【《自身性质与环境对粉体静电积累量的影响分析》5800字（论文）】

自身性质与环境对粉体静电积累量的影响分析目录TOC\o"1-3"\h\u23855自身性质与环境对粉体静电积累量的影响分析 1131.1药品改性原理及步骤 1283131.1.1细化 1116981.1.2包覆 2244791.1.3实验操作流程 335501.2高能炸药的静电积累特性 4168951.3粉体粒径对静电积累量的影响 720991.4含能混合物的静电积累特性 10287411.1.1石墨对粉体静电积累量的影响 1083711.1.2铝粉对粉体静电积累量的影响 12193051.5环境条件对粉体静电积累量的影响 14300661.5.1温度对粉体静电积累量的影响 1477521.5.2湿度对粉体静电积累量的影响 16粉体含能材料的静电起电因素除了输送介质对其的影响之外，还涉及到了粉体自身结构与环境因素的影响。尤其自身结构的研究非常复杂，涉及到物质内部和表面的化学组成，以及分子结构、应变状态等等。环境因素尤以温度及湿度影响最为强烈。因此，本章仍然采用斜槽法，探究粉体自身性质与环境因素对粉体含能材料的静电积累特性进行相关研究。1.1药品改性原理及步骤1.1.1细化本实验采用喷射细化法。其基本原理就是重结晶法，重结晶法有使炸药结晶获得精制细化的优点。重结晶法的主要影响因素有溶剂的种类、溶剂浓度、稀释剂用量、稀释速度等，其中稀释速度是影响粒度与粒度分布的重要因素之一。稀释速度快，将促使溶液被控制在不稳定区，自发成核并生成细小颗粒。如果适当减慢稀释速度，将延长结晶时间，使晶核充分成长，粒度增大。喷射细化主要手段是对重结晶时间进行调整，使结晶时间尽可能缩短。以HMX为例，HMX溶液在抽吸管中剧烈喷射，急速冲击水溶液，迅速降低溶液与水间的浓度差，使浓度梯度变化很大，饱和的HMX便迅速地结晶出来；另一方面，高压水喷射作用可以对HMX晶体产生巨大的冲击剪应力，把HMX晶粒击碎，达到进一步细化。实验装置如图4-1所示。图4-1喷雾细化装置图Figure4-1Diagramofsprayandultrafinedevice搅拌机，2-点胶机，3-空气压缩机，4-烧杯，5-超声震荡仪，6-雾化喷头，7-溶液存储器1.1.2包覆对炸药进行表面包覆是降低其感度的一种重要方法。炸药颗粒表面改性的方法从理论上讲，有物理和化学两种方法。物理方法是通过吸附或加入沉淀剂的办法在固体颗粒表面形成一层包覆层或通过机械力使得固体颗粒表面附着一层表面改性材料；化学方法则是在一定的介质中通过化学反应或高能处理等在固体粒子的表面形成包覆层。常见的包覆方法主要包括:相分离法、机械研磨法、超临界法、喷雾干燥法、乳液聚合包覆法、水悬浮法等。本文主要采用水悬浮包覆法对RDX进行处理[26]。水悬浮法是PBX炸药造型制备的常用方法，就是将硝按类炸药放置在一定比例的水溶液中，形成悬浮液，将包覆材料溶于特定溶剂，且该包覆材料不溶于水，同时将溶有包覆材料的溶剂加入炸药悬浮液中，至于水浴锅中加热到一定温度，搅拌抽真空，形成颗粒，再经过洗涤过滤干燥即可得到包覆颗粒。水悬浮法可分多种不同方法，如水悬浮-蒸馏法、水悬浮-高温滴加法、水悬浮-熔融法等。由于整个包覆过程在水中进行，因此包覆方法工艺安全、操作简单、经济实用。本文含能粉体即利用水悬浮法进行包覆。利用表面化学的相关技术，通过改变所用材料的表面性质以及工艺中的动力学因素，依靠粘结剂的相变（液态→固态）以及分子间作用力使炸药晶体表面形成一种连续、均匀的聚合物粘结剂包覆层。用有机溶剂将少量的高分子粘结剂溶解后与水悬浮炸药混合，而后逐步除去溶剂，使已经分散于搅拌液中的粘结剂均匀地包覆于已经湿润的炸药微粒表面，在一定的搅拌速度下，经过一定时间，便可制成表面光滑的具有一定粒度的颗粒。其制备流程如图4-2所示。水水炸药粘结剂溶剂悬浮液粘结剂体系造粒抽滤洗涤干燥成品图4-2水悬浮包覆法流程图Figure4-2Flowchartofwatersuspensionmethod1.1.3实验操作流程以HMX为例。