مطالعه سینتیک تخریب حرارتی و پیش‌بینی روند کاهش وزن ترکیب پرانرژی RDX غیر حساس شده با واکس با استفاده از تکنیک‌های آنالیز حرارتی DTA/TG و کهولت تسریع یافته

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 اصفهان- شاهین شهر-دانشگاه صنعتی مالک اشتر- دانشکده شیمی

2 - اصفهان- شاهین شهر-دانشگاه صنعتی مالک اشتر- دانشکده شیمی

3 -اصفهان، شهرضا، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شهرضا، دانشکده شیمی

چکیده

ماده منفجره A4، که حاوی 5/96% سیکلونیت (RDX) و 5/3% واکس پارافینی است، یکی از اجزای اصلی انواع مهمات و سرجنگی انواع راکت‌ها و موشک‌های دفاعی است. در این تحقیق، رفتار حرارتی و سینتیک تجزیه این ماده با استفاده از روش­های آنالیز حرارتی غیرهمدمای دیفرانسیلی (DTA) و وزن سنجی حرارتی (TG) در سرعت­های حرارتی مختلف °C/min 2 تا 8 موردمطالعه قرارگرفته است. پارامترهای سینتیکی از قبیل انرژی فعال­سازی، فاکتور پیش­نمایی و دمای بحرانی تجزیه حرارتی این ماده منفجره با استفاده از روش­های برازش مدل و مستقل از مدل که توسط کنفدراسیون بین‌المللی آنالیز حرارتی (ICTAK) برای تجزیه‌وتحلیل ترموگرام‌ها پیشنهاد شده است، ارزیابی شدند. نتایج برازش مدل، مقدار میانگین انرژی فعال­سازی و فاکتور پیش­نمایی را به ترتیب kJ/mol 397/190 و 1/min 22+E89/1 و مدل واکنش تفکیک حرارتی ماده منفجره را  به‌صورت تابع انتگرالی اتوکاتالیستی A3 با رابطه  [-Ln(1-α)]1/3پیشنهاد می‌نماید. همچنین، جهت تخمین طول  عمر A4 در دماهای بالا، روند کاهش وزن ماده با زمان به روش مستقل از مدل با استفاده از ترموگرام‌های آنالیز حرارتی تخمین زده شد و نتایج محاسبات، با داده‌های تجربی آزمون‌های کهولت تسریع یافته در دمای °C 140  مقایسه و با آزمون آماری t  تائید شدند. استفاده از این روش، امکان تخمین سریع طول عمر مواد منفجره در دماهای نزدیک به تفکیک حرارتی ماده را فراهم می​آورد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Thermal Decomposition Kinetic Study and Mass Loss Prediction of Desensitized RDX Energetic Material Using DTA/TGA Thermal Analysis and Accelerated Ageing Technique

نویسندگان [English]

  • sajjad Damiri 1
  • hamidreza pooretedal 2
  • ali ghane 3
2 - اصفهان- شاهین شهر-دانشگاه صنعتی مالک اشتر- دانشکده شیمی
3 -اصفهان، شهرضا، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شهرضا، دانشکده شیمی
چکیده [English]

A4 explosive, containing 96.5 wt. % RDX and 3.5 wt. % paraffin wax, is one of the main components in the ammunitions, and warheads of military rockets and missiles. In this work, the thermal behavior and the decomposition kinetics of this explosive has been studied experimentally by non-isothermal differential thermal analysis technique (DTA) and thermal gravimetric (TG) methods, under various heating rates (2.0-8.0 °C/min). Kinetic parameters such as activation energy and frequency factor and critical ignition temperatures for thermal decomposition of these explosives have been evaluated via the fitting-model and free-model methods, proposed by International Confederation for Thermal Analysis and Calorimetry (ICTAC). The results show a single thermal decomposition process for A4, with the integral fitting- model of [-Ln(1-α)]1/3, indicating an autocatalytic degradation with 3-dimensional diffusion mechanism. The mean kinetic parameters of activation energy (Ea) and A of exothermic decomposition of these explosives, calculated by Kissinger, Ozawa, Friedman and KAS methods, are near to 190.397 kJ/mol and 1.89E+22 min-1. The kinetics results were used for the estimation of mass loss prediction of mentioned explosives and were statistically compared to experimental accelerated ageing consequences. By using this method, it is possible to be predicted the lifetime of explosives in the temperatures near to decompositions regions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Explosive
  • Desensitized RDX
  • DTA/TG thermal analysis
  • Thermokinetics
  • Activation energy

[1]  J.P. Agrawal, High energy materials: propellants, explosives and pyrotechnics, John Wiley & Sons, 2010.

[2]  U. Army, Military Specification Wax, Desensitizing,  MIL-W-20553D, 1976.

[3]  U. Army, Military Specification,, RDX (Cyclotrimethylenetrinitramine) MIL-DTL-398D, 1996.

[4] س. دمیری، مروری بر فرایندهای کهولت و روش‌های تخمین طول عمر مواد منفجره پلاستیکی، تحقیق و توسعه مواد پرانرژی، سال نهم، شماره 4، شماره پیاپی 4 (1392) 73-89.

 [5] H.R. Pouretedal, S. Damiri, E.F. Ghaemi, Central European Journal of Energetic Materials, 11(2014) 285.

[6]  S. Vyazovkin, A.K. Burnham, J.M. Criado, L.A. Pérez-Maqueda, C. Popescu, N. Sbirrazzuoli, Thermochimica Acta, 520 (2011) 1.

[7]  V.P. Sinditskii, V.Y. Egorshev, Central European Journal of Energetic Materials, 7 (2010) 61.

[8]  G. Singh, S.P. Felix, P. Soni, Thermochimica acta, 426 (2005) 131.

[9]  Q.-L. Yan, S. Zeman, A. Elbeih, Thermochimica Acta, 537 (2012) 1.

[10]  S. Maharrey, R. Behrens, The Journal of Physical Chemistry A, 109 (2005) 11236.

[11]  J.-S. Lee, C.-K. Hsu, C.-L. Chang, Thermochimica Acta, 392 (2002) 173.

[12]  Z. Liu, C. Yin, Y. Liu, X. Fan, F. Zhao, Chinese Journal of Explosives and Propellants, 27 (2004) 72.

[13]  Z.-r. Liu, Y. LIU, X.-p. FAN, F.-q. ZHAO, C.-m. YIN, Chinese Journal of Explosives and Propellants, 27 (2004) 63.

[14]  A.S. Tompa, R.F. Boswell, Thermochimica acta, 357 (2000) 169.

[15] M. Fathollahi, B. Mohammadi, J. Mohammadi, Fuel, 104 (2013) 95.

]16[ م. فتح الهی، ح. به نژاد، مفهوم انرژی فعال سازی متغیر و ارتباط آن با دمای شروع واکنش در سینتیک واکنش های حالت جامد، مجله علمی-پژوهشی-شیمی کاربردی، سال دهم، شماره 35 (1394) 100-85.

 [17] N.A.T. Organization, NATO Standard, AOP-7, Manual of Data Requirements and Tests for the Qualifcations of Explosive Materials for Military Use, 2003.