徐永士，肖 強(qiáng)，熊 冉，黃世銀，黃紫光

（中國人民解放軍63981部隊(duì)，湖北 武漢 430311）

卡爾·費(fèi)休法測定火藥中水分含量

徐永士，肖 強(qiáng)，熊 冉，黃世銀，黃紫光

（中國人民解放軍63981部隊(duì)，湖北 武漢 430311）

嚴(yán)重吸濕的火藥，會(huì)使其點(diǎn)火困難，燃速減慢，從而導(dǎo)致膛壓、初速降低，射程減少。若火藥在高溫、干燥的環(huán)境下貯存，則會(huì)使其中的水分含量減少，最終導(dǎo)致燃速加快，膛壓、初速和射程的增大。卡爾·費(fèi)休法適用于各種火藥，而且測量效果較好，因此，用卡爾費(fèi)休法測定火藥中水分含量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

卡爾·費(fèi)休法；火藥；水分含量

火藥中存在不同程度的水分，單基藥中一般含有1.0%～1.8%的水分，雙基藥中一般只含有0.5%左右的水分。單基藥具有一定程度的吸濕性，其吸濕量與環(huán)境的相對濕度密切相關(guān)，在相對濕度為100%的大氣中，吸濕量可達(dá) 2.0%～2.5%［1］。此外單基藥的吸濕性與硝化棉組分的含氮量和表面狀況有關(guān)，含低氮量硝化棉、表面粗糙和多孔的單基藥比含高氮量硝化棉、經(jīng)石墨表面處理和含有樟腦及苯二甲酸二丁酯的單基藥吸濕性大［2］。而雙基藥，因結(jié)構(gòu)致密，硝化甘油組分的吸濕性較小，又含有減少吸濕性的二硝基甲苯和苯二甲酸二丁酯等物質(zhì)，因此，雙基藥的吸濕性比單基藥要小2～3倍。在小粒藥、球形藥、三基藥和個(gè)別改性雙基推進(jìn)劑的配方中，均有數(shù)量不等的水分加入［3］。

嚴(yán)重吸濕的火藥，會(huì)使其點(diǎn)火困難，燃速減慢，從而使膛壓、初速降低，射程減少。反之，若火藥在高溫、干燥的環(huán)境下貯存，則會(huì)使其中的水分含量減少，最終導(dǎo)致燃速加快，膛壓、初速和射程的增大［4］。測定水分含量的方法有很多種，其中卡爾·費(fèi)休法適用于各種火藥，而且測量效果較好，因此，用卡爾·費(fèi)休法測定火藥中水分含量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 試驗(yàn)原理

碘氧化二氧化硫時(shí)需要定量的水，其化學(xué)反應(yīng)式為：

以溶劑溶解試樣，用已知水當(dāng)量的卡爾·費(fèi)休試劑滴定，即可測出試樣中水分的含量。

2 適用范圍

本方法適用于火藥中水分含量的測定，也適用于含水量小于4%的硝化棉中水分含量的測定。

本方法不適用于含有能溶于溶劑又與卡爾·費(fèi)休試劑起化學(xué)反應(yīng)的組分的試樣中水分含量的測定。

3 試劑和材料

（1）分子篩：GB 13550－92，條狀或球狀，在500 ℃活化2～4 h，置于干燥器內(nèi)冷卻至室溫；

（2）甲醇：GB 683－89，按每毫升加0.1 g 5?分子篩的比例，干燥24 h以上；

（3）異丙醇：GB 7814－87，干燥24 h以上；

（4）丙酮：GB 686－89，干燥24 h以上；

（5）卡爾 費(fèi)休試劑：

a．傳統(tǒng)的卡爾·費(fèi)休試劑：按GB 606配制或在市場購買；

b．改進(jìn)的卡爾·費(fèi)休試劑：按下述方法先配制甲、乙兩種溶液，然后將兩種溶液混合制備；

甲液：稱取63 g干燥的碘置于容積為1 L的棕色細(xì)口瓶內(nèi)，加入600 mL甲醇、25 g無水碘化鉀和85 g無水乙酸鈉，塞緊瓶塞，振搖使固體物質(zhì)完全溶解，密封保存；

乙液：將盛有1 L甲醇的棕色瓶置于冰水浴中，緩緩?fù)ㄈ敫稍锏亩趸驓怏w，使增加的質(zhì)量約為256 g，密封后保存在暗處；二氧化硫可在市場購得，或按GB606附錄A（補(bǔ)充件）中的裝置，用硫酸分解亞硫酸鈉制備。

