入量氣系統(tǒng)。此時，直流數(shù)字電壓表顯示值變化，記錄所對應(yīng)電壓值，求出對應(yīng)的壓力值P₂，并按下式計算反應(yīng)管與量氣系統(tǒng)總?cè)莘eV。

式中:

V——反應(yīng)管與量氣系統(tǒng)的總?cè)莘e的數(shù)值，單位為毫升(mL)；

P₁——大氣壓值的數(shù)值，單位為千帕(kPa)；

V₁——標(biāo)定過的反應(yīng)管體積的數(shù)值，單位為毫升(mL)；

P——V₁體積的空氣進(jìn)入量氣系統(tǒng)前后的壓力差的數(shù)值(P=P₀-P₂)，單位為千帕(kPa)。

5.3  爐溫選擇

將恒溫加熱爐提前升溫至試驗所需溫度值，一般情況下選擇100℃作為試驗溫度；對于性能不了解的藥劑，應(yīng)先預(yù)測其爆發(fā)點(diǎn)。

6  試驗步驟

6.1  將恒溫加熱爐升溫至100℃±1℃，恒溫備用。

6.2  稱取按4.1制備的被測藥劑試樣0.5g，精確至0.0002g，置于反應(yīng)管內(nèi)，裝藥時不應(yīng)灑落。

6.3  輕輕振動反應(yīng)管，使試樣面平整，然后，在磨口塞上均勻地涂上高真空密封酯，并與反應(yīng)管的口部位配合嚴(yán)密。

6.4  將反應(yīng)管接至真空安定性測試儀量氣系統(tǒng)的進(jìn)氣口上(如圖1)，打開真空活塞，啟動真空泵抽氣至真空度不大于0.67kPa；關(guān)閉反應(yīng)管真空活塞，停止抽氣，取下反應(yīng)管。

6.5  將反應(yīng)管插入加熱爐孔中，連續(xù)加熱40h后取出，在室溫下冷卻30min后待測。

6.6  將反應(yīng)管接到真空安定性測試儀的量氣系統(tǒng)進(jìn)氣口上，啟動真空泵抽氣至真空度不大于0.67kPa時，記錄其壓力值(P₃)及對應(yīng)的電壓值，關(guān)閉閥1及真空泵，旋開反應(yīng)管真空活塞，使反應(yīng)管內(nèi)的氣體導(dǎo)入量氣系統(tǒng)，記錄直流數(shù)字電壓表變化后的數(shù)值和室溫。

6.7  稱取按4.2制備的接觸材料試樣0.5g，精確至0.0002g，置于反應(yīng)管內(nèi)，重復(fù)6.3～6.6 的操作。

6.8  稱取按4.3制備的混合試樣1.0g，精確至0.0002g，置于反應(yīng)管內(nèi)，重復(fù)6.3～6.6的操作。

6.9  將反應(yīng)管的真空活塞(不包括反應(yīng)管)關(guān)閉后接到量氣系統(tǒng)進(jìn)氣口上，啟動真空泵抽氣至真空度不大于0.67kPa，停止抽氣，當(dāng)精密真空表壓力值和直流數(shù)字電壓表電壓值至少保持1min不變時，記錄其壓力值及相對應(yīng)的電壓值。

6.10  慢慢旋開真空活塞，逐步放入少量的空氣，穩(wěn)定后分別記錄精密真空表壓力值及與其對應(yīng)的直流數(shù)字電壓電壓值；如此重復(fù)六次。

6.11  根據(jù)六次記錄的壓力值和電壓值，利用origin 軟件程序繪制壓力與電壓值的對應(yīng)關(guān)系曲線。

6.12  根據(jù)被測藥劑試樣、接觸材料試樣及混合試樣試驗后所記錄的電壓值(U)，按公式(2)分別求出各自與U對應(yīng)的壓力。

式中：

P₄一一充氣后量氣系統(tǒng)的壓力值的數(shù)值，單位為千帕(kPa)；

A、B——用origin軟件繪制壓力一電壓曲線所產(chǎn)生的系數(shù)；

U——測試時數(shù)字電壓表顯示的電壓值的數(shù)值，單位為毫伏(mV)。

6.13  測定混合藥時，藥劑各組份之間的內(nèi)相容性試驗同6.2～6.6和6.8～6.12。

7  結(jié)果處理

7.1  按公式(3)計算在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下藥劑試樣加熱后放出的氣體量。

計算在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下單位質(zhì)量試樣加熱后釋放的氣體容積V₀。

式中：

V_A——被測藥劑試樣加熱后放出的氣體量的數(shù)值，單位為毫升(mL)；

V——反應(yīng)管和量氣系統(tǒng)總?cè)莘e的數(shù)值，單位為毫升(mL)；

m——被測藥劑試樣質(zhì)量的數(shù)值，單位為克(g)；

P——被測藥劑試樣堆積密度的數(shù)值，單位為克每毫升(g/mL)；

△P——被測藥劑試樣加熱后，旋開反應(yīng)管真空活塞前后量氣系統(tǒng)的壓力差(△P=P₃-P₄），單位為千帕(kPa)；

t——試驗時工作室溫度的數(shù)值，單位為攝氏度(℃)。

7.2  接觸材料試樣加熱后放出的氣體量(V_B)和混合試樣加熱后放出的氣體量(V_C)的計算同公式(3)。

7.3  同一試樣做三次平行試驗，分別按公式(3)計算，試驗結(jié)果表示至兩位小數(shù)。

7.4  若三個結(jié)果都符合表1的條件，則取三次試驗結(jié)果的平均值；若其中兩次結(jié)果符合以下條件，則取兩次結(jié)果的平均值。否則該次試驗作廢，應(yīng)重做。

表1

7.5  按公式(4)計算混合試樣相對于被測藥劑試樣和接觸材料試樣凈增加的氣體量:

△V_D =V_C- ( V_A+V_B)···············（4）

式中：

△V_D——凈增加的氣體量的數(shù)值，單位為毫升(mL)；

V_C——混合試樣加熱后放出的氣體量的數(shù)值，單位為毫升(mL)；

V_B——接觸材料試樣加熱后放出的氣體量的數(shù)值，單位為毫升(mL)。

7.6  當(dāng)被測藥劑在600℃以內(nèi)不能完quan分解時，應(yīng)按公式(5)對凈增氣體量△V_D進(jìn)行修正:

式中：

△V——修正后凈增氣體量的數(shù)值，單位為毫升(mL)；

△M——600℃內(nèi)被測藥劑的失重質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可由差熱失重法分析得出該值。

7.7  被測藥劑相容性評價準(zhǔn)則見表2。

表2

8  注意事項

8.1  反應(yīng)管的容積應(yīng)控制在13mL±0.5mL。

8.2  對于不能滿足在 100℃，40h下進(jìn)行相容性試驗的被測藥劑，其試驗溫度點(diǎn)應(yīng)選在比被測藥劑5s爆發(fā)點(diǎn)的溫度低80℃以上時的溫度。