【原创文章】驯服硝化棉的“爆”脾气：一套科学的安全管控法则
一、热行为与安定性分析
这是安全评估和储存寿命预测的关键。测试样品在受热条件下的行为。
1.1 抗爆型DTA/自动爆发点测试仪
测量样品在程序控温下与参比物之间的热量差(吸热或放热)。用于确定硝化棉的分解起始温度Onset、峰值温度。这是评估其热安定性的核心手段。
1.2 动态真空安定性试验
将样品在特定温度(如100℃,120℃)下加热一段时间(如40小时),测量其分解释放出的气体体积。释放气体越少，表明热安定性越好。这是含能材料非常经典的安定性测试方法。
1.3 ARC绝热量热仪
一种绝热加速量热仪，可以模拟样品在绝热环境下(如大量堆积时)的自热、分解直至爆炸的全过程,获得时间-温度-压力数据,是评估热爆炸危险性的重要工具。
二、让硝化棉"发火"需要多大劲儿？
评估硝化棉对外界刺激(撞击、摩擦、静电等)的敏感程度，直接关系到生产、运输和使用过程中的安全性。
1. BAM落锤撞击感度仪
一定重量的落锤从不同高度落下撞击样品，通过计算临界撞击能量来表征其撞击敏感度。
2. BAM摩擦感度仪
对放置于瓷板和磁棒之间的样品，使用荷重臂和砝码对样品加载一定的荷重，控制步进电机带动瓷板以一定的速率移动对样品产生一定的摩擦，测试引起发生爆炸或发火的最小摩擦荷重。
3. ESD静电火花感度仪
用特定能量的静电火花作用于样品，测定样品发生反应的临界能量。
三、量化能量释放：硝化棉做功能力的关键参数测试
能量性能与燃烧特性直接评估其作为含能材料的做功能力。
1. 爆热仪/高压氧弹量热仪
在惰性气体(如氮气)或氧气中，测量单位质量样品爆轰或燃烧后释放的总热量。
2. 燃速测定系统
在一定压力下，测试硝化棉(通常制成药条)的线性燃烧速率。
四、硝化棉安定性处理方法和稳定剂机理总结
1. 硝化棉为何不安定？
1.1 残留的酸性杂质
在生产过程中，纤维素用浓硝酸和浓硫酸的混酸进行硝化。反应后，会有硫酸、硝酸等强酸残留在硝化棉纤维的内部和表面。这些酸是强烈的催化剂，会催化硝化棉自身分解，而分解产物又是酸性的，从而形成自催化分解循环，使分解不断加速。
1.2 硝酸酯基本身的不稳定性
硝化棉分子结构中的硝酸酯基(-O-NO2)在热或光照下会发生均裂，生成自由基，引发链式分解反应。此外，分子结构中还存在一些较弱的键，如残留的硫酸酯基(-0-SO2-O-)，这些键更不稳定，更容易断裂引发分解。
因此，安定性处理的核心目标就是：尽可能彻底地去除残留的酸性杂质，并抑制或延缓硝酸酯基的分解链式反应。
2. 硝化棉安定性处理方法和稳定剂机理总结
硝化棉的安定性处理旨在中断其自催化分解循环，该循环主要由残留酸及分解产生的氮氧化物驱动。处理是一个包含物理与化学手段的多层次防御体系。
核心方法首先是通过沸水反复蒸煮与机械打浆，利用高温膨胀和增大表面积，彻底洗除纤维内部残留的硫酸、硝酸等酸性杂质，并水解不稳定的硫酸酯键。在此基础上，进行化学稳定：一是用碳酸钠等弱碱溶液中和微量酸，创造碱性微环境以抑制酸催化；更关键的是添加长效稳定剂，如二苯胺，其机理是作为"牺牲剂"优先与分解产物氮氧化物反应，从而阻断链式反应，此过程伴随颜色变化亦可作为寿命指示。
用于提高稳定性的稳定剂主要分两类。一类是以二苯胺和中定剂为代表的经典清除剂，通过吸收氮氧化物发挥作用。另一类是氧化镁等碱性稳定剂，通过中和酸性物质起作用。现代技术常采用多种稳定剂复配，利用协同效应实现更持久的保护。此外，高分子包覆剂则通过物理阻隔来增强稳定性。综上，安定性处理通过"去除杂质、化学中和、长效抑制"三位一体的策略，将硝化棉转变为可安全储存的含能材料。
五、给硝化棉"听声辨位"：仪器如何洞察其内在稳定性？
3. 仪器快速测量
通过仪器设备来区分和判断硝化棉是否经过合格的安定性处理，主要是通过加速老化的方式来模拟其长期储存中的变化，并通过监测其热分解行为和分解产物来定量评估。以下是两种最核心、最有效的仪器判别方法，并解释了它们如何呈现差异：
3.1 抗爆型差热分析仪(DTA600-EX)测试
1) 未经安定性处理的硝化棉：
DTA曲线：其分解起始温度较低，分解放热峰更尖锐、更剧烈。这表明它不稳定，更容易在较低温度下开始剧烈分解。
2) 经过安定性处理的硝化棉：
DTA曲线：分解起始温度明显升高，放热峰变得更宽、更平缓。这表明其热稳定性更好，需要更高的能量才能触发分解。
3.2 动态真空安定性试验(VST200Pro)-测"放气量"
这是衡量安定性最经典、最权威的定量方法，直接关联到储存安全性。
测试原理：将一定量的硝化棉样品在特定温度(如100℃,120℃)下加热一段时间(如40小时)，并保持系统真空。仪器会精确测量样品分解释放出的气体体积。
如何判断：
未经安定性处理的硝化棉：会释放出大量的气体(通常是氮氧化物等)。放气量远超标准。
经过安定性处理的硝化棉：释放的气体量非常少。通常标准会规定一个上限(例如，在40小时/120℃条件下，放气量≤2.0mL/g)，合格的产品必须低于此值。
结论性证据：如果两个样品在相同条件下测试，放气量差异显著(例如，一个为5.0mL/g，另一个为1.0mL/g)，那么放气量大的那个一定是安定性不合格的。
六、与硝化棉打交道必须刻在心里的安全准则
重要安全提示：
1) 含能材料测试遵循从最小量(例如：5mg)开始原则，不能一开始就采用大样品量，这是极其危险的，无论进行什么测试。
2) 所有加热反应过程，人员必须远离和远程控制，这是保证人员安全的唯一方式。
3) 但凡涉及到密闭环境，一定要万分小心，受限环境会导致燃烧---爆燃---爆轰。
4) 小样品量如DSC测试后发现安全的，当样品量增加到几十毫克甚至g级别后，会有热积累导致的SADT自加速分解放热，瞬间的热量会驱动反应加速，导致爆炸。大多数炸药都具备此种性质。市面上的论文里面提及的DSC测试含能材料的分解曲线几乎全部错误。一定要小心。
提醒用户：
1) 必须使用真空烘箱烘干，温度最高不超过45℃。
2) 烘干的时候一定要注意安全，小样品量，批次烘干，烘干过程中人员远离，但是，人员得待在实验室附近，避免火灾。
3) 保存时也要注意安全，避免自燃。