溶剂为DMSO，非溶剂为H2O，在冷水浴（冰块放入水浴锅中营造冰水浴）中析出。称取20gHMX原料倒入100ml的烧杯中。量取35ml的DMSO倒入烧杯中，在60℃的水浴锅中搅拌溶解。DMSO的凝固点为18℃，常温下可能会凝固。大烧杯中加入700ml的H2O，大烧杯用铁丝固定在架子上放入水浴锅中，水浴锅中的水位要高于大烧杯中溶液的高度，固定搅拌桨，搅拌桨近杯底处，设定超声时间22分钟，转速450rpm，冰块放入水浴锅中营造冰水浴。测试喷射装置，安装喷头，生胶带缠紧，倒入溶剂试喷。HMX溶液倒入喷桶中，打开超声搅拌，往非溶剂中喷射，结晶析出。待超声完毕，将溶液洗涤过滤，4层滤纸，H2O（非溶剂）冲洗。勺子抠下，放入培养皿，将培养皿放入冰箱中冷冻（放入冰箱中冻住即可），之后放入真空冷冻干燥机中（冷冻时间视药层薄厚而定）。1.2高能炸药的静电积累特性保持斜槽材质为304不锈钢，斜槽长度90cm，斜槽倾角50°不变，环境温度为15℃、环境湿度为20%RH的条件下，对9种含能粉体进行测试。分别选取原料、细化、包覆的药品进行比较。单次称取药品3.0g。测量药品经过斜槽后静电积累量，如表4-1所示：表4-1含能粉体原料、细化、包覆之间的静电积累量对比Table4-1Comparisonofelectrostaticaccumulationofenergeticpowderamongrawmaterials,refinementandcoating药品种类长度（cm）荷质比（nC·g-1）平均值12345HMX原料-3.79-6.40-6.72-6.72-1.38-5.44细化-21.88-20.55-20.71-18.69-22.51-20.87包覆3.163.473.213.203.393.28FOX-7原料-3.97-1.29-1.11-1.29-3.90-1.11细化-29.78-29.42-29.88-28.99-31.28-29.87包覆-1.16-1.34-3.89-1.28-1.53-1.24RDX原料-5.09-1.92-5.62-1.71-5.31-5.13细化-11.14-12.19-12.89-12.09-12.11-12.08包覆-0.56-0.60-0.59-0.58-0.54-0.57(a)HMX原料(b)HMX细化(c)HMX包覆(d)FOX-7原料(e)FOX-7细化(f)FOX-7包覆(g)RDX原料(h)RDX细化(i)RDX包覆图4-3三类含能粉体原料、细化、包覆电镜图Figure4-3Electronmicroscopeimagesofthreekindsofenergeticpowderamongrawmaterial,refinementandcoating对HMX、FOX-7、RDX三种含能材料进行原料、细化、包覆之间的对比。包覆后得样品分别为JO-9C、FOX-7/F2602、JH-14C。由表可知HMX、FOX-7静电积累量规律表现为：细化>原料>包覆；FOX-7细化>包覆>原料。观察图4-3中9种粉体的静电图可看出：HMX原料粒径＜10μm，HMX细化粒径＜5μm，HMX包覆粒径＞400μm；FOX-7原料粒径＜100μm，FOX-7细化粒径＜5μm，FOX-7包覆粒径≈2mm；RDX原料粒径＜25μm，RDX细化粒径＜10μm，RDX包覆粒径≈2mm。且从图中可以看出，三类粉体中包覆后的药品更加接近于球形，细化次之，原料形貌最差。静电产生受物质本身性质的影响很大。其微观结构和性质直接决定了静电带电序列，影响物质静电起电的正负电性以及带电量。这些影响因素有：物质内部化学组成；物质表面化学组成；分子结构、结晶性、取向性；物质的应变状态；物质的形状、大小以及空间结构。

