Acta Armamentarii ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (10): 3596-3607.doi: 10.12382/bgxb.2023.0786
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WANG Hong, WANG Tianxiang, YIN Yanhua*()
Received:
2023-08-23
Online:
2024-02-05
Contact:
YIN Yanhua
CLC Number:
WANG Hong, WANG Tianxiang, YIN Yanhua. Comparison of the Applications of DSC and Rheology Methods in Determining the Curing Kinetics Parameters of HTPB-Based PBX Simulants[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(10): 3596-3607.
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材料 | 无水硫酸钠 | 金属+黏结剂(3∶1) | TDI |
质量比例/% | 23 | 76 | 1 |
Table 1 Curing reaction formulations (mass fraction)
材料 | 无水硫酸钠 | 金属+黏结剂(3∶1) | TDI |
质量比例/% | 23 | 76 | 1 |
药品 | 规格与 性质 | 生产厂家 |
---|---|---|
HTPB | Ⅲ型 | 天元军融化工有限公司 |
铝粉 | 工业级 | 鞍钢实业微细铝粉有限公司 |
无水硫酸钠(Na2SO4) | 工业级 | 四川同庆南风责任有限公司 |
TDI | 化学纯 | 太仓沪试试剂有限公司 |
Table 2 Reagent specification
药品 | 规格与 性质 | 生产厂家 |
---|---|---|
HTPB | Ⅲ型 | 天元军融化工有限公司 |
铝粉 | 工业级 | 鞍钢实业微细铝粉有限公司 |
无水硫酸钠(Na2SO4) | 工业级 | 四川同庆南风责任有限公司 |
TDI | 化学纯 | 太仓沪试试剂有限公司 |
设备名称 | 生产厂家 |
---|---|
电子天平 | 上海卓精电子科技有限公司 |
HAAKE RS300旋转流变仪 | 赛默飞世尔科技公司 |
DSC-60差示扫描量热仪 | 岛津企业管理(中国)有限公司 |
Table 3 Major test equipment
设备名称 | 生产厂家 |
---|---|
电子天平 | 上海卓精电子科技有限公司 |
HAAKE RS300旋转流变仪 | 赛默飞世尔科技公司 |
DSC-60差示扫描量热仪 | 岛津企业管理(中国)有限公司 |
测试方法 | 药品 质量/mg | 升温速率/ (℃·min-1) | 温度 范围/℃ | 平板 直径/mm | 板间隙/ mm | 测试 频率/rad | 测试条件 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
DSC法 | 6 | 3,5,7,9 | 30~300 | 铝制坩埚,氮气氛围 | |||
流变学等温法 | 60,70,80,90 | 25 | 1.5 | 20 | |||
流变学非等温法 | 3,5,7,9 | 30~300 | 25 | 1.5 |
Table 4 Test parameter setting
测试方法 | 药品 质量/mg | 升温速率/ (℃·min-1) | 温度 范围/℃ | 平板 直径/mm | 板间隙/ mm | 测试 频率/rad | 测试条件 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
DSC法 | 6 | 3,5,7,9 | 30~300 | 铝制坩埚,氮气氛围 | |||
流变学等温法 | 60,70,80,90 | 25 | 1.5 | 20 | |||
流变学非等温法 | 3,5,7,9 | 30~300 | 25 | 1.5 |
β/ (K·min-1) | Ti/ K | Tp/ K | Tf/ K | ΔHt/ mJ | ΔHt 平均值/mJ |
---|---|---|---|---|---|
3 | 430.9 | 447.6 | 463.1 | 69.13 | |
5 | 434.7 | 456.8 | 469.2 | 64.07 | 70.11 |
7 | 441.7 | 462.2 | 478.6 | 77.29 | |
9 | 445.0 | 465.6 | 495.7 | 69.93 |
Table 5 Characteristic parameters of DSC non-isothermal dynamics
β/ (K·min-1) | Ti/ K | Tp/ K | Tf/ K | ΔHt/ mJ | ΔHt 平均值/mJ |
---|---|---|---|---|---|
3 | 430.9 | 447.6 | 463.1 | 69.13 | |
5 | 434.7 | 456.8 | 469.2 | 64.07 | 70.11 |
7 | 441.7 | 462.2 | 478.6 | 77.29 | |
9 | 445.0 | 465.6 | 495.7 | 69.93 |
特征参数 | 线性方程 | 拟合度 |
---|---|---|
Tf | Tf=5.36β+444.49 | 0.9485 |
Tp | Tp=2.97β+440.23 | 0.9537 |
Ti | Ti=2.47β+423.29 | 0.9803 |
Table 6 Linear fit for curing
特征参数 | 线性方程 | 拟合度 |
---|---|---|
Tf | Tf=5.36β+444.49 | 0.9485 |
Tp | Tp=2.97β+440.23 | 0.9537 |
