CN101198400B - 烟火物品的干法工艺制造及生成的烟火物品 - Google Patents

烟火物品的干法工艺制造及生成的烟火物品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及烟火物品的干法工艺制造及生成的烟火物品。本发明涉及一种对由在胍基衍生物、金属氢化物、碱金属氢化物或碱土金属氢化物之中选出的至少一种还原填料以及在碱金属硝酸盐、碱性金属的碱土金属硝酸盐之中选出的至少一种氧化填料形成的烟火物品进行干法工艺制造的方法，所述还原填料和所述氧化填料中的至少一种具有蠕变特性。所述方法使得能通过压实/压缩直接得到颗粒和小球；通过在压实之后进行粒化得到可如上所述使用的粒料；通过在压实、粒化之后进行压缩得到压缩物品。本发明还涉及所生成的有效的烟火物品。

Description

烟火物品的干法工艺制造及生成的烟火物品
技术领域
本发明涉及烟火物品的技术领域，特别涉及在机动车安全领域，例如气囊用的气体发生器中使用的烟火物品的技术领域。本发明更具体地涉及一种用于制造烟火物品，特别是在机动车安全领域中使用的烟火物品的干法工艺。本发明还涉及本身具有新颖性的所述物品及其用途。 
背景技术
本领域中公知烟火物品的制造工艺，其包括捏合步骤、借助于双螺杆挤压机进行的挤压步骤以及用于对挤压后获得的杆进行截短(chopping)的步骤。例如在法国专利申请No.2 779 426中描述了这种制造工艺。然而，这种工艺不能用于所有类型的烟火组合物。实际上，当组合物包含大量诸如高氯酸铵或硝酸钠之类的装药时，材料变得非常粘稠而不能再进行挤压。 
用于机动车安全的新型推进剂可具有超过95％的装药含量，因而其必须采用不同的制造工艺。该制造工艺为例如借助于压力机或造粒机进行压缩。 
颗粒(pellet)生产基于以下步骤： 
-将组合物的原材料进行混合；以及 
-压实。 
这两个步骤可任选地跟随有粒化步骤，粒化步骤本身可任选地跟随有用于使压缩物品成形的步骤。 
专利US 6,143,102描述了一种可以以颗粒形式使用的烟火组合物。这种组合物含有硝酸胍、碱式硝酸铜以及一种以上的金属氧化物。其通过湿法获得。 
粒化步骤可以获得粒料。为得到朝向位于下游的造粒机的适当材料 流，有必要形成粒料，从而使造粒机能正确运行。 
可通过不同方法实现粒化，例如通过料浆法(slurry method)。料浆法在于将装药溶解在溶剂(例如，水)中，然后使溶剂蒸发。可通过例如雾化实现溶剂蒸发。雾化在于以小液滴形式将溶液喷洒到热空气流中，从而使材料结晶而形成粒料。这种公知类型的制造工艺的缺点在于相当昂贵而且产量低。按公知方法，接着在造粒机中压缩得到的粒料以形成烟火化合物的颗粒。 
可采用其他公知的粒化方法。但是，这些方法多数需要干燥步骤，而干燥步骤被证实时间长而且困难。该步骤的存在对于产量有不利影响，而且还产生高投资成本。 
专利US 5 489 349描述了新颖的烟火物品及其生产工艺。在所述工艺的第一阶段，通过压实由粉末生成小碎片。然后通过在低压下进行压缩使所述小碎片聚结。在最终产品的结构中，所述小碎片保持其个体性。 
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于制造烟火物品的简单工艺，该工艺的产量令人非常满意并且投资成本低。 
该目的通过将技术(干法工艺)和原材料选择相组合而实现。 
所述技术与特定原材料的组合(匹配)使得能在有利条件下获得具有优异特性的烟火物品，该烟火物品尤其涉及以下面的不同形式在用于机动车安全的烟火气体发生器中使用的烟火物品： 
-直接通过压实/压缩步骤产生的颗粒或小片(tablet)型压实物品； 
-通过压实和粒化这两个连续步骤产生的粒料；或者 
