CN103214322A - 无硫烟火药组合物及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无硫烟火药组合物及其制造方法，其中该火药组合物以高氯酸钾和硝酸钡作氧化剂，硝基化合物作可燃剂，从而大大提高了烟花生产安全性、环保性，并降低了烟花火药的生产成本，检测各项指标优良。而且其制作方法简单，经混合—造粒—干燥—筛分简单工艺即可。解决了现有传统黑火药安全性差，易吸湿及生产危险性大等问题。发射效果超过黑火药，达到二氧化硫零排放等优点。可广泛适用于制造烟花发射药，大型礼花弹3-8寸开弹药。

Description

无硫烟火药组合物及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种无硫烟火药组合物及其制造方法，其中以高氯酸钾和硝酸钡作氧化剂，硝基化合物作可燃剂，从而大大提高了烟花生产安全性并降低了烟花火药的生产成本。 

背景技术

在现有技术中，烟花行业仍大量使用黑火药(军工硝)作为礼花弹的发射药。目前使用的黑火药配方为：硝酸钾75％、硫磺10％、麻杆木炭15％。黑火药具有优良的点火性能，是一种低速火药，点燃后，产生爆燃而不爆轰。它的不足之处是做功能力太小，能量低，燃烧时有烟、易吸湿、机械感度高。撞击感度：(锤重10公斤，落高25cm)52-60％爆炸，摩擦感度(3.923MPa，摆角90°)100％，由于摩擦感度高，烟花行业及烟火药生产企业经常产生重大安全事故，造成人身伤亡及财产损失。此外，烟花燃放时，产生大量二氧化硫对环境造成严重污染。 

因此，在烟花行业研制低感度安全性好、环保的新型无硫烟火药，进一步提高生产安全，并解决黑火药运输安全，是迫切需要解决的一个重要问题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械感度低、即安全性能好的，环保且制造方法简单的无硫烟火药组合物及其制造方法。 

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型的无硫烟火药组合物。从广义上说，火药是属于炸药一类，通常包括氧化剂、可燃剂、粘合剂、附加剂(如安定剂、燃烧催化剂、消烟剂等，根据具体需要进行选择)等组份。其可作为发射枪炮弹丸、火箭、导弹武器以及烟花行业中礼花弹等的能源材料。火药在燃烧时，其化学能转 变为热能，同时产生高压气体变成礼花弹或组合烟花内筒的功能。火药的性能指标主要由比容、爆温、火药力、比冲等表征。上述几大技术指标是研究性能优异火药的关键因素。本发明的氧化剂为硝酸钡、高氯酸钾。根据实验，优选这两种氧化剂最佳比例搭配。所述的硝酸钡和高氯酸钾，提供火药燃烧时所需的氧。 

可燃剂的选择同样至关重要，首先需要考虑该可燃剂分解时的比容(每克放出的气体毫升量)、爆温、爆热、感度。本发明选用硝酸化合物作为可燃剂，它们优选是：硝酸胍、硝基脲、三氨基胍硝酸(TAGN)中的任意一种或多种的组合，以取代了传统黑火药中的硫磺、木炭。上述化合物分解放出气体(CO₂、NO₂)，均能提供足够的比容，产生大量的气体爆燃。上述几种可燃剂，根据经济性、性能、原材料来源、生产简单等因素作出平衡，本发明最优选采用硝酸胍作为可燃剂。 

进一步优选地，氧化剂与可燃剂的加入量保持平衡，使得氧化剂能够提供足够的氧促使上述可燃剂分解。本发明优选氧化剂占无硫烟火药组合物的质量百分比为65％-75％，可燃剂占无硫烟火药组合物的质量百分比为20％-30％。 

粘合剂的选择主要考虑便于药物造粒使用，使粒状药物具有足够的强度和韧性。可供选择的粘合剂有：淀粉、糊精及一系列淀粉衍生物，聚乙烯醇、酚醛树脂、羟基聚丁二烯、纤维素衍生物(如甲基纤维素、乙基纤维素、醋酸纤维素)等等几十种，可根据不同种类烟花的具体需求选择其中任意一种或多种的组合。综合上述粘合剂品种，并从造粒干燥速度、溶剂的挥发度、毒性，本发明最优选乙基纤维素作为造粒粘合剂。 

本发明进一步优选，氧化剂以高氯酸钾为主体，加适量硝酸钡，以降低成本。 

此外，还可根据需要选择添加适量的镁、铝、铝镁合金、硼、硅、硅铁等金属或非金属以提高爆温、爆热，使得可燃剂爆燃时有足够的爆温、爆热，以利于提高火药力和比冲性能。但要适量，一方面避免大幅度提高成本，并且上述添加剂过量，火药力过高，会形成大爆轰而炸烂烟花发射筒。 

此外，作为优选，硝酸钡可采用经过重结晶的硝酸钡。通用的硝酸钡为不规则多面体结晶，而重结晶的硝酸钡可控制晶形成球形，分解反应时所吸收的热量只需通用硝酸钡的50％，更适合做礼花弹发射药的氧化剂。硝酸钡重结晶过程可采用分步结晶法。例如：将硝酸钡 溶于结晶池中3-4℃的冷冻水中，控制温度在4℃、6℃、8℃、10℃分别结晶40±5分钟，离心脱水，于60～100℃烘干、粉碎，得至少含有95％重量比例的粒度为120～300目的球形硝酸钡晶体。 

