Page 192 - 《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

应与质量损失呈弱关联性，推测为材料内部结合水的脱附过程。中温区为 220～550 ℃：DSC 曲线呈现
多级吸热/放热耦合现象，220～350 ℃ 区间吸热峰伴随 TG 曲线梯度增大，推测为 Fe(OH) 分解生成
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Fe O 的过程，Δm 累计达 5.83%；400～480 ℃ 出现放热峰，TG 曲线斜率趋缓，推测为固相碳化反应与气
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相产物释放达到动态平衡。高温区为 550～800 ℃：560 ℃ 附近二次吸热峰，对应的 TG 曲线失重速率陡
增，推测为 Ca(OH) 分解生成 CaO 的过程；700 ℃ 之后 TG 曲线趋于稳定，剩余相为 Fe O 与 3 CaO。CaFe-CO 3
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具体的分解反应式如下：
(1)
Ca 2 Fe(OH) CO 3 ·6H 2 O → 0.5Fe 2 O 3 +2CaO+8.5H 2 O+CO 2
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用 Origin 软件计算镁粉和 CaFe-CO 材料在反应过程中的热量变化，得到镁粉的放热量为 3 154.58 J/g，
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CaFe-CO 的吸热量为 1 637.02 J/g。可知，CaFe-CO 能够有效吸收反应体系的热量，降低温度。从镁粉
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与 CaFe-CO 的 3 TG 曲线中能够发现，镁粉在 583 ℃ 附近与 O 发生反应，而 CaFe-CO 在 3 65 ℃ 时就发生
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初始失重，生成 H O，而在 300 和 550 ℃ 时层板的羟基与金属离子又发生分解生成金属氧化物和 H O，且
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层间的碳酸根离子在高温条件下也会参与反应生成 CO ，稀释反应体系中 O 的质量浓度。因而 CaFe-
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CO 双金属超分子化合物材料因为较低的初始分解温度，不仅能有效吸收反应体系的热量，还能快速分
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解出 H O 2 与 CO 抑制爆炸火焰的发展。且 CO 由于比热容高，因而在反应过程中可以吸收更多热量，通
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过物理作用抑制爆炸反应。随着温度升高，在约 220 ℃ 时，CaFe-CO 材料开始分解生成 Fe O ，在约
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563 ℃ 分解生成 CaO。一方面，在分解过程中材料吸收热量会降低反应体系中的温度；另一方面，分解产
生的金属氧化物附着在镁粉颗粒表面，也会阻隔热量传递 [23] 。因而物理抑制机理主要是双金属超分子
化合物材料分解过程中吸收热量、生成惰性气体稀释 O 质量浓度和产生金属氧化物附着在镁粉颗粒表
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面阻隔热量传递 3 个方面。
选用的双金属超分子化合物材料层板金属离子种类多样，它们主要通过消耗氧自由基、氢自由基、
羟基来阻断燃烧反应，以 M 代表金属离子，可将其参与燃烧链式反应的具体过程 [29-30] 表示如下：
M+OH· → MOH (2)
M+O· → MO (3)

MOH+H· → M+H 2 O (4)

MOH+OH· → MO+H 2 O (5)
(6)
MO+OH· → M+HO 2
层间阴离子为氯离子和碳酸根离子 2 类，其中氯离子能迅速夺走燃烧链反应中的羟基自由基和氢自由
基，主要切断链的引发阶段 [31] ：

Cl+RH → R+HCl (7)

HCl+OH· → Cl+H 2 O (8)
而碳酸根离子一方面在吸热分解过程中会生成惰性气体 CO ，稀释反应体系中的 O 质量浓度，另一方面
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碳酸根离子也可与自由基结合，从而阻断燃烧反应的进行 [32] ：
(9)
CO 3 +H· → HCO 3
因而与传统的无机盐类抑爆剂相比，双金属超分子化合物材料因其层状结构与离子多样性而展示出更
优的抑爆性能。

3 结 论

本文中在哈特曼管装置中通过对加入 NaHCO 与 3 6 种双金属超分子化合物后镁粉火焰的形态与速

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