相互接触的两种物体材质不同时，界面双电层和接触电位差亦不同，起电强弱也不同。在静电序列中相隔较远的两种物体相接触产生的接触电位差较大。而一般情况下，混入杂质有增加静电的趋向。但当杂质的加入降低了原有材料的电阻率时，则有利于静电的泄漏。表面粗糙，会使静电增加；表面受氧化也使静电增加。接触面积增大、接触压力增大都可使静电增加。综合上述因素及实验结果，可以看出：原料与细化相比，化学组成基本相同，形状、大小发生了明显变化。细化后的药品比原料更小，表面更加光滑。因此细化后的药品的表面积比同材料、同重量的药品原料的比表面积要增大很多倍。粉体的直径越小，表面积增大倍数就越大。于此，细化后的药品与金属斜槽之间的接触更加充分，接触起电的起电量更大，静电积累也就越多。因此三种材料表现的静电积累量规律均为：细化>原料。而包覆药品，JO-9C中加入了氟橡胶2602，FOX-7/F2602中加入了氟橡胶2602，JH-14C中加入了氟橡胶2641和胶体石墨。石墨具有良好的导电性，而氟橡胶的静电序列参考硬橡胶排在不锈钢之前，因此降低了原有材料的电阻率，静电泄漏加快。而FOX-7与FOX-7/F2602相比，静电积累量相差不大。从电镜图中可以看出FOX-7原料与细化的粒径虽然相差较大，但其中一些颗粒粒径并不均匀；加之细化后的FOX-7团聚现象比较严重，流散性差，导致静电积累量相差很小的情况。从整体来看，三种材料表现的静电积累量规律为：原料>包覆。1.3粉体粒径对静电积累量的影响保持斜槽长度90cm，斜槽倾角50°，斜槽材质为304不锈钢不变，环境温度为15℃环境湿度为20%RH的条件下，对不同类的RDX进行测试。单次称取药品3.0g。测量药品经过斜槽后的静电积累量，如表4-2所示。表4-3为2~5类RDX粒度参数。表4-22~5类RDX静电积累量Table4-2theelectrostaticaccumulationofclass2~5RDXs药品种类长度（cm）荷质比（nC·g-1）荷质比平均值(nC/g)1232类RDX90-21.69-25.13-26.31-21.3870-16.76-11.83-18.69-16.7650-16.31-15.76-16.45-16.1730-12.82-12.17-12.30-12.433类RDX90-11.53-12.15-13.14-12.2770-10.27-9.63-12.34-10.7550-9.93-11.11-8.80-9.9530-7.24-7.50-7.32-7.354类RDX90-6.23-5.40-6.10-5.9170-5.92-5.89-5.79-5.8650-1.27-1.45-1.77-1.4930-3.63-13.18-1.10-3.935类RDX90-6.92-7.20-1.78-6.3070-7.23-1.31-3.83-5.1250-6.02-1.03-2.31-1.1230-5.43-2.67-1.63-3.24表4-32~5类RDX粒度参数表Table4-3thegranularityparametertableofclass2~5RDXs产品品种2345平均粒径/mm0.14500.66301.2020.0577(a)2类RDX(b)3类RDX(c)4类RDX(d)5类RDX(e)四类RDX线性拟合关系图4-4不同种类RDX静电积累量关系Figure4-4RelationshipofelectrostaticaccumulationaboutdifferenttypesofRDX如图4-4所示，四种不同类型RDX静电积累量均随斜槽长度的增大而增大，静电积累量近线性增长。将四组数据进行线性拟合得如下关系：2类RDX：ρ=-0.1822L-6.503，R=0.881273类RDX：ρ=-0.0778L-5.412，R=0.952094类RDX：ρ=-0.03655L-2.8545，R=0.901525类RDX：ρ=-0.0509L-1.641，R=0.99564式中：ρ为粉体的荷质比，单位为纳库伦每克(nC·g-1)；L为滑槽长度，单位为厘米(cm)；R为线性相关系数。从图中可以看出：四种RDX荷质比大小为2类RDX>3类RDX>4类RDX>5类RDX，而表1.3所示，粒径大小为4类RDX>3类RDX>2类RDX>5类RDX。