-通过压实、粒化和压缩这三个连续步骤产生的压缩物品。 
本发明的工艺特别适用于具有高装药含量(超过95％，或者甚至(近似)100％)的组合物，其中至少一种装药在应力作用下流动。例如包含硝酸胍的组合物就是如此。 
本发明的工艺是用于制造烟火物品的干法工艺，该工艺包括： 
-对包括氧化装药和还原装药的类型的粉状原材料进行干混合；以及
-将得到的混合物干压实。 
所述粉状原材料包括从胍基衍生物(例如硝酸胍：GN)、金属氢化物(例如TiH2)、碱金属氢化物(例如LiH)和碱土金属氢化物(例如CaH2)中选出的至少一种还原装药以及从碱金属硝酸盐(例如硝酸钾、硝酸钠和硝酸锂)、碱土金属硝酸盐(例如硝酸锶、硝酸铍和硝酸钡)和碱式金属硝酸盐(例如碱式硝酸铜：BCN)中选出的至少一种氧化装药，所述还原装药和所述氧化装药中的至少一种具有在应力作用下流动的特性。 
所述粉状原材料优选包括至少一种胍基衍生物，特别优选为硝酸胍。 
有利的是，所述粉状原材料包括硝酸胍(GN)和碱式硝酸铜(BCN)。在该有利变型例的构架下，所述粉状原材料通常包括： 
-重量占45％至55％的硝酸胍；以及 
-重量占40％至50％的碱式硝酸铜。 
非常有利的是，所述原材料不包含除所述硝酸胍(GN)和碱式硝酸铜(BCN)以外的氧化装药或还原装药。 
在本发明的工艺中，通过适于混合所述材料(粉末)的任何技术进行所述粉状原材料的混合。 
通常，通过使原材料混合物经过沿相反方向旋转的两个辊之间而进行压实。因此，通常使用辊式压实机。压实压力通常介于1500巴和6000巴之间。 
可通过单螺杆或多螺杆系统将在混合步骤之后得到的原材料混合物输送到压实步骤。 
在第一变型例中，本发明的工艺包括用于同时进行干压实和压缩的(单个)步骤以(直接)形成体积介于10mm3和2cm3之间的颗粒或小片。 
可在辊式压实机中进行所述单个压实/压缩步骤，至少一个辊的外表面挖出具有适当尺寸的小室。在所述小室中压缩原材料混合物。有利的是，所述辊式压实机在其两个辊的每一个的表面上均具有(对应)小室。 
本发明的工艺的该变型例(可归纳如下：干混合+干压实/压缩)特别有利的是其能够直接得到可在气体发生器中使用的颗粒或小片型烟火物品。因而可省略接下来的粒化步骤，从而提高生产率并降低生产成本。 
因而通过选出的原材料，可直接制备可如此使用的具有一定体积的颗粒和小片。 
已指出颗粒和小片的体积介于10mm3和2cm3之间。这通常对应于重量在几十毫克和10克之间的颗粒和小片。 
所述颗粒和小片显著大于根据专利US 5 489 349的碎片。 
所述颗粒和小片及其用途构成本发明的另一主题： 
一如上所述可通过工艺的第一变型例得到的烟火物品；具有上述体积和组合物的颗粒型或小片型物品； 
-所述物品的用途，特别是作为在能使机动车安全气囊充气的气体发生器中的烟火装药的用途。 
在第二变型例中，本发明的工艺包括产生压实材料条带的“传统”干压实。所用的压实机的辊表面不进行加工，完全为平面。 
这里指出，压实压力通常介于1500巴和6000巴之间，不管所述压实的确切变型(压实/压缩或“传统”压实)如何。 
“传统”干压实之后得到的压实材料条带通常不具有所述用途，而是用于供入制粒机。 
因此本发明的工艺在其第二变型例的构架下通常还包括压实混合物的干粒化，因而可归纳如下：干混合+干压实+干粒化。 
通常通过迫使压实混合物通过分级格栅进行所述干粒化，这通常借助于使所述压实混合物紧靠所述栅格形成碎片的转子。因此，通常借助于一个以上的制粒机进行所述干粒化，所述制粒机均由转子和分级栅格构成。 
在实施本发明工艺的该第二变型例的构架下，有利的是可通过拣选生成的粒料以产生分级优异的粒料而完成所述粒化。有利地将不合格的粒料或者次级残余材料重新使用(回收到该工艺中)，从而进行另一粒化步骤。 
