A new method of determining the thermal conductivities of energetic materials by microcalorimeter

Abstract

A device of measuring the thermal conductivity of pellet of propellants and explosives has been constructed. A method and a calculation formula for determining the thermal conductivity of pellet of propellants and explosives under constant radial heat flow conditions by use of Joule effect is presented. Using this device and a microcalorimeter, type RD496-II, and two standard samples with known thermal conductivity, two instrument constant have been determined and the thermal conductivities of seven materials: plexiglass, teflon, DB propellant DB-2 (nitrocellulose(NC)/nitroglycerine(NG)/dinitrotoluene/dimethyl centralite/vaseline/PbO/CaCO₃, 59.6/25/8.8/3/1.2/1.2/1.2), DB propellant SQ(NC/NG/diethyl phthalate(DEP)/binder, 59/29/7/5), DB propellant RHN-149 (NC/NG/triacetin (TA)/binder-I, 52/25/8/15), DB propellant RHN-190 (NC/NG/TA/ binder-II, 52/26/7/15), 2, 4, 6-trinitrotoluene (TNT) at 298 K are measured. The results show that (1) the reproducibility of measurement for the heat (q) retained in investigated system after cutting the Joule current and the amount of heat flux through the wall of the investigated cylinder (Q _s) are less than 0.50% and within 0.10%, respectively; (2) the standard deviation of the thermal conductivity determined by using this method is less than 1.0%; (3) the values ofq, Q _s and internal radius of the cylinder are three principal factors affecting the magnitude of the thermal conductivity of these materials.

Zusammenfassung

Es wurde ein Gerät zur Messung der thermischen Leitfähigkeit von Granulat aus Treibstoffen und Explosivstoffen konstruiert. Es wird eine Methode und eine Berechnungsformel zur Bestimmung der thermischen Leitfähigkeit von Granulat aus Treibstoffen und Explosivstoffen unter den Bedingungen eines konstanten radialem Wärmeflusses unter Anwendung des Joule'schen Effektes vorgestellt. Unter Verwendung dieser Apparatur und eines Mikrokalorimeters vom Typ RD496-II sowie von zwei Standardproben mit bekannter thermische Leitfähigkeit wurden zwei Gerätekonstanten bestimmt und bei 298 K die thermische Leitfähigkeit von sieben Substanzen: Plexiglas, Teflon, DB-Treibstoff DB2 (Nitrozellulose(NC)/Nitroglycerin (NG)/Dinitrotoluol/Dimethylzentralit/Vaseline/PbO/CaCO₃, 59.6/25/8.8/3/1.2/1.2/1.22), DB-Treibstoff SQ(NC/NG/Diethylphthalat(DEP)/Bindemittel, 59/29/7/5), DB-Treibstoff RHN-149 (NC/NG/Triacetin (TA)/Bindemittel-I, 52/25/8/15), DB-Treibstoff RHN-190 (NC/NG/TA/Bindemittel-II, 52/26/7/15), 2, 4, 6-Trinitrotoluol (TNT) gemessen. Die Ergebnisse zeigen, daß (1) die Reproduzierbarkeit der Messung für die nach Abtrennen des Joule'schen Stromes im untersuchten System verbleibende Wärme (q) und die Größe des Wärmeflusses durch die Wand des untersuchten Zylinders (Q₃) geringer als 0,50% und innerhalb von 0.10% liegen; (2) die Standarddeviation der nach dieser Methode bestimmten thermischen Leitfähigkeit ist geringer als 1.0%; (3) die Werte fürq, Q₃ und der innere Radius des Zylinders sind drei grundlegende Faktoren, welche die Größe der thermischen Leitfähigkeit dieser Substanzen beeinflussen.