Page 190 - 《爆炸与冲击》2026年第9期

第 46 卷 王慧婷，等： 不同双金属超分子化合物抑制镁粉爆燃火焰的实验研究 第 9 期

加 NaHCO 、MgAl-Cl、ZnCr-CO 、CaFe-Cl、MgAl-CO 、CuAl-CO 和 3 CaFe-CO 之后火焰传播到管道顶端
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的时间依次延迟 36、39、40、42、44、46 和 65 ms，已知管道长度为 900 mm，由此计算不同抑爆剂作用下
火焰平均传播速度与速度降低的百分数，如表 1 所示。在加入传统抑爆剂 NaHCO 时镁粉火焰传播的平
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均速度仅降低 11.13%，而加入双金属超分子化合物材料后火焰平均速度降低 11.13%、17.95%、20.01%、
23.82%、27.30%、30.43%、50.76%，均大于加入 NaHCO 的降幅，其中加入 CaFe-CO 超分子化合物后，镁
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粉火焰的平均传播速度降低 50.76%，证明其抑爆效果最佳。
为探究不同双金属超分子化合物材料对镁粉火焰速度的抑制效果，计算加入 6 种双金属超分子
化合物材料后火焰锋面最大速度与时刻如表 2 所示。按照最大速度将抑爆剂的抑爆效能从弱到强排
序为：MgAl-Cl、CaFe-Cl、NaHCO 、MgAl-CO 、ZnCr-CO 、CuAl-CO 、CaFe-CO 。与对比平均速度得到
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的抑爆效果排序不一致，其中 MgAl-Cl、CaFe-Cl 对应的最大火焰速度明显高于其他双金属超分子化
合物，且大于 NaHCO 对应的最大火焰速度，但二者的平均速度均小于 NaHCO 。观察数据发现：二者的最大
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火焰速度的出现时刻与到达管顶的时间几乎一致；加入 MgAl-Cl 后，火焰于 39 ms 到达管顶，而最大火
焰速度对应的时间为 35.25 ms；加入 CaFe-Cl 后，火焰到达管顶的时间为 42 ms，而在 39 ms 时火焰速度
达到最大。因此推测最大火焰速度与平均速度结果不一致的原因为：在靠近管道顶部的区域，由于材料
大部分已被消耗，此时仅有少部分双金属超分子化合物抑制燃烧反应的进行，因而在火焰接近管道顶部
时速度出现明显加快。这说明双金属超分子化合物材料在反应初期对镁粉火焰均有较好的抑制效果，
且双金属超分子化合物的抑爆效果由弱到强依次为：MgAl-Cl、ZnCr-CO 、CaFe-Cl、MgAl-CO 、CuAl-
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CO 、CaFe-CO 。
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表 1 加入不同抑爆剂后的火焰平均速度 表 2 加入不同抑爆剂后的火焰最大速度
Table 1 Average flame velocities with different Table 2 Maximum flame velocities with different
explosion suppressants added explosion suppressants added
到达管顶 平均速度/ 平均速度/ 到达管顶 锋面最大 最大速度
管长/mm 抑爆剂 降幅/% 抑爆剂
−1
−1
−1
时间/ms (m·s ) (m·s ) 时间/ms 速度/(m·s ) 时刻/ms
无 32 28.13 0 无 28.13 32 126.45 31.00
36 25.00 11.13 25.00 36 87.00 35.25
NaHCO 3 NaHCO 3
MgAl-Cl 39 23.08 17.95 MgAl-Cl 23.08 39 105.00 35.25
40 22.50 20.01 22.50 40 57.60 33.00
ZnCr-CO 3 ZnCr-CO 3
900
CaFe-Cl 42 21.43 23.82 CaFe-Cl 21.43 42 98.55 39.00
44 20.45 27.30 20.45 44 86.40 35.00
MgAl-CO 3 MgAl-CO 3
46 19.57 30.43 19.57 46 49.05 37.00
CuAl-CO 3 CuAl-CO 3
65 13.85 50.76 13.85 65 48.24 41.25
CaFe-CO 3 CaFe-CO 3
对有相同金属层板 MgAl-Cl 与 MgAl-CO 、CaFe-Cl 与 CaFe-CO 进一步分析，4 种双金属超分子化
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合物材料对镁粉爆燃火焰的平均速度降低百分数分别为 17.95% 与 27.30%、23.82% 与 50.76%。图 9 显
示了加入 4 种双金属超分子化合物材料后镁粉爆燃火焰速度的变化。当金属层板为 MgAl 时，可以观察
到火焰速度在反应初期变化较小，且始终小于 20 m/s；加入 MgAl-Cl 超分子化合物后，镁粉火焰最大速度
上升至 105 m/s，高于 MgAl-CO 对应的 86.4 m/s，在上升至最大速度后又降低至约 30 m/s，说明 MgAl-
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CO 对镁粉爆燃火焰的抑制效果优于 MgAl-Cl。而当金属离子为 CaFe 时，可以观察到 CaFe-Cl 对应的最
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大速度达到 98.55 m/s，远高于 CaFe-CO 对应的 48.24 m/s，且加入 CaFe-CO 双金属超分子化合物后在反
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应后期火焰速度降低至 3.96 m/s，说明 CaFe-CO 对镁粉爆燃火焰的抑制效果优于 CaFe-Cl。因而可以得
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出结论：层间阴离子为碳酸根离子的双金属超分子化合物对镁粉爆燃的抑制效果优于层间为氯离子的
超分子化合物。

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