發(fā)布時間：2020-07-05 08:31

【摘要】：硝化棉又名硝化纖維素,在軍工和民用兩方面方面均有廣泛的應用,根據(jù)應用領域的不同,硝化棉被分為軍用硝化棉和民用硝化棉。在軍工界,硝化棉常被應用于無煙火藥、爆破膠、炸藥、單基與雙基槍以及火箭助推劑;在民用方面,硝化棉主要在涂料、油墨、油漆的制造過程中作粘接劑或成膜劑。在被廣泛應用的同時,其危險性也受到了廣泛的關注。硝化棉的分解溫度較低,在溫度超過40℃時即有可能發(fā)生加速分解,此外,硝化棉的點燃溫度僅略大于170℃,很容易被點燃。硝化棉的這種容易自燃且容易被外界點燃的傾向在近年來引起了多種事故。然而,目前關于硝化棉材料的研究分析,主要包括質譜分析、微觀分析、熱穩(wěn)定性分析以及燃燒熱、爆炸熱分析。其中關于熱穩(wěn)定性的分析的研究居多,包括熱重分析和差分量熱分析。目前尚無關于硝化棉燃燒特性的相關文獻,因此有必要對硝化棉的熱穩(wěn)定性及燃燒行為進行研究。熱穩(wěn)定性包括動力學參數(shù)、熱力學參數(shù)、半衰期及臨界熱爆炸溫度;燃燒行為包括點燃時間、熱釋放速率、火災增長指數(shù)、失重速率、火焰溫度進行分析,尤其是熱釋放速率。目前,國內已經(jīng)發(fā)生多起由硝化棉引起的火災事故,這些事故多是由硝化棉的使用或儲存不當造成的。本文就四起典型的硝化棉事故進行了案例分析,包括邢臺市新河縣河北三木纖維有限公司“1.24”火災事故案例分析、河北衡水新東方化工有限公司“7.26”火災事故、廣東省惠州市龍溪鎮(zhèn)美百靈涂料廠“10.3”火災事故以及近年來最為嚴重的天津港瑞海國際物流有限公司“8.12”特別重大火災爆炸事故。硝化棉事故層出不窮,這與硝化棉極易燃燒的特性有關,因此有必要對硝化棉的燃燒特性參數(shù)進行測量以及分析�；诖�,本文通過差分量熱儀對絮狀硝化棉和片狀硝化棉的熱穩(wěn)定性進行了分析�；罨蹺和指前因子A通過ASTM E689-16和ASTM E2839-12進行了計算和對比。定量測量了相關的熱力學參數(shù)、半衰期以及臨界熱爆炸溫度。最終,對兩種形態(tài)硝化棉的熱穩(wěn)定性進行了比較。同時,本文采用ISO5660錐形量熱儀來研究兩種不同形態(tài)的硝化棉樣本的燃燒特性。定量的測定了不同樣本形態(tài)對硝化棉燃燒行為的影響,包括不同硝化棉形態(tài)對樣本點燃時間、熱釋放速率(HRR)、火災增長指數(shù)(FGI)、整體失重百分比、失重速率(MLR)、材料上方1cm以及10cm處的溫度變化情況等參數(shù)的影響。此研究一定程度上對判定硝化棉的火災危險性提供了依據(jù)同時也豐富了火災科學。另外,硝化棉并非單純的碳氫化合物,硝化棉中含有的氧元素有助于硝化棉的燃燒,并在一定程度上影響錐量測試熱釋放的準確性。因此,基于氧耗法對硝化棉的熱釋放速率進行分析的錐形量熱儀的準確性值得商榷。所以本文還采用了化學量熱法對錐形量熱儀所獲得的HRR數(shù)據(jù)進行驗證。實驗結果發(fā)現(xiàn),在沒有外加輻射的情況下,由氧耗法與化學量熱法得出的結果具有良好的一致性,隨著外加輻射熱流的提高,外加輻射會使硝化棉在燃燒前熱解析出C02,燃燒前析出的CO2會使由化學量熱法得到的熱釋放速率曲線提前上升,從而導致化學量熱法的測試結果出現(xiàn)偏差。綜上知,使用氧耗法即使用錐形量熱儀去測量由燃燒引起的熱釋放速率具有更高的準確性。因此,基于氧耗原理的錐形量熱儀量熱法在研究各硝化棉樣本的燃燒行為方面被認為是合適的。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X932
【圖文】：

本次所使用的硝化棉由四川北方硝化棉股份有限公司提供，四川北方硝化棉逡逑公司是國內最大的一家生產(chǎn)纖維素衍生物硝化棉的專業(yè)化公司。四種硝化棉的形逡逑態(tài)如圖１－２所示；從圖中可以看出１、３和４號樣本為絮狀硝化棉，其外部形態(tài)逡逑類似于棉花，由于濕潤劑的影響，白色絮狀纖維凝結成團，此３種硝化棉的最大逡逑不同在于濕潤劑的不同，１號和４號硝化棉所使用的濕潤劑為可燃性濕潤劑異丙逡逑醇和乙醇，３號硝化棉所使用的濕潤劑為不燃性濕潤劑水。不同于其他３組樣本，逡逑２號硝化棉的外部形態(tài)為白色片狀，受增塑劑的影響，硝化棉被增塑為白色的薄逡逑長條形形態(tài)。從檢驗報告如表１－１至表１－４所示。逡逑枿呭．．一逡逑１１逡逑WW逡逑Ｉ漏〖悘逡逑圖１－２實驗所用硝化棉形態(tài)（１）樣本１涂料硝化棉（２）樣本２硝化纖維素（３）逡逑樣本３涂料硝化棉（４）樣本４涂料硝化棉逡逑２逡逑

炸出一個直徑為９７米的爆坑。事故造成１６５人遇難、８人失聯(lián)，７９８人住院逡逑治療，１萬７千多戶房屋受損，１７００多家生產(chǎn)企業(yè)、７７９家商戶、３萬多人受到逡逑影響。圖１－３為爆炸形成的“兩坑三堆”圖示。為了預防硝化棉的自點燃現(xiàn)象，在逡逑工業(yè)中常使用ＤＰＡ和ＡＫＩＩ作為穩(wěn)定劑。實驗表明，穩(wěn)定劑會與鍵斷裂產(chǎn)生的逡逑Ｎ０２發(fā)生反應，產(chǎn)生硝基和亞硝基的派生物，因此中斷放熱反應［５，邋６］。逡逑爆炸形成的“兩坑三堆”逡逑圖１－３爆炸形成的“兩坑三堆”圖示逡逑１．１．４硝化棉熱分解機理逡逑民用硝化棉的化學穩(wěn)定性較差，溫度超過４０度時即能引起分解，其熱分解逡逑速度隨溫度的升高而加速。逡逑當硝化棉置于外部輻射下時，硝化棉會因０－Ｎ０２鍵的斷裂而釋放出Ｎ０２。逡逑８逡逑

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

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本文編號：2742368