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行火工品藥劑相容性試驗的儀器、設備和試劑、試樣制備、試驗準試驗步驟、結果處理及注意事項。

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，釋放出的氣體產生的壓力由真空安定性測試儀測量，并換算成標準狀態(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、設備和試劑

試驗所用儀器、設備和試劑應滿足以下要求:

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)反應管:如圖2所示，反應管真空活塞與其磨口應配合嚴密，加熱48h不應漏氣。

g)干燥器:直徑為240mm。

h)高真空密封酯:應能在-40℃～220℃范圍內，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，放入反應管中(也可在反應管中混勻)。

5  反應管容積的標定

5.2.1  反應管檢漏

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，并與反應管配合嚴密，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，關閉真空泵及閥3，觀察直流數字電壓表顯示值，若能保持3min基本不變，為檢漏合格。

5.2.2  反應管容積標定

用滴定管將蒸餾水滴入反應管至其磨口下邊緣，所耗水的體積即為反應管的容積。

5.2.3  反應管與量氣系統(tǒng)總容積的標定

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

式中:

V——反應管與量氣系統(tǒng)的總容積的數值，單位為毫升(mL)；

P₁——大氣壓值的數值，單位為千帕(kPa)；

V₁——標定過的反應管體積的數值，單位為毫升(mL)；

P——V₁體積的空氣進入量氣系統(tǒng)前后的壓力差的數值(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，應先預測其爆發(fā)點。

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，置于反應管內，裝藥時不應灑落。

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

6.4  將反應管接至真空安定性測試儀量氣系統(tǒng)的進氣口上(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；關閉反應管真空活塞，停止抽氣，取下反應管。

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

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

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

6.9  將反應管的真空活塞(不包括反應管)關閉后接到量氣系統(tǒng)進氣口上，啟動真空泵抽氣至真空度不大于0.67kPa，停止抽氣，當精密真空表壓力值和直流數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的直流數字電壓電壓值；如此重復六次。

6.11  根據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關系曲線。

6.12  根據被測藥劑試樣、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對應的壓力。

式中：

P₄一一充氣后量氣系統(tǒng)的壓力值的數值，單位為千帕(kPa)；

A、B——用origin軟件繪制壓力一電壓曲線所產生的系數；

U——測試時數字電壓表顯示的電壓值的數值，單位為毫伏(mV)。

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

7  結果處理

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

計算在標準狀態(tài)下單位質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值，單位為毫升(mL)；

V——反應管和量氣系統(tǒng)總容積的數值，單位為毫升(mL)；

m——被測藥劑試樣質量的數值，單位為克(g)；

P——被測藥劑試樣堆積密度的數值，單位為克每毫升(g/mL)；

△P——被測藥劑試樣加熱后，旋開反應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，試驗結果表示至兩位小數。

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

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值，單位為毫升(mL)；

V_C——混合試樣加熱后放出的氣體量的數值，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值，單位為毫升(mL)。

7.6  當被測藥劑在600℃以內不能完quan分解時，應按公式(5)對凈增氣體量△V_D進行修正:

式中：

△V——修正后凈增氣體量的數值，單位為毫升(mL)；

△M——600℃內被測藥劑的失重質量分數，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則見表2。

表2

8  注意事項

8.1  反應管的容積應控制在13mL±0.5mL。

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