张伟炜 彭小悦
湖南省常德市产商品质量监督检验所 湖南省常德市 415000
摘要：在本文的研究中，引用了实例，应用热分析技术探讨了氯酸钾、硫化锑、赤鳞等原材料制成的烟火药，分析了其热安定性，用以给以我国烟火药生产部门提供相应的案例参考，以解决科研生产中存在的安全问题。
关键词：热分析技术、烟火药、热安定性
一、前言
众所周知，烟火药具有易燃、易爆的特性。研究发现组成烟火药的单个材料在常规条件下还是比较稳定的，可以说是处在一个安全的状态下，但由单个材料组成的烟火药则大不相同，储存烟火药的环境一旦发生变化，及易引发烟火药出现燃烧、爆炸的现象，且在遭受重击、摩擦后，烟火药的敏感度也会急剧上升，在以上情况下烟火药的易燃易爆特性都将被引发，不利于烟火药的正常生产和保管。为此，现阶段要想从根本上降低烟火药的敏感度，减免因相关因素造成的烟火药燃烧、爆炸事故，保障生产人员及居民的人身安全，研究烟火药的热安定性是十分必要的。近年来，社会上频频出现因烟火药的使用或者保管不善造成的大型火灾或爆炸事故，甚至有一些生产烟火药的厂家及售卖验烟火炮的商铺接连出现爆炸事故，这带给人们的伤害是巨大的。经过相关调查，我们发现引起爆炸事故的因素除却一些其他因素外，更为主要的一点是场上对烟火药的热安定性缺乏真实的了解，以至于在实际操作过程中出现违章操作，进而引发烟火药事故。由此，关于烟火药热安定性的研究将会具有很的现实意义，且当前科研人员研究出了一种热分析技术，将热分析技术应用到烟火药的热安定性的研究将有助于该项研究的顺利开展，促使与烟火药热安定性的相关测试数据更有依据性。
二、烟火药热安定性测试研究
2.1原理
在本次对烟火药热安定性测试研究中所使用的主要原理是通过对DSC图谱上烟火药热反应性能及热变化所测定的。通过对DSC图谱中的相关曲线图进行分析可以有效分析出烟火药的反应效率、反应时间以及放热量等。同时，在DSC图谱中会可以对烟火药的分解温度等相关数据信息进行计算，从而获取到烟火药的热安定性数值。在本次实验中所使用的DSC图谱是化学实验中探究物品放热量以及发热量所使用的热谱图。在该图谱中横坐标往往是温度，用于显示研究物品在化学反应中的热量变化。而该图谱的纵坐标则主要是热流速率，在热流速率中中线代表没有吸热也没有放热，而若是高于中线则代表该物质在反应过程中产生了放热，若该物质的热反应曲线数值低于中线值，那么则说明该物质在本次反应过程中吸收了热量。在DSC热谱图中曲线的顶峰距离中线越远则表示该物质在本次反应中吸热或放热的数量较大。同时，DSC热谱图中曲线距离中线的距离还可以表示物质在化学反应中所产生的焓。再者，通过对DSC图谱中曲线的分布以及曲线的斜率等信息进行分析还可以获取到该物质在各个温度中进行化学反应时的反应效率。此外，当DSC图谱中该曲线出现剧烈变化时，那么观察员便可以通过对其对应温度进行观察，从而得到该物质的常规反应温度以及安全温度等相关信息。
2.2仪器、测试条件及样品
在本次烟火药热安定性测试实验中所使用的烟火药样品为以氯酸钾样品与硫化锑以及赤磷。其中氯酸钾样品的为白色的粉末，其爆炸温度大致为400摄氏度，在日常生活中常常被用于炸药以及烟火等。而硫化锑由于其中含有大量硫元素，因此该物质主要呈黄红色。
该物质的着火点大致为550摄氏度左右，在日常生活中该物质常常被用于制造火柴等物质。赤磷是火柴的主要成分之一，该物质呈紫红色，其在80摄氏度左右便会引起自燃。在以上三种物质中，氯酸钾样品在经过燃烧与爆炸后将会释放出氯气，从而对人体的健康造成严重损伤，而硫化锑则会在燃烧后释放出大量的二氧化硫气体，同样也会对人体的健康造成较大影响。因此在进行本次实验的过程中，工作人员不仅仅需要做好对三种被测物品的储存工作，同时更需要做好自身的防护工作，例如佩戴相应的防护镜以及活性炭口罩等。而在本次实验中所使用的主要仪器大致有CDR-1型差动热分析仪以及SRF-1型热分析数据处理仪。其中CDR-1型差动热分析仪主要负责对以上三种样品在进行氧化还原反应中所产生的热效应以及相应的温度进行收集与分析。而SRF-1型热分析数据处理仪则主要负责对以上三种样品的反应效率进行分析并绘制相应的DSC图谱。在本次实验过程中，为了保障数据信息的有效性，我们采用了10摄氏度/min的升温温度，并在正常的空气环境中进行本次实验。为了突出本次实验过程中以上三种样品的特殊性，在本次实验过程中还采用了α-Al2O3作为参比物。
三、结果分析
通过对本次实验所获得的DSC图谱进行细致分析后，我们可以发现以上三种测试样品的燃烧点大致均为250摄氏度及以上，并且当其处于燃烧状态时，其燃烧温度均为400摄氏度以上。并且，当实验人员将以上三种物质进行混合后，我们可以发现其放热效率与环境温度基本成正比，即随着环境温度的逐步升高，该混合物的放热效率也在逐步提升。而当环境温度大致处于120摄氏度时，该混合物的放热效率最高并且其放热温度也最高。而本次实验中所选用的参比物α-Al2O3在燃烧时其温度大致仅可以达到60摄氏度左右，并且其在65摄氏度左右其放热效率最强。此外，通过对本次实验中所获得的相关数据信息进行分析我们还可以发现以上三种样品所组成的混合物其燃点大致在400摄氏度以上，因此其稳定性较强、热安定性也较好。而由其所制成的火药在35摄氏度时便可以进行分解燃烧，这也说明该混合物较为适宜用于烟火爆竹生产。
四、结束语
综上，市面上的烟火材料种类繁多，但它们具备的同一个特性就是都拥有自身的热反应特性，根据自身热反应的不同，在生产和存放过程中所需要遵守的规则也有所不同。烟火药生产厂家要注意的一点是在生产配置烟火药之前必须提前对厂内所要生产的烟火剂的材料的特性能有一个准确的认知，而关于烟火药的热安定性的研究可以采用热分析技术。在本文的研究中，可以发现烟火药的组成成分较多，但由氯酸钾、硫化锑、赤鳞三种材料所组成的烟火药具有热安定性较差的特性，由此成分组成的烟火药易燃易爆率较高，因此在烟火药的生产过程中要禁止以上配料。关于烟火药的热安定性的研究一直以来都是我国烟火药制造部门所重点关注的问题，生产厂商和商家都要注意做好环境的控制工作，保证环境的干燥、空旷性，避免因烟火药燃烧、爆炸等造成的事故，减少损失的同时保障人们的人身安全。
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