CN107151193B - 一种基于低燃温载体的烟火药制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于低燃温载体的烟火药制备方法，将现有烟火药配方中氧化剂、可燃剂和粘合剂单独混合造粒，形成大量预制高温燃烧质点，而功能添加剂经过含能材料包覆或镶嵌后，分散在高温燃烧质点之间，包覆含能材料的功能添加剂燃烧时起到快速传火，同时在高温燃烧质点剧烈燃烧时迅速脱离燃烧界面进入火焰，形成低燃温火焰载体。通过本发明所述方法直接将功能添加剂带入火焰区，使火焰温度容易得到理想控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合含能材料制备方法，特别涉及一种基于低燃温载体的烟火药制备方法。
背景技术
与单质炸药不同，一般烟火药是主要由氧化剂颗粒、可燃剂颗粒、粘合剂、功能添加剂组成的半封闭自供氧体系的复合型含能材料，是不同种材料紧密接触的多孔性燃烧介质。烟火药组分中的功能添加剂主要包括使火焰着色的染焰剂、加快或缓慢燃速的调速剂、增强物理化学安定性的安定剂、降低机械敏感度的钝感剂以及增强各种烟火效应的添加物质等。另外，各种功能添加剂需要一个合适的作用温度，如果烟火药主要成份燃烧温度过高，有机性功能添加剂会被炭化，造成特种效应效能降低；温度过低，提供能量不够，功能添加剂由于膨胀效率低或者是达不到电子能级跃迁等因素，造成烟火特种效应低下。显然，在保持适当的温度条件下，功能添加剂越多越好，许多烟火药的功能添加剂含量甚至已经达到40～60％以上，功能添加剂需要借助烟火药中氧化剂和可燃剂的燃烧来实现烟火效应。但是，一方面烟火药燃烧自身需要一个较高燃烧温度平台，促使金属颗粒液化和汽化，以及氧化剂的分解等，才能保证稳定燃烧；另一方面，大量功能添加剂加入，扩散在氧化剂颗粒、可燃剂颗粒之间，阻碍了烟火药主要成份的燃烧效果，有些甚至不能可靠点燃，造成断燃等现象。
以上两个方面说明，烟火药稳定燃烧需要一个温度平台，而功能添加剂高效作用需要的温度平台并不与烟火药稳定燃烧的平台匹配。以催泪剂为例，其主要成份CS和辣椒素，需要一个较低的温度升华到空气中，就目前而言，氯酸钾的分解温度较低，是烟火药成份中最适合的氧化剂，无论如何，氯酸钾的分解温度仍然远超出催泪剂的升华温度，而且安全性已经成为非常棘手的问题。另外如人工降雨剂，其中主要成份碘化银在火焰温度下最好直接升华到空气中，而过高的燃温必然造成分解，失去效能。这些烟火药(制品)都需要一个低温可靠燃烧的平台，使其发挥最大效能。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于低燃温载体的烟火药制备方法。
为实现上述目的，本发明提供了其中一种技术方案：一种低燃温载体的烟火药制备方法，包括如下步骤：
第一步，高温燃烧质点的制作：根据烟火药的组成，将提供能量的可燃剂和氧化剂经粘结、造粒；
第二步，将功能添加剂湿混、造粒，造粒后的粒径与高温燃烧质点的粒径比控制在1-5:1，将之与高温燃烧质点混合均匀，压制成型。
为实现上述目的，本发明还提供了另一种技术方案：一种低燃温载体的烟火药制备方法，包括如下步骤：
第一步，高温燃烧质点的制作：根据烟火药的组成，将可溶性的可燃剂和氧化剂制成共结晶颗粒；
第二步，将功能添加剂造粒，造粒后的粒径与高温燃烧质点的粒径比控制在
1-5:1，将之与高温燃烧质点混合均匀，压制成型。
为实现上述目的，本发明还提供了另一种技术方案：一种低燃温载体的烟火药制备方法，包括如下步骤：
第一步，低温过桥材料制作：根据烟火药的组成，以易燃布料、纤维作为骨架，将提供能量的可燃剂和氧化剂制成薄膜；
第二步，将功能添加剂均匀涂覆到薄膜上。
第一步中，将可燃剂和氧化剂制成浆液或溶液，将易燃布料浸渍在所述的浆液或溶液中。
第一步中，将可燃剂和氧化剂制成浆液或溶液，再均匀涂覆于易燃布料表面。
第一步中，将可燃剂、氧化剂和纤维制面团，再碾压成薄膜。