在该粒化步骤之后，再次得到可在诸如气体发生器之类的烟火系统 中直接使用的烟火物品(这次为粒料类型，有利的是分级粒料)。这些粒料通常具有几百微米至几毫米的数量级的尺寸；其尺寸通常保持在5mm以下。 
可从上述原材料非常致密地得到所述粒料，即，密度大于理论密度的90％。 
所述粒料及其用途构成本发明的另一主题： 
-可通过借助于上述干粒化完成的本发明工艺的第二变型例得到的烟火物品；具有上述密度和组合物的粒料型物品； 
-所述物品的用途，特别是作为用于机动车安全系统中所包含的烟火装药的点火装药或作为此类烟火装药的用途(与通过压实/压缩直接得到的颗粒和小片的上述推荐用途相同)。 
按照全新的方式，本发明的工艺可以制备可直接使用的所述粒料。 
本发明的工艺在其第二变型例的构架下可包括在粒化步骤之后，对得到的粒料进行干压缩的步骤，从而将工艺归纳如下：干混合+干压实+干粒化+干压缩。 
因此在本发明工艺的另一变型例中，得到的粒料可用于供入压力机。 
施加于粒料的压力通常介于1500巴和6500巴之间，以得到厚度大约为2mm的致密物品。压缩时施加的该压力通常大于压实时施加的压力。 
在本发明的粒料上进行的压缩提供了致密的压缩烟火物品(密度大于理论密度的90％)，该物品特别是为颗粒型(在这种情况下在造粒机中进行压缩步骤)、薄片(wafer)型或整料型。该列举不为穷举。 
所述致密压缩烟火物品及其用途构成本发明的另一主题： 
-如上所述可通过借助于干粒化和干压缩完成的本发明工艺的第二变型例得到的烟火物品；具有上述密度和组合物的压缩型(例如颗粒、薄片、整料等)物品； 
-所述物品的用途，特别是作为用于在机动车安全系统中所包含的烟火装药的点火装药或作为此类烟火装药的用途(参见上述)。 
本领域的技术人员将会领会本发明工艺的总体价值。 
所选的技术(干法工艺)使得能够具体从所选的原材料(尤其是GN +BCN)出发： 
直接获得高性能的颗粒和小片； 
获得可直接使用的粒料。 
附图说明
从以下参照附图的说明中将会更加清楚本发明及其特征和优点，在附图中： 
图1是根据本发明的制造工艺的一个实施方式的示意图； 
图2是能够在实施根据本发明的工艺的一个变型例中使用的旋转造粒机的循环的顶视图；以及 
图3示出了压实辊的实施例，该压实辊包含用于直接获得压实/压缩物品的小室。 
具体实施方式
根据本发明的制造工艺包括用于将形成组合物的原材料混合的步骤1。如图1所示，可利用现有技术状态中公知的不同设备实现混合。可借助于“旋转器”10、对流式螺旋搅拌器11、或者例如对流式桨叶搅拌器12实现所述混合。根据本发明，对成分进行干混合。 
接着，对得到的混合物进行压实步骤2，并任选地进行粒化步骤2bis。根据本发明，通过干法工艺实现该粒化步骤，即不需要使用溶剂。首先将粉末形式的混合物喷射到压实机20中以进行压实步骤。例如使用在压实机20内开口的螺杆系统13实现沿向前方向S喷射材料。压实机20呈两个辊200、201的形式，这两个辊平行布置并间隔开而在它们之间留有间隙，在该间隙中压实混合物。这两个辊200、201绕其相应轴线以同一速度沿相反方向旋转。在两个辊之间的材料上施加压力。辊200、201的旋转方向选择成使材料沿由蜗杆13限定的向前方向S运动。 
离开压实机20的压实混合物呈例如条带的形式，或者若存在压缩则为颗粒或小片的形式。 
若不存在压缩，则可将从压实机产生的条带引入到制粒机中。利用 在格栅22附近旋转的转子21实现粒料转化。轮21在其旋转时能迫使材料条带通过格栅22。条带在通过格栅22中的孔时被研磨成粒料。 
