测量爆炸材料的热导率

图1. 配备了 MTPS、TPS 和 TLS 传感器的 Trident 热导率仪

测试含能材料的热导率对于通过自加速分解温度（SADT）了解点火时间是必要的。然而，炸药对传统稳态技术构成挑战，因为所需的大量材料会带来不良的安全风险，或者所需的样品几何形状不切实际。这通常导致在预测模型中估算热导率，而非进行真实测量。C-Therm 公司的 Trident 热导率仪可配置多种传感器，包括改进型瞬态平面源（MTPS）传感器。该传感器旨在能够安全、快速地测试炸药。MTPS 采用小而快速的热脉冲，仅需 1.5 毫升的体积，与其他方法相比，可确保安全的测试环境。

图2. 配备粉末池的 MTPS 传感器，非常适合测试含能粉末、乳液或液体的热导率

图3. 卡门涅茨基理论是炸药行业常用的一种模型，用于预测爆炸材料内部的热量产生。热导率是该理论中的一个关键物理特性

图4. 了解爆炸材料的热导率有助于预测引发点火的条件，从而有助于防止过早爆炸

图5. 推进剂是航空航天工业的必需品，随着航程增加和载荷加重，对推进剂性能的要求也越来越高。了解这些材料的热导率，有助于深入认识其性能

为什么热导率对含能材料很重要？

了解含能材料的热导率对于安全性和性能评估都至关重要。知晓含能材料的热导率和热扩散率，能够预测其在意外受热（比如火灾）情况下的反应。含能材料吸热越快，反应速率就越快；而这种升温速度可以通过材料的热性能来确定。同样，正在进行放热反应的材料，其热导率取决于材料的局部温度；这对热点火的临界条件有显著影响。热点火理论 — 无论是否考虑反应物的消耗和扩散 — 通常使用弗兰克 - 卡门茨基理论进行分析，热导率是该理论的一个关键参数。同样，热导率也是确定自加速分解温度（SADT）的必要参数，而自加速分解温度对于炸药的性能和安全性都至关重要。

案例亮点一

加拿大爆炸物研究实验室：硝酸铵乳液的热导率

以下是加拿大爆炸物研究实验室所做的工作中的一个案例亮点。在这里阅读。

硝酸铵乳液 （ANE） 在矿山、采石场和建筑业中的使用已经很成熟，事实上，在正常制造的标准温度和压力下，ANE 是非常不敏感和稳定的产品，特别是与以前使用的硝酸甘油基产品相比。研究ANE炸药的热分解行为是由于全球范围内不断发生涉及ANE生产、加工和处理的悲惨事件。

为了测试 ANE，使用了小体积测试套件，以尽量减少所需的材料。样本测试使用约2.5mL，约相等于约4克ANE。将传感器放置在烤箱内，并使用加重盖来确保在测试过程中完全覆盖传感器。

图6. 将传感器放置在烤箱内

下表列出了铝和微球含量增加的各批乳液的测得热导率值。

表1. 铝和微球含量增加的各批乳液的测得热导率值

案例亮点二

防止军用炸药的意外点火

以下是圣路易法德研究所所做的工作亮点。在这里阅读。

为了提高军事安全，对减少意外引爆爆炸的方法进行了研究。点火是由于热量的运动，特别是材料内热量的积聚而发生的。热量通常会积聚在材料的异质区域，其中包含通常称为“热点”的空隙、缺陷或气穴。

该研究的重点是开发纳米β-HMX，一种高密度和高爆炸速度的炸药。在纳米尺度上，该结构内的大部分空隙空间被空气占据;空气的导热系数较低，因此会在空隙的周围区域积聚热量。为了解决这个问题，使用了科莱恩 Licowax BJ 的填料，因为它既具有惰性又具有导热性。测量炸药的热散发率，以确定 HMX 与环境（在本例中为空隙空间）交换热量的速度。结果如下所示。

表2. HMX和Licowax BJ各种组合的导热系数

含有 Licowax 的 HMX 表现出比不含有 Licowax 高得多的热散发率。这表明，随着蜡的添加，热量将更容易扩散到空隙区域，从而减少热点，从而减少意外点燃。

案例亮点三

粉尘爆炸：采用惰性固体材料防控风险

以下是法国国家工业环境与风险研究所发表的一篇论文中的案例摘要。在这里阅读。

可燃粉尘和粉末浓度高的区域是众所周知的爆炸危险。采矿业或谷物加工业可能会产生爆炸性环境，其中大量细颗粒物因其可燃性和高表面积而面临爆炸风险。减少这种情况的一种策略是将惰性固体材料与可燃粉末混合，以减少着火的机会，以及发生点火的严重程度。

在这项研究中，对各种可燃有机粉末使用各种体积百分比测试了多种惰性物质。以最低导热系数测试的惰性是一种称为硅藻土的岩粉，其导热系数仅为 0.049 W/mK。各种有机粉尘的结果如下所示：

图7. 固体惰性的加入对最小点火能量几乎没有影响，直到超过阈值，之后能量急剧增加。这项工作的进一步研究是比较其他具有不同导热系数的惰性物质，以了解这如何影响阈值点

可以看出，固体惰性的加入对最小点火能量几乎没有影响，直到超过阈值，之后能量急剧增加。这项工作的进一步研究是比较其他具有不同导热系数的惰性物质，以了解这如何影响阈值点。