本发明上述所述三个技术方案中，采用的氧化剂选自氯酸钾、高氯酸钾、聚四氟乙烯、硝酸钾、硝酸锶、硝酸钠、硫酸锶、硫酸铜、六氯乙烷、四氧化三铁、过氧化钡、氧化铜、氧化铁、高氯酸钾、硝酸铵、高氯酸铵中任意一种或几种。
本发明上述所述三个技术方案中，采用的可燃剂选自镁粉、铝粉、铝镁合金粉、锆粉、硅粉、木炭、赤磷、硼粉、三聚氰胺、双氰胺、铁氰化钾、蔗糖、乳糖等中任意一种或几种。
本发明上述所述三个技术方案中，粘结、造粒工艺中采用的粘合剂选自硝化纤维素、酚醛树脂、氟橡胶、PVC、丁基橡胶、端羟基聚丁二烯(HTPB)、聚乙烯醇、丙纶原料等中任意一种或几种。
与现有的烟火药相比，本发明具有显著优点：(1)本发明的低燃温载体技术，在高温燃烧质点的微尺度空间内燃烧时没有功能添加剂的干扰，形成了低燃温火焰载体。(2)本发明中可解决替代氯酸钾为主的配方体系，并具有高效的低温燃烧体系。(3)可使功能添加剂整体含量进一步提高。(4)低燃温载体技术，剧烈的质点燃烧火焰直接将功能添加剂带入火焰区，使火焰温度容易得到理想控制。
具体实施方式
本发明采用将现有烟火药配方中氧化剂、可燃剂和粘合剂单独混合造粒，形成大量预制高温燃烧质点，而功能添加剂经过含能材料包覆或镶嵌后，分散在高温燃烧质点之间，包覆含能材料的功能添加剂燃烧时起到快速传火，同时在高温燃烧质点剧烈燃烧时迅速脱离燃烧界面进入火焰，形成低燃温火焰载体。
实施例1：
第一步，高温燃烧质点制作。称取材料(以总剂量100g为例)：称取粘合剂3g～15g的材料(如酚醛树脂)，倒入100ml～400ml溶剂中(如酒精)，溶解温度20℃～90℃，待完全溶解或部分溶解，制得混合胶液→称取氧化剂(单种或定量各取，20g～60g，如硝酸钾)，可燃剂(单种或定量各取，15g～60g，如蔗糖)→将称取的氧化剂、可燃剂混合胶液中，通过机械搅拌，或超声，或水浴恒温使其混合均匀→混好药剂均匀摊开，挥发或蒸发溶剂→造粒→干燥或烘干；第二步，过桥传火功能添加剂。称取材料(以总剂量100g为例)：称取粘合剂3g～15g的材料(如硝化棉)，倒入100ml～400ml溶剂中(如丙酮)，溶解温度20℃～90℃，待完全溶解或部分溶解，制得混合胶液→称取含能材料(单种或定量各取，3g～42g，如5-氨基四氮唑)：功能添加剂(单种或定量各取，55g～95g，如辣椒素或CS)→将称取的功能添加剂、含能材料倒入混合胶液中，通过机械搅拌，或超声，或水浴恒温使其混合均匀→混好药剂均匀摊开，挥发或蒸发溶剂→造粒→滚光→干燥或烘干；第三步，称取干燥后高温燃烧质点药剂30g～98g，称取干燥后过桥传火功能添加剂2g～70g，混合均匀→模压成药柱或若干药片→将药柱或药片集装在燃烧容器内，加装或涂覆点火药→点火或抛射(散)点火，形成低燃温火焰载体(如低燃温催泪剂)。
实施例2：
第一步，高温燃烧质点制作。称取材料(以总剂量100g为例)：称取氧化剂(单种或定量各取，20g～60g，如硝酸钾)：可燃剂(单种或定量各取，15g～60g，如蔗糖)，称取粘合剂3g～15g的材料(如酚醛树脂)→用酒精或丙酮喷湿，反复过筛，混合均匀；第二步，过桥传火功能添加剂。称取材料(以总剂量100g为例)：称取粘合剂3g～15g的材料(如硝化棉)，称取含能材料(单种或定量各取，3g～42g，如5-氨基四氮唑)，功能添加剂(单种或定量各取，55g～95g，如辣椒素或CS)→用酒精或丙酮喷湿，反复过筛，混合均匀；第三步，称取干燥后高温燃烧质点药剂30g～98g，称取干燥后过桥传火功能添加剂2g～70g，混合均匀→模压成药柱或若干药片→将药柱或药片集装在燃烧容器内，加装或涂覆点火药→点火或抛射(散)点火，形成低燃温火焰载体(如低燃温催泪剂)。
实施例3：
