硝酸胍/碱式硝酸铜气体发生剂的设计与研究

摘要

本文研究了硝酸胍/碱式硝酸铜(GN/BCN)型气体发生剂配方，并通过全自动量热仪、TG-DSC-MS-FTIR联合分析仪、密闭爆发器测试系统等一系列的测试仪器研究了该气体发生剂配方的热分解机理和燃烧特性，并优化了该气体发生剂配方中各组分的含量。
　　 本文首先通过理论评估从77种气体发生剂配方中优选出硝酸胍/碱式硝酸铜气体发生剂，它的理论燃烧温度为1901K，理论产气量为3.01mol·(100g)1。其次研究了气体发生剂中可燃剂（硝酸胍）的热分解反应过程:1）硝酸胍在213℃左右熔融;2）硝酸胍在280℃-350℃之间失重72％，对应的活化能大约为180kJ·mol-1，分解反应方程式为[C(NH2)3]+NO3-=HNO3+NH3+H2N-C≡N;3）上步反应分解产物H2N-C(≡)N经过多步聚合反应生成物质Melon，且放出一个NH3;4）Melon的高温分解。
　　 然后研究了5种不同配比的硝酸胍/碱式硝酸铜气体发生剂的热分解反应特性，混合物的热分解过程包括:1）BCN中结晶水的解离和蒸发;2）GN和BCN之间的固固相反应;3）GN和BCN之间的液固相反应。混合物热分解的气体产物主要为H2O，N2，N2O，CO2，其中H2O和N2占绝大多数。当GN/BCN=35.57/64.43时，GN/BCN混合物的主反应发生的温度最低(180℃)，通过密闭爆发器实验得到其燃烧速度最快，且着火性最好。
　　 最后通过在配方中添加高氯酸铵和硝酸钾来改善气体发生剂的燃烧特性。GN/BCN/AP/KNO3气体发生剂的反应热随着混合物中高氯酸铵和硝酸钾的增加而增加。高氯酸铵和硝酸钾可以提高GN/BCN型气体发生剂的着火性和燃烧速度。Pmax基本不随混合物中高氯酸铵和硝酸钾的增加而改变。当GN/BCN/AP/KNO3=55.20/24.13/10.63/10.04时，燃烧速度最大为0.867mm·s-1。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 气体发生剂研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 叠氮类气体发生剂

1．2．1 非叠氮类气体发生剂

1．3 本课题研究的目标

1．4 本课题拟解决的关键问题

2 气体发生剂配方的设计和理论评估

2．1 气体发生剂组分的选择

2．1．1 可燃剂

2．2．2 氧化剂

2．3．3 添加剂

2．2 理论评估

2．2．1 定容爆热(Qv)

2．2．2 燃烧温度(T)

2．2．3 气体发生剂的产气量(V)

2．3 理论评估结果

3 硝酸胍的热分析动力学研究

3．1 实验部分

3．2 结果分析

3．3 本章小结

4 硝酸胍/碱式硝酸铜气体发生剂性能测试与研究

4．1 配方设计

4．2 硝酸胍/碱式硝酸铜混合物的反应热

4．2．1 实验仪器

4．2．2 实验条件

4．2．3 结果及分析

4．3 热分析

4．3．1 实验仪器

4．3．2 试验条件

4．3．3 结果与分析

4．4 产气分析

4．4．1 实验仪器

4．4．2 实验条件

4．4．3 结果与分析

4．5 密闭爆发器实验

4．5．1 实验仪器

4．5．2 实验条件

4．5．3 结果与分析

4．6 本章小结

5 硝酸胍/碱式硝酸铜气体发生剂配方优化设计

5．1 添加剂

5．2 配方组成

5．3 实验部分

5．3．1 实验仪器

5．3．2 实验条件

5．4 结果与讨论

5．4．1 全自动量热实验

5．4．2 密闭爆发器实验

5．4．3 燃烧过程观察

5．5 本章小结

6 全文结论

致谢

参考文献