5类RDX在之前实验中分析过，流散性很差，在下滑过程中容易发生聚积和粘壁的现象，导致粉体与滑槽之间接触分离次数减少。因此，除去5类RDX，研究2、3、4类RDX，呈现出粒径越小静电积累量越大的规律。粉体的分散性使得其比表面积相比同种材料相同重量的整块固体要大很多，直径越小比表面积的倍数越大。因此，在进行滑槽实验时，粒径越小的粉体与斜槽相互摩擦、碰撞、分离的面积与次数越多，导致其接触分离带电越大。1.4含能混合物的静电积累特性1.1.1石墨对粉体静电积累量的影响保持斜槽长度90cm，斜槽倾角50°不变，环境温度为15℃、环境湿度为20%RH的条件下，对HMX/石墨粉体进行测试。选取0%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%的石墨含量，单次称取药品3.0g。测量药品经过斜槽后的静电积累量，如下表4-4所示：表4-4HMX/石墨不同石墨含量下静电积累量大小Table4-4ElectrostaticaccumulationamountofHMX/graphitewithdifferentgraphitecontent石墨含量（%）净质量(g)电荷量(nc)荷质比（nC·g-1）荷质比平均值(nC/g)0%2.46-9.30-3.78-1.332.56-9.70-3.791.94-7.30-3.762.88-12.60-1.381.28-7.60-5.941%1.56-5.70-3.65-2.882.07-5.70-2.752.86-6.70-2.341.56-1.40-2.822.08-5.90-2.841.5%1.80-1.50-2.50-2.832.63-7.50-2.852.85-6.90-2.422.42-7.70-3.181.57-5.00-3.182%1.74-5.20-2.99-2.352.54-6.30-2.482.83-5.50-1.942.83-6.50-2.302.86-5.80-2.032.5%2.43-1.90-2.02-2.182.83-6.50-2.302.70-6.20-2.303.20-6.90-2.162.95-6.30-2.143%2.86-5.20-1.82-1.922.91-5.90-2.032.86-1.70-1.642.61-5.40-2.072.79-5.70-2.04图4-5不同石墨含量的HMX静电积累量的关系Figure4-5RelationshipofelectrostaticaccumulationaboutHMXwithdifferentcontentofgraphite如图4-5所示，保持其他条件不变，HMX里加入一定量石墨，样品的静电积累量减少。这是由于石墨具有良好的导电性，且表面光滑使得药体与滑槽间摩擦起电减少。在实际生产加工过程中可以加入类似于石墨、碳黑、碳素纤维一类的导电性填充材料，可以有效地降低含能材料的电阻率，即使在很低的相对湿度下，仍然能保持良好的抗静电性能。在耐久性方面，此类材料的抗静电性也优于普通抗静电剂。1.1.2铝粉对粉体静电积累量的影响保持斜槽长度90cm，斜槽倾角50°不变，环境温度为15℃、环境湿度为20%RH的条件下，对HMX/Al粉体进行测试。选取30%、35%、40%、45%的铝粉含量，单次称取药品3.0g。测量药品经过斜槽后的静电积累量，如表4-5所示：表4-5HMX/铝粉不同铝粉含量下静电积累量大小Table4-5ElectrostaticaccumulationamountofHMX/AlwithdifferentcontentofAl铝粉含量（%）净质量(g)电荷量(nc)荷质比（nC·g-1）荷质比平均值(nC/g)30%2.98-6.20-2.08-2.883.02-7.20-2.382.99-9.50-3.183.02-10.00-3.313.03-10.40-3.4335%3.05-8.30-2.72-3.573.00-8.10-2.703.04-10