第一步，高温燃烧质点制作。称取材料(以总剂量100g为例)：称取氧化剂(单种或定量各取，20g～60g，如硝酸钾)：可燃剂(单种或定量各取，15g～60g，如蔗糖)，称取粘合剂3g～15g的材料(如酚醛树脂)→用酒精或丙酮喷湿，反复过筛，混合均匀；第二步，过桥传火功能添加剂。称取材料(以总剂量100g为例)：称取粘合剂3g～15g的材料(如硝化棉)，称取含能材料(单种或定量各取，3g～42g，如5-氨基四氮唑)，功能添加剂(单种或定量各取，55g～95g，如辣椒素或CS)→用酒精或丙酮喷湿，反复过筛，混合均匀；第三步，称取干燥后高温燃烧质点药剂30g～98g，称取干燥后过桥传火功能添加剂2g～70g，混合均匀→混好药剂均匀涂覆在骨架材料(布质材料、塑料薄膜)上→挤压或滚压，使药剂均匀压制在布质材料的经纬间隙内→切割成若干使用单元→干燥或烘干→将药柱或药片集装在燃烧容器内，加装或涂覆点火药→点火或抛射(散)点火，可形成低燃温火焰载体(如低燃温催泪剂)。
实施例4：
第一步，高温燃烧质点丝条制作。称取材料(以总剂量100g为例)：称取粘合剂10g～15g的材料(如丁羟胶)→称取氧化剂(单种或定量各取，20g～60g，如硝酸钾)，可燃剂(单种或定量各取，15g～60g，如蔗糖)→将称取的氧化剂、可燃剂与胶混合均匀，通过机械搅拌→固化或蒸发溶剂→将药剂攒成面团→挤压成膜；第二步，过桥传火功能添加剂丝条制作。称取材料(以总剂量100g为例)：称取粘合剂10g～15g的材料(如丁羟胶)→称取含能材料(单种或定量各取，3g～42g，如5-氨基四氮唑)：功能添加剂(单种或定量各取，55g～95g，如辣椒素或CS)→将称取的功能添加剂、含能材料与胶混合均匀→固化或蒸发溶剂→将药剂攒成面团→挤压成膜；第三步，取高温燃烧质点薄膜1～5张，取过桥传火功能添加剂薄膜1张，按照三明治结构叠加→模压成药柱或若干药片→将药柱或药片集装在燃烧容器内，或者将药柱或药片再次切割成碎片集装在燃烧容器内，加装或涂覆点火药→点火或抛射(散)点火，形成低燃温火焰载体(如低燃温催泪剂)。
实施例5：
第一步，高温燃烧质点丝条制作。称取材料(以总剂量100g为例)：称取粘合剂10g～35g的材料(如丙纶原料)→称取氧化剂(单种或定量各取，10g～45g，如高氯酸钾)，可燃剂(单种或定量各取，15g～45g，如镁粉)→将称取的氧化剂、可燃剂与胶混合均匀，通过加温成液体→使用拉丝设备拉丝；第二步，过桥传火功能添加剂丝条制作。称取材料(以总剂量100g为例)：称取粘合剂10g～35g的材料(如丙纶原料)→称取含能材料(单种或定量各取，3g～42g，如过氧化钡)：功能添加剂(单种或定量各取，55g～95g，如可膨胀石墨)→将称取的功能添加剂、含能材料与胶混合均匀，通过加温成液体→使用拉丝设备拉丝；第三步，按照高温燃烧质点丝条与过桥传火功能添加剂丝条1～5：1比例混纺成布，或者是缠绕成绳→将药片再次切割成碎片，或者集束→模压成药柱或若干药片→将药柱或药片集装在燃烧容器内，加装或涂覆点火药→点火或抛射(散)点火，形成低燃温火焰载体(如低燃温毫米波发烟剂)。
实施例6：
第一步，高温燃烧质点薄膜制作。称取材料(以总剂量100g为例)：称取粘合剂3g～15g的材料(如丁羟胶)→称取氧化剂(单种或定量各取，20g～60g，如硝酸钾)，可燃剂(单种或定量各取，15g～60g，如蔗糖)→将称取的氧化剂、可燃剂与胶混合均匀，通过机械搅拌→固化或蒸发溶剂→将药剂攒成面团→挤压成膜；第二步，过桥传火功能添加剂。称取材料(以总剂量100g为例)：称取粘合剂3g～15g的材料(如硝化棉)，称取含能材料(单种或定量各取，3g～42g，如辣椒素或CS)，功能添加剂(单种或定量各取，55g～95g，如5-氨基四氮唑)→用酒精或丙酮喷湿，反复过筛，混合均匀；第三步，取高温燃烧质点薄膜1张，取过桥传火功能添加剂1g～5g，涂覆在高温燃烧质点薄膜上，按照夹层结构再盖上一层高温燃烧质点薄膜，可多次叠加→模压成药柱或若干药片→将药柱或药片集装在燃烧容器内，或者将药柱或药片再次切割成碎片集装在燃烧容器内，加装或涂覆点火药→点火或抛射(散)点火，形成低燃温火焰载体(如低燃温催泪剂)。
实施例7：
