可膨胀石墨膨胀模型及其反应动力学研究

摘要

本文根据可膨胀石墨的市场现状及其发展趋势，选用市售硫酸、硝酸可膨胀石墨及实验室制备的无硫可膨胀石墨为研究对象;以可膨胀石墨高温下的热分解反应动力学以及膨胀机理、模型为研究核心内容;并对可膨胀石墨在抗红外/毫米波发烟剂中的应用展开研究。
　　文中首先以可膨胀石墨的膨胀体积为标准，确定无硫可膨胀石墨制备过程中的各组分最佳用量以及反应最佳工艺参数。选用SEM、FTIR、XRD、TG/DSC现代仪器分析三种可膨胀石墨膨胀前后表观形貌、内部结构以及组成的变化;并根据可膨胀石墨的TG-DTG曲线，采用经典的多升温速率法FWO法及KAS法计算得到其热分解反应活化能。
　　随后在对可膨胀石墨膨胀前后的分析表征及反应动力学研究的基础上，基于Griffith微孔破裂理论，并结合可膨胀石墨高温膨胀过程中的能量守恒、质量守恒方程，建立了关于可膨胀石墨在C轴方向高度变化与反应时间的简单数学方程，并利用实验验证了模型的适用性。
　　最后研究可膨胀石墨在抗红外/毫米波发烟剂中的应用，用燃烧实验确定发烟剂的初始配方，并利用正交实验法对配方进行优化，得到最佳配方;将最佳配方进行外场测试，实验结果显示:该配方对3mm、8mm波均有衰减，其中对3mm波的衰减效果比较好且配方对中、远波段的红外也有比较好的干扰效果。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 本文的主要研究内容

2 可膨胀石墨的理论基础

2．1 石墨概述

2．2 可膨胀石墨概述

2．2．1 可膨胀石墨的结构

2．2．2 可膨胀石墨的制备方法

2．2．3 可膨胀石墨的应用研究

2．2．4 膨胀石墨毫米波／红外衰减机理

3 可膨胀石墨的制备及表征

3．1 实验原材料和设备

3．2 实验步骤

3．3 实验最佳工世参数的选择

3．3．1 反应最佳用量的选择

3．3．2 反应最佳工艺的选择

3．3．3 干燥最佳工艺的选择

3．3．4 可膨胀石墨膨胀体积的测量

3．4 可膨胀石墨及膨胀石墨的结构表征

3．4．1 X射线衍射分析

3．4．2 SEM扫描电镜分析

3．4．3 FTIR红外光谱分析

3．4．4 TG／DSC热分析

3．5 本章小结

4 可膨胀石墨的热分解反应动力学研究

4．1 热分析动力学理论

4．1．1 FWO法

4．1．2 KAS法

4．2 热分析测试

4．2．1 测试仪器

4．2．2 样品测试

4．2．3 测试结果

4．3 实验数据分析

4．3．1 计算方法

4．3．2 结果分析

4．4 本章小结

5 可膨胀石墨高温膨胀机理及膨胀模型

5．1 Griffith crack微孔破裂理论

5．2 可膨胀石墨的膨胀模型

5．2．1 能量守恒方程

5．2．2 质量守恒方程

5．2．3 方程求解

5．3 本章小结

6 可膨胀石墨在抗红外／毫米波发烟剂的应用

6．1 烟幕组分的选择

6．1．1 红外活性物质

6．1．2 能量供给剂

6．1．3 燃速调节剂

6．1．4 可膨胀石墨的选择

6．2 烟幕配方的初步确定

6．2．1 燃烧实验

6．3 烟幕配方的优化

6．3．1 因子、水平及正交表的选择

6．3．2 实验方案及结果

6．3．3 数据分析与讨论

6．4 抗红外／毫米波复合发烟剂外场测试

6．4．1 实验准备

6．4．2 实验结果分析

6．5 本章小结

7 结束语

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况