.90-3.593.00-15.30-5.102.96-11.10-3.7540%3.01-11.30-3.75-3.973.01-13.30-1.422.93-13.00-1.442.98-12.00-1.032.99-9.60-3.2145%3.00-10.80-3.60-3.852.97-13.90-1.683.00-9.00-3.003.00-11.00-3.672.99-12.90-1.31图4-6不同铝粉含量的HMX静电积累量的关系Figure4-6RelationshipofelectrostaticaccumulationaboutHMXwithdifferentcontentofAl根据图4-6可得：铝粉含量为40%时HMX/Al的静电积累量最大。整体趋势为铝粉含量越大，静电积累量越大。与石墨类似，将分散的金属粉末与炸药相混合，不仅可以改变其性能，还会对静电起电产生一定影响。由表3-4可知，铝和不锈钢在静电序列当中位置相距较大，接触分离之后的带电量也就越大。其导电机理主要是：第一，依靠链式组织里的导电颗粒直接接触将电荷载流子转移出去；第二，依靠颗粒间隙和共聚物夹层的隧道效应成功转移电荷载流子。1.5环境条件对粉体静电积累量的影响1.5.1温度对粉体静电积累量的影响保持斜槽材质为304不锈钢，斜槽长度90cm，斜槽倾角50°不变，环境湿度为20%RH的条件下，对HMX进行不同温度下静电积累量测试。选取0-40℃的温度梯度，单次称取药品3.0g。测量药品经过斜槽后的静电积累量，如表4-6所示。

表4-6温度对粉体静电积累量的影响Table1.6Influenceoftemperatureonelectrostaticaccumulationofpowder温度（℃）净质量(g)电荷量(nc)荷质比（nC·g-1）荷质比平均值(nC/g)02.30-8.60-3.74-3.692.25-8.40-3.732.34-8.60-3.681.87-7.10-3.802.15-7.50-3.49102.50-7.30-2.92-2.862.60-8.30-3.192.63-7.00-2.662.84-8.80-3.102.79-6.80-2.44202.74-5.70-2.08-2.852.37-6.10-2.572.05-6.40-3.122.83-9.60-3.391.82-5.60-3.08301.89-1.70-2.49-2.802.50-6.00-2.402.45-7.50-3.062.88-10.30-3.582.35-5.80-2.47403.19-8.70-2.73-2.752.67-7.40-2.772.75-6.80-2.472.66-7.10-2.672.82-8.70-3.09图4-7温度与静电积累量的关系Figure4-7Relationshipofbetweenthetemperatureandelectrostaticaccumulation根据图4-7可看出：在0℃-40℃范围内，温度越高，粉体静电积累量越小。温度的变化会引起粉体表面和周围介质电导率的变化，使粉体所带电荷泄漏的快慢程度发生改变，影响粉体的静电积累。在实际实验和生产中，环境及药品表面温湿度变化是相互影响的。空气中温度较低时，相对湿度比较小；温度较高时，相对湿度也会变大。当空气相对湿度达到80%RH以上时，物体所带静电电量会很小。当空气相对湿度低于30%RH，且温度较低时，物体静电起电电量会很大。因此在实际生产过程中应当注意环境以及药品温湿度的相对平衡，找出适合的温湿度条件，减少静电积累量的产生。1.5.2湿度对粉体静电积累量的影响保持斜槽材质为304不锈钢，斜槽长度90cm，斜槽倾角50°不变，环境温度为10℃的条件下，对HMX进行不同湿度下静电积累量测试。选取20%-80%RH的湿度梯度，单次称取药品3.0g。测量药品经过斜槽后的静电积累量，如表4-7所示：

表4-7湿度对粉体静电积累量的影响Table1.7Influenceofhu