第一步，高温燃烧质点制作。称取材料(以总剂量100g为例)：称取氧化剂(单种或定量各取，20g～60g，如硝酸钾)，可燃剂(单种或定量各取，15g～60g，如蔗糖)→倒入100ml～400ml溶剂中(如水)，溶解温度20℃～90℃，待完全溶解，制得混合溶液→通过蒸发、干燥、冷冻干燥等工艺手段形成共结晶颗粒(如硝酸钾与蔗糖共结晶产品)；第二步，过桥传火功能添加剂。称取材料(以总剂量100g为例)：称取粘合剂3g～15g的材料(如硝化棉)，倒入100ml～400ml溶剂中(如丙酮)，溶解温度20℃～90℃，待完全溶解或部分溶解，制得混合胶液→称取含能材料(单种或定量各取，3g～42g，如5-氨基四氮唑)：功能添加剂(单种或定量各取，55g～95g，如辣椒素或CS)→将称取的功能添加剂、含能材料倒入混合胶液中，通过机械搅拌，或超声，或水浴恒温使其混合均匀→混好药剂均匀摊开，挥发或蒸发溶剂→造粒→滚光→干燥或烘干；第三步，称取干燥后高温燃烧质点药剂30g～98g，称取干燥后过桥传火功能添加剂2g～70g，混合均匀→模压成药柱或若干药片→将药柱或药片集装在燃烧容器内，加装或涂覆点火药→点火或抛射(散)点火，形成低燃温火焰载体(如低燃温催泪剂)。
Claims (9)
1.一种基于低燃温载体的烟火药制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，高温燃烧质点的制作：根据烟火药的组成，将提供能量的可燃剂和氧化剂经粘结、造粒；
第二步，将经过含能材料5-氨基四氮唑或过氧化钡包覆或镶嵌的功能添加剂湿混、造粒，造粒后的粒径与高温燃烧质点的粒径比控制在1-5:1，将之与高温燃烧质点混合均匀，压制成型。
2.一种基于低燃温载体的烟火药制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，高温燃烧质点的制作：根据烟火药的组成，将提供能量的可溶性的可燃剂和氧化剂制成共结晶颗粒；
第二步，将经过含能材料5-氨基四氮唑或过氧化钡包覆或镶嵌的功能添加剂造粒，造粒后的粒径与高温燃烧质点的粒径比控制在1-5:1，将之与高温燃烧质点混合均匀，压制成型。
3.一种基于低燃温载体的烟火药制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，低温过桥材料制作：根据烟火药的组成，以易燃布料或纤维作为骨架，将提供能量的可燃剂和氧化剂制成薄膜；
第二步，将经过含能材料5-氨基四氮唑或过氧化钡包覆或镶嵌的功能添加剂均匀涂覆到薄膜上。
4.如权利要求3所述的基于低燃温载体的烟火药制备方法，其特征在于，第一步中，将可燃剂和氧化剂制成浆液或溶液，将易燃布料或纤维浸渍在所述的浆液或溶液中制成所述的薄膜。
5.如权利要求3所述的基于低燃温载体的烟火药制备方法，其特征在于，第一步中，将可燃剂和氧化剂制成浆液或溶液，再均匀涂覆于易燃布料或纤维表面制成所述的薄膜。
6.如权利要求3所述的基于低燃温载体的烟火药制备方法，其特征在于，第一步中，将可燃剂、氧化剂、易燃布料或纤维制成面团，再碾压成所述的薄膜。
7.如权利要求1、2或3所述的基于低燃温载体的烟火药制备方法，其特征在于，氧化剂选自氯酸钾、高氯酸钾、聚四氟乙烯、硝酸钾、硝酸锶、硝酸钠、硫酸锶、硫酸铜、六氯乙烷、四氧化三铁、过氧化钡、氧化铜、氧化铁、硝酸铵、高氯酸铵中任意一种或几种。
8.如权利要求1、2或3所述的基于低燃温载体的烟火药制备方法，其特征在于，可燃剂选自镁粉、铝粉、铝镁合金粉、锆粉、硅粉、木炭、赤磷、硼粉、三聚氰胺、双氰胺、铁氰化钾、蔗糖、乳糖中任意一种或几种。
9.如权利要求1或2所述的基于低燃温载体的烟火药制备方法，其特征在于，粘结、造粒工艺中采用的粘合剂选自硝化纤维素、酚醛树脂、氟橡胶、PVC、丁基橡胶、端羟基聚丁二烯、聚乙烯醇、丙纶原料中任意一种或几种。
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