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5.3 本章小结 27
结 论 28
致 谢 29
参考文献30
1 绪论
1.1 气体发生剂的研究背景及意义
气体发生剂是指燃烧后能迅速产生大量气体的物质，主要由可燃剂、氧化剂和添加剂组成，是一种混合体系[1]。根据气体发生剂的用途，主要可以将其大致分为两类，一是用作动力源做功，二是作为充气源缓冲。
目前气体发生剂在军事和民用方面有着广泛的应用[2-7]。例如用于推动飞机涡轮喷气、导弹舵机偏转和鱼雷导向叶片旋转；作为导弹上起动器、伺服装置、增压器、涡轮发电机、作动筒等部件的能源；用于汽车、轮船、民航应急安全滑梯等安全气囊防撞及快速充气系统；用于手携式火焰喷射器和飞机引擎着火时的灭火喷洒等。近几年科学技术的发展日新月异，气体发生剂的应用领域愈发广泛，甚至在果蔬保鲜剂[8]及低密度乳炸药[9]方面也有了突破。
由此可见，气体发生剂已在国民经济、军事建设等各方面发挥着不可替代的作用，为了能给人类的工作和生活带来更大的便利，对气体发生剂进行配方改进、对其燃烧、热分解等性能进入深入分析工作则极为有意义。
1.2 气体发生剂的分类及研究现状
1.3 气体发生剂的基本组成
气体发生剂主要由可燃剂，氧化剂及添加剂组成。添加剂一般包括催化剂、粘结剂、冷却剂、燃速调节剂等。
1.3.1 可燃剂基本性能
可燃剂即为气体发生剂燃烧时所需燃料，是主要的产气来源，需要满足燃烧时需氧量少，含氮量高，气态产物多，残渣量少等要求。鉴于绿色环保高能的非叠氮类气体发生剂的广泛应用，本文选择硝酸胍（GN）、偶氮二甲酰胺（ADC）两类较为理想的产气物质作为研究对象。
1.3.1.1 硝酸胍
硝酸胍（GN），化学名为二氨基硝酸胍，分子式为H2NC(NH)NH2•HNO3，相对分子质量122。白色结晶粉末或粒状固体，熔点214℃一216℃，能溶于甲醇、乙醇和水,微溶于丙酮,有较强氧化性。硝酸胍的用途十分广泛，主要用于合成医药农药中间体、火箭推进剂、照相材料和消毒剂等领域[22-24]。同时，硝酸胍作为一种理想的非叠氮类气体发生剂的可燃剂，也具有来源广泛、含氮量高、燃烧温度低、产气量大，无毒环保低等优点[25]，可广泛应用于汽车安全气囊、航天器、消防灭火等方面。日本大赛璐公司的吴建洲[26]及南京理工大学的梅新良[25]均对硝酸胍型产气药燃速的提高及配方的优化进行过详细的研究。
1.3.1.2 偶氮二甲酰胺
偶氮二甲酰胺（ADC）是一种成本低廉、原料易得、环保、应用广泛的偶氮类化合物，分子式为H2NCONNOCNH2。淡黄色粉末，无毒无臭，溶于碱，不溶于汽油、醇、苯、吡啶和水，密度1.25g/cm3，相对分子质量116，含氮质量分数48.28%，氧平衡为-55.13%。分解温度在195-200℃之间，产气量240ml/g（标准温度下），是一种工业常用发泡剂，适用于聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、ABS树脂等常压、加压发泡或压延发泡等[27]。也可以用于食品工业，增加面粉团的强度和柔韧性。同时，偶氮二甲酰胺也因其性质稳定、含氮量高、产气量大、分解后残渣无毒等优点，作为一种较为理想的产气物质被广泛应用于汽车安全气囊及航天器缓冲气囊等方面。近年来，吉田忠雄教授为首的研究小组[28]、K Hara和T Yoshida[29]、王宏社[30]等均对偶氮二甲酰胺作为气体发生剂的性能进行表征和研究。
1.3.2 氧化剂基本性能
气体发生剂通常在密闭环境下燃烧产气，反应时与外界接触，属于自供氧体系，氧化剂必须为含氧物质，含氧量要尽可能高，以提供足够的氧使可燃剂迅速释能。气体发生剂常采用（高）氯酸盐、硝酸铵、金属氧化物、碱式硝酸盐等作为氧化剂，（高）氯酸盐作氧化剂，安全性差，燃烧后会产生HCl气体；硝酸铵氧含量高，燃烧后无残渣，但其吸潮性大，晶型易转变，导致其稳定性变差；碱式硝酸盐有效氧含量高，但放热量较大，燃气难以冷却，给气体发生器的制造带来难度；而金属氧化物如CuO、Fe2O3、MnO2等虽存在燃速低的问题，但可通过添加燃速调节剂如二氨5,5-联四唑铜等提高其燃烧速度，同时金属氧化物如CuO做氧化剂时，燃烧温度和燃烧热都较低[16]。所以本文采用CuO作氧化剂。
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