此外，作为优选，高氯酸钾可经硅烷偶联剂进行表面处理，经处理的高氯酸盐具有更高的活性。 

本发明无硫烟火药制造方法：按各自重量百分比称取高氯酸钾、硝酸钡、可燃剂和粘合剂，将其混合均匀后加入造粒机(如V型混合机)，在造粒机中喷入适量乙醇进行自动造粒，再经干燥、筛分后包装即可。 

与现有技术相比，本发明具有以下明显优点：1、由于采用硝酸钡及高氯盐作氧化剂，提高了熔点，熔点高达500～600℃，避免了原有黑火药中硫磺低温分解的缺点(黑火药发火点为290～310℃)，即使撞击、摩擦产生热点也不能引燃整个药物而发生爆炸事故。经湖南省烟花爆竹产品安全质量监督检测中心检测结果：撞击感度：34％，摩擦感度：0％，发火点：410℃，吸湿率：1％。安全性能指标超过传统黑火药。2、烟花礼花弹发射药装药量只需原装药量的1/3，火药力、比冲超过黑火药的2倍，降低了烟花生产企业烟火药用药成本。3、由于新药吸湿率低，具有优良的贮存稳定性，解决了黑火药易吸湿的缺点。4、由于本发明的药物完全排除硫磺成分，使烟花燃放时，消除了二氧化硫对环境的污染，环保性能大大提高。新型无硫烟火药可用于大型礼花弹、小型礼花弹(盆花)、彩珠筒、礼花火箭推进药等。 

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明进行更详细的描述： 

实施例1 

取硝酸钡10份，高氯酸钾55份，硝酸胍30份，乙基纤维素5份，乙醇适量。在混合机中混合30分钟，在进入造粒机，喷入适量乙醇，造粒、干燥、筛分(过2.24～0.80筛孔)包装，即制作完成。根据GJB772A-9702601HE602.2方法检测上述组合物，撞击感度(锤重10公斤，落高25cm)，测得值为13％，摩擦感度：(表压1.25MPa，摆角90°)，测得值为0％。吸湿率：0.15％，着火温度：403℃，火焰感度：25.8(发火率为50％的高度)。氯酸钾、铅、汞、砷、硫均为零。 

礼花弹内筒试射，发射高度76.1米(黑火药75米)，装药量为传统黑火药的1/3。 

实施例2 

配方： 

工艺方法、工艺参数及检测方法同实施例1。吸湿率上升至1.5％，发射高度70米，其他测试指标同实施例1. 

实施例3： 

配方： 

工艺方法、工艺参数及检测方法同实施1。吸湿率2％，发射高度65米，其他测试指标同实施1. 

实施例4： 

配方： 

工艺方法、工艺参数及检测方法同实施例1。吸湿率0.10％，其他测试指标同实施例1. 

实施例5： 

配方： 

工艺方法、工艺参数及检测方法同实施例1。吸湿率0.08％，其他测试指标同实施例1。

Claims (10)

1.一种无硫烟火药组合物，该组合物包括氧化剂、可燃剂和粘合剂，其特征在于，所述氧化剂为硝酸钡和高氯酸钾组成的混合物，所述可燃剂为硝酸化合物。

2.如权利要求1所述的无硫烟火药组合物，其特征在于，氧化剂占所述无硫烟火药组合物的质量百分比为65％-75％，可燃剂占所述无硫烟火药组合物的质量百分比为20％-30％，粘合剂占所述无硫烟火药组合物的质量百分比为1％-5％。

3.如权利要求2所述的无硫烟火药组合物，其特征在于，所述氧化剂中的硝酸钡占所述无硫烟火药组合物的质量百分比为4％-30％，高氯酸钾占所述无硫烟火药组合物的质量百分比为45％-61％。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的无硫烟火药组合物，其特征在于，所述硝酸化合物选自硝酸胍、硝基脲或三氨基胍硝酸(TAGN)中的任意一种或多种的组合。

5.如权利要求1-3中任意一项所述的无硫烟火药组合物，其特征在于，所述粘合剂选自淀粉、糊精、淀粉衍生物、纤维素衍生物、聚乙烯醇、端羟基聚丁二烯和树脂中的任意一种或多种的组合。

6.如权利要求5所述的无硫烟火药组合物，其特征在于，所述纤维素衍生物为甲基纤维素、乙基纤维素或醋酸纤维素；所述树脂为酚醛树脂。

7.如权利要求1-3中任意一项所述的无硫烟火药组合物，其特征在于，所述硝酸化合物为硝酸胍。

8.如权利要求1-3中任意一项所述的无硫烟火药组合物，其特征在于，所述粘合剂为乙基纤维素。

9.如权利要求1-3中任意一项所述的无硫烟火药组合物，其特征在于，氧化剂所占质量百分比为65％，可燃剂所占质量百分比为30％，粘合剂所占质量百分比为5％。

10.如权利要求1-9中任意一项所述的无硫烟火药组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按各自重量百分比称取高氯酸钾、硝酸钡、可燃剂和粘合剂，将其混合均匀后加入造粒机，在造粒机中喷入适量乙醇进行自动造粒，再经干燥、筛分后包装即可。