卡爾·費(fèi)休試劑的配制：量取乙液80～90 mL，加入貯存甲液的棕色瓶內(nèi)，再加甲醇至 1 L，混合均勻后密封，置暗處保存；

（6）提取劑：按以下要求選擇提取劑

a．異丙醇：測定硝化棉試樣水分用；

b．丙酮－異丙醇混合液：體積比Ψ（丙酮：異丙醇）= 1:3，測定火藥試樣水分用；

（7）變色硅膠：GB 7822－87。

4 儀器、設(shè)備和試驗(yàn)裝置

（1）卡爾·費(fèi)休測水儀。推薦采用WA－型，由貯液瓶、滴定瓶、指示電極、滴定管、磁力攪拌器、終點(diǎn)電量指示儀表組成；

a．滴定管：分度值0.02 mL；

b．貯液瓶：700 mL。

（2）具塞錐形瓶：150 mL；

（3）單線吸管：50 mL；

（4）分度吸管：10 mL；

（5）微量注射器：10.50μ L；

（6）電磁攪拌器。

5 試驗(yàn)準(zhǔn)備

5.1 火藥試樣準(zhǔn)備

燃燒層厚度小于0.7 mm的藥粒取整粒；燃燒層厚度不小于0.7 mm的藥粒，應(yīng)按試樣準(zhǔn)備的要求處理成3 mm以下的碎塊，迅速裝入瓶內(nèi)密封保存。

5.2 硝化棉試樣準(zhǔn)備

細(xì)斷過的硝化棉試樣應(yīng)全部傾倒在孔徑2～3 mm的銅篩上迅速搓擦過篩；未細(xì)斷的試樣應(yīng)用鑷子迅速撕松，立即裝入瓶內(nèi)密封保存。

5.3 卡爾·費(fèi)休測水儀的安裝與檢查

按照儀器使用說明書裝配好儀器，向貯液瓶內(nèi)注入卡爾 費(fèi)休試劑，在貯液瓶、滴定管及滴定瓶與空氣相通部位應(yīng)裝有變色硅膠干燥管，防止外界濕氣侵入。調(diào)好終點(diǎn)電量指示控制值。

所用的玻璃器皿及量器應(yīng)保持干燥。

5.4 卡爾·費(fèi)休試劑的標(biāo)定

向滴定瓶內(nèi)加入甲醇至淹沒電極。接通電源，開動(dòng)電磁攪拌器，用卡爾 費(fèi)休試劑滴定至預(yù)先設(shè)定的終點(diǎn)電量并保持30 s不變，不記錄消耗的滴定劑體積。再用微量注射器吸取并稱量適量的蒸餾水，精確至0.000 2 g，注入滴定瓶內(nèi)，立即用卡爾 費(fèi)休試劑滴定至終點(diǎn)電量保持30 s不變，記下消耗的試劑體積。平行測定3次，取平均值。

無色溶液也可用目視法判定終點(diǎn)。滴定至終點(diǎn)時(shí)，過量的碘使溶液由淺黃色突變?yōu)樽攸S色。

每毫升卡爾·費(fèi)休試劑相當(dāng)?shù)乃馁|(zhì)量，應(yīng)在洌定試樣的當(dāng)天進(jìn)行標(biāo)定。

每毫升卡爾·費(fèi)休試劑相當(dāng)?shù)乃馁|(zhì)量按式(1)計(jì)算：

式中： ms—每毫升卡爾 費(fèi)休試劑相當(dāng)?shù)乃馁|(zhì)量, g/mL；

m0—加入水的質(zhì)量, g；

Vs—消耗卡爾 費(fèi)休試劑的體積, mL。

6 試驗(yàn)步驟

（1）稱取約5 g試樣，精確至0.0 002 g，置于潔凈干燥的150 mL具塞錐形瓶內(nèi)，加入50.0 mL提取劑，塞緊瓶塞，置于電磁攪拌器上攪拌30 min，使試樣中水分轉(zhuǎn)移至提取劑中，靜置10 min使提取溶液澄清。

（2）向滴定瓶中加入提取劑至淹沒電極，在攪拌下用卡爾·費(fèi)休試劑滴定至終點(diǎn)，保持30 s不變，不記消耗的滴定劑體積。

（3）用干燥的分度吸管向滴定瓶內(nèi)加入適量的試樣提取溶液，加入量視試樣中水分含量而定，使消耗的滴定劑體積占所用滴定管體積的二分之一以上。在攪拌下用卡爾·費(fèi)休試劑滴定至終點(diǎn)并保持30 s不變，記下消耗的體積。