Ti | Ti=2.47β+423.29 | 0.9803 |
求解方法 | ΔE/(kJ·mol-1) | n | 拟合度 |
---|---|---|---|
Kissinger法 | 96.86 | 0.9268 | 0.9948 |
Ozawa法 | 99.31 | 0.9503 | 0.9954 |
Table 7 Comparison statistics of different methods for solving kinetic parameters
求解方法 | ΔE/(kJ·mol-1) | n | 拟合度 |
---|---|---|---|
Kissinger法 | 96.86 | 0.9268 | 0.9948 |
Ozawa法 | 99.31 | 0.9503 | 0.9954 |
升温速率/ (K·min-1) | 斜率k | 截距b | 拟合度 |
---|---|---|---|
3 | 0.06421 | 20.39 | 0.9929 |
5 | 0.1926 | 19.93 | 0.9937 |
7 | 0.08475 | 19.47 | 0.9576 |
9 | 0.03312 | 20.87 | 0.9961 |
Table 8 Statistical table of linear relationships for autocatalytic models
升温速率/ (K·min-1) | 斜率k | 截距b | 拟合度 |
---|---|---|---|
3 | 0.06421 | 20.39 | 0.9929 |
5 | 0.1926 | 19.93 | 0.9937 |
7 | 0.08475 | 19.47 | 0.9576 |
9 | 0.03312 | 20.87 | 0.9961 |
温度/℃ | G'0 | G'∞ |
---|---|---|
60 | 2558.790 | 3127870.000 |
90 | 6282.860 | 3127870.000 |
Table 9 Values of energy storage modulus at different moments Pa
温度/℃ | G'0 | G'∞ |
---|---|---|
60 | 2558.790 | 3127870.000 |
90 | 6282.860 | 3127870.000 |
α | E/(kJ·mol-1) | α | E/(kJ·mol-1) |
---|---|---|---|
0.01 | 86.31 | 0.4 | 87.39 |
0.02 | 102.12 | 0.5 | 86.14 |
0.05 | 116.37 | 0.6 | 84.97 |
0.1 | 119.69 | 0.7 | 87.88 |
0.2 | 93.06 | 0.8 | 90.46 |
0.3 | 89.00 | 0.9 | 92.10 |
Table 10 Apparent activation energy of isothermal process at different curing degrees
α | E/(kJ·mol-1) | α | E/(kJ·mol-1) |
---|---|---|---|
0.01 | 86.31 | 0.4 | 87.39 |
0.02 | 102.12 | 0.5 | 86.14 |
0.05 | 116.37 | 0.6 | 84.97 |
0.1 | 119.69 | 0.7 | 87.88 |
0.2 | 93.06 | 0.8 | 90.46 |
0.3 | 89.00 | 0.9 | 92.10 |
动力学 参数 | 温度/℃ | ||||
---|---|---|---|---|---|
60 | 70 | 80 | 90 | 平均值 | |
m | 0.312 | 0.261 | 0.281 | 0.273 | 0.282 |
n | 2.39 | 2.37 | 2.22 | 2.45 | 2.36 |
ln A | 20.7 | 20.7 | 20.6 | 20.6 | 20.7 |
Table 11 Kinetic parameters for isothermal conditions
动力学 参数 | 温度/℃ | ||||
---|---|---|---|---|---|
60 | 70 | 80 | 90 | 平均值 | |
m | 0.312 | 0.261 | 0.281 | 0.273 | 0.282 |
n | 2.39 | 2.37 | 2.22 | 2.45 | 2.36 |
ln A | 20.7 | 20.7 | 20.6 | 20.6 | 20.7 |
k | A | 直线方程 | 拟合度 |
---|---|---|---|
-0.0584 | 12.183 | y=-0.0584T+12.183 | 0.9006 |
Table 12 Statistics of the parameters of linear equation
k | A | 直线方程 | 拟合度 |
---|---|---|---|
-0.0584 | 12.183 | y=-0.0584T+12.183 | 0.9006 |
方法 | lnA | m | n |
---|---|---|---|
DSC法 | 20.1599 | 0.3761 | 0.09937 |
流变学法 | 17.2026 | 0.2542 | 0.05291 |
Table 13 Comparison statistics of kinetic parameters of different testing methods
方法 | lnA | m | n |
---|---|---|---|
DSC法 | 20.1599 | 0.3761 | 0.09937 |
流变学法 | 17.2026 | 0.2542 | 0.05291 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.09.009 |
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