接着对得到的粒料进行拣选，使其为特定等级。为得到期望大小的粒料，可使用由两个叠置格栅23、24形成的系统。上格栅23的网眼长度比下格栅24的大。若得到的粒料为期望尺寸，粒料就穿过上格栅23，而过大的粒料则留在该格栅23上。过小的粒料穿过上格栅23并穿过下格栅24。位于两个格栅23、24之间的粒料，即不太小也不太大的粒料将用于诸如颗粒、薄片或整料(为此而压缩所述粒料)之类的压缩物品的制造，或者直接这样使用。可将过大和过小的粒料再次喷射到压实机20中。 
可借助于旋转造粒机或者例如借助于往复压力机(未示出)实现烟火组合物到颗粒的转化(粒化步骤3)，在图2中示出了旋转造粒机的工作原理。 
粒料被持续灌注到包括进料器300的进料斗以及由转动架承载的多个模具31，并在所述进料器的前方持续行进。每个模具31关联有两个冲头32、33，一个在下一个在上。下冲头使得能计量借助于进料器300灌注到模具31内的粒料。接着，平整装置36使得可将过量的粒料从模具31移除。当填充有粒料的模具31旋转时，下冲头32和上冲头33例如借助于压力辊34朝彼此运动，直至压缩位于它们之间的粒料。然后将通过压缩在两个冲头之间形成的烟火化合物35弹出。 
在根据本发明工艺的一个变型例中，可省略压缩步骤，使制造的致密分级粒料足以供入烟火系统。 
在根据本发明工艺的一个变型例中，可省略通过迫使粒料穿过格栅22而将粒料转化的步骤以及压缩步骤，在这种情况下在压实期间进行压缩而形成颗粒或小片。为此，在所示的变型例中，各个压实辊200、201的边缘具有小室A(图3)。小室A可具体不同的几何形状，例如具有长方形、正方形或圆形截面。在旋转过程中，各辊200、201的各小室A与另一辊中的小室相关联并相对应。因此在该变型例中，烟火材料的混合物不仅在辊200、201之间被压实，而且在小室A中直接被压缩成颗粒或 小片。因此，省略(随后进行的)压缩步骤能提高生产率并显著降低生产成本。 

Claims (11)

1.一种用于制造烟火物品的干法工艺，该工艺包括：
-对包括氧化装药和还原装药的类型的粉状原材料进行干混合；所述粉状原材料包括从胍基衍生物和金属氢化物中选出的至少一种还原装药以及从碱金属硝酸盐、碱土金属硝酸盐和碱式金属硝酸盐中选出的至少一种氧化装药，所述还原装药和所述氧化装药中的至少一种具有在应力作用下流动的特性，以及
-将得到的混合物干压实，所述干压实在辊式压实机中进行并且生成压实材料条带，
-对压实混合物进行干粒化。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述粉状原材料包括从碱金属氢化物和碱土金属氢化物中选出的至少一种还原装药。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述粉状原材料包括从硝酸胍、TiH2、LiH和CaH2中选出的至少一种还原装药。
4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述粉状原材料包括硝酸胍。
5.根据权利要求1或4所述的工艺，其特征在于，所述粉状原材料包括：
-重量占45％至55％的硝酸胍；以及
-重量占40％至50％的碱式硝酸铜。
6.根据权利要求1或4所述的工艺，其特征在于，压实压力介于1500巴和6000巴之间。
7.根据权利要求1或4所述的工艺，其特征在于，通过迫使压实混合物通过分级格栅而进行所述干粒化。
8.根据权利要求1或4所述的工艺，其特征在于，该工艺还包括对得到的粒料进行干压缩。
9.根据权利要求5所述的工艺，其特征在于，该工艺还包括对得到的粒料进行干压缩。
10.一种烟火物品，该烟火物品可根据权利要求1或8所述的工艺得到，并呈密度大于理论密度的90％的粒料或压缩物品的形式。
11.根据权利要求10所述的烟火物品作为用于机动车安全系统中所包含的烟火装药的点火装药或作为烟火装药的用途。
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