（4）向滴定瓶內(nèi)加入相同體積的提取劑，用卡爾 費(fèi)休試劑滴定至終點(diǎn)，讀取所消耗卡爾·費(fèi)休試劑的體積。

7 結(jié)果與討論

試樣中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按式（2）計(jì)算：

式中： w—試樣中水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%；

ms—每毫升卡爾 費(fèi)休試劑相當(dāng)?shù)乃馁|(zhì)量,g/mL；

V—滴定試樣所消耗的卡爾 費(fèi)休試劑的體積,mL；

V0—滴定相同體積的提取劑所消耗的卡爾 費(fèi)休試劑的體積,mL；

m—試樣的質(zhì)量,g；

V1—取用提取劑溶液的體積,mL；

50—試樣提取溶液的體積,mL。

每份試樣平行測定兩個(gè)結(jié)果，平行結(jié)果的差值不得大于0.2%，取其平均值，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)取小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)。

在對不同種類的火藥采用卡爾·費(fèi)休法進(jìn)行水分含量測量后，我們發(fā)現(xiàn)含低氮量硝化棉、表面粗糙和多孔的單基藥比含高氮量硝化棉、經(jīng)石墨表面處理和含有樟腦及苯二甲酸二丁酯的單基藥吸濕性大［5］。而雙基藥，因結(jié)構(gòu)致密，硝化甘油組分的吸濕性較小，又含有減少吸濕性的二硝基甲苯和苯二甲酸二丁酯等物質(zhì)，吸濕性比單基藥要小2～3倍。

8 結(jié) 論

采用卡爾·費(fèi)休法測定火藥中水分含量，適用范圍廣，測量效果較好。通過實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：

（1）火炸藥不同，吸濕性不同；火炸藥的顆粒越小，空隙越多，吸濕性越大；在空氣的絕對濕度一定時(shí)，氣溫越高，吸濕性越??；在溫度一定時(shí)，空氣相對濕度升高，吸濕性也隨著增大。

（2）溫度對吸濕性的影響，比相對濕度的影響要??；顆粒大的火炸藥比顆粒小的吸濕性要小。從影響吸濕性的各因素比較，影響最大的是火炸藥的性質(zhì)和空氣的相對濕度［6］。

［1］ 任特生. 硝胺硝酸酯炸藥化學(xué)與工藝學(xué)[M]. 北京：兵器工業(yè)出版社，1994：182-185.

［2］ 劉玉存，王建華，安崇偉. RDX粒度對機(jī)械感度的影響[J]. 火炸藥學(xué)報(bào)，2004，27（2）：7-9.

［3］ 呂春緒，劉祖亮，陸明. 膨化硝銨炸藥[M]. 北京：兵器工業(yè)出版社，2001：78-82.

［4］ Cranney D H, Maxfield B T. Emulsion that is compatible with reactive sulfide/pyrite ores : US, 5159153A[P]. 1992-10-27.

［5］ Dick J J. Shock-wave behavior in explosive monocrystals [J]. Journal de Physique IV，1995，5：103-106.

［6］Meyers M A. A mechanism for dislocation generation in shock-wave deformation [J]. Scripta Metallurgica，1978，12（1）：21-26.

Measurement of Moisture Content in the Powder With Karl Fischer’s Method

XV Yong-shi，XIAO Qiang，XIONG Ran，HUANG Shi-yin，HUANG Zi-guang
（Unit 63981 of the PLA, Hubei Wuhan 430311, China）

Seriously hygroscopic powder will be difficult to be fired, the burning rate will be slow, the bore pressure and initial velocity will reduce, and the firing range will decrease. If the powder is stored in high temperature and dry environment, moisture content in the powder will be reduced, burning rate will speed up, initial velocity and range will increase finally. Karl Fischer’s method is suitable for all kinds of powder, and it has better measurement results, so Karl Fischer’s method has important practical significance to measure the moisture content in the powder.

Karl Fischer’s method; powder; moisture content

O 657

A

1671-0460（2016）11-2688-03

2016-09-12

徐永士（1989-），男，河南省周口市人，工程師，2011年畢業(yè)于解放軍理工大學(xué)爆破工程專業(yè)，研究方向：火藥檢測。