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一种弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种点火药头，更具体地说是大能量化学点火药头，尤其涉及一种弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头及其制备方法，属于含能材料领域。按重量份数主要由下述组分组成：锆粉30‑50份，硝酸钡20‑40份，过氧化钡20‑40份，钝感剂2‑10份，弹性微球材料2‑10份。本发明通过四步法制备出弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头，中空微球使点火药的形状呈球形，能够保证悬浮粉尘火焰各向同性传播，提高实验数据的准确性和可重复性。该方法制得的点火药呈膨松状，点火过程能够在瞬间完成，避免了传统利用粘结剂成型的点火药因燃速过慢而导致的点火失败和实验误差等问题。点火药外部的弹性中空微球具有防水和抗氧化的功能，显著提高了点火药的储存稳定性。

Description

一种弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种点火药头，更具体地说是大能量化学点火药头，尤其涉及一种弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头及其制备方法，属于含能材料领域。
背景技术
国际标准化组织规定，凡粒径小于75μm的固体粒子悬浮体都通称为粉尘。悬浮在空气中的可燃性粉尘具有爆炸性，而爆炸产生的冲击波会卷扬起地面上的粉尘，并可能引发威力更大的二次爆炸。利用粉尘爆炸测试实验，能够探索和认识粉尘爆炸的发生、发展及DDT机理，从而为粉尘爆炸的控制、消防及事故调查提供理论依据、基础数据和相应的建议。在粉尘爆炸测试实验中，对于难燃的粉尘，最常用的点火方式为大能量化学点火。ISO-6184/1国际标准规定测量粉尘燃烧与爆炸参数化学点火具中点火药的基本配方为40％锆粉、30％硝酸钡、30％过氧化钡。锆粉、硝酸钡和过氧化钡组成的化学点火药具有燃烧速度快、点火能力强等优点，但是存在摩擦感度、机械感度较高等安全性问题。更重要的是，在粉尘爆炸实验中使用化学点火药头存在点火药不易成型、火焰传播不均匀、装药困难等缺点，而点火具的性能对获取准确的粉尘爆炸实验参数至关重要。同时，通过前期的实验发现，利用传统方法制作的化学点火具存在实验结果重复性差的问题。
专利CN201510317031.4通过添加粘结剂对点火药进行降感和成型，感度虽然降低了，但未考虑点火药包覆和粘结剂的加入造成点火药粒径增大、点火药燃烧速度的降低等问题，而点火药燃烧速度对粉尘爆炸实验数据的精度和重复性影响很大。因此，该发明不能很好的解决化学点火具在粉尘爆炸实验中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，目的之一在于提供一种弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头。
本发明的另外一个目的在于提供一种弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头的制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头，主要由下述重量份数组成：锆粉30-50份，硝酸钡20-40份，过氧化钡20-40份，钝感剂2-10份，弹性微球材料2-10份。
优选地，按重量份数主要由下述组分组成：锆粉35-45份，硝酸钡25-35份，过氧化钡25-35份，钝感剂3-8份，弹性微球材料2-5份。
优选地，锆粉36份，硝酸钡27份，过氧化钡27份，钝感剂8份，弹性微球材料2份。
优选地，所述弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头的制备方法，具体步骤如下：
St1：将点火药的基本成分锆粉、硝酸钡、过氧化钡按一定质量比混合后，加入钝感剂，然后将其加入到钝感剂溶剂中搅拌至钝感剂溶解完全，然后放到真空干燥箱中干燥40-60分钟，干燥箱的温度控制在30-45℃，制得钝感剂包覆的点火药。
St2：向钝感剂包覆的点火药中加入易挥发的有机溶剂，并将点火药制成球形颗粒。
St3：将弹性微球材料溶于有机溶剂制成溶液，并将其旋涂在点火药球形颗粒的表面。
St4：将St3制得的弹性微球材料包覆的点火药球形颗粒，在20-40℃下真空干燥箱中干燥30-50分钟。干燥过程中球形点火药的表面会形成弹性微球，同时St2中点火药加入的易挥发溶剂发生挥发，使弹性微球发生膨胀并使点火药变得膨松，最终形成中空弹性微球包覆的点火具。
优选地，所述St1中，所述钝感剂为石蜡、硬脂酸、氟橡胶中的一种。
优选地，所述St1中，所述钝感剂溶剂为汽油、石油醚、酒精、乙醚、四氯化碳、四氢呋喃中的一种。
优选地，所述St2中，所述易挥发的有机溶剂为酒精、汽油、石油醚、乙醚中的一种。
优选地，所述St3中，所述弹性微球材料为聚醋酸乙烯脂、聚乙烯醇、阿拉伯胶中的一种。
优选地，所述St3中，所述有机溶剂为酒精、乙酸乙酯、三氯甲烷、四氢呋喃、水中的一种。
本发明采用上述技术方案具有的有益技术效果：
1.中空微球使点火药的形状呈球形，从而使其在点火过程中形成球形火焰面，能够保证悬浮粉尘火焰各向同性传播，提高实验数据的准确性和可重复性。
2.该方法制得的点火药呈膨松状，点火过程能够在瞬间完成，避免了传统利用粘结剂成型的点火药因燃速过慢而导致的点火失败和实验误差等问题。
3.点火药外部的弹性中空微球具有防水和抗氧化的功能，显著提高了点火药的储存稳定性。
4.利用钝感剂包覆点火药降低了感度，提高了其使用安全性。
5.本发明制备的点火药易成型、粒径均匀、工艺简单且无需复杂设备，因而适合应用推广。
附图说明
图1是弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头的结构示意图，图1中1是弹性中空微球，图1中2是钝感剂包覆的点火药。
具体实施方式：
以下通过具体实施例对本发明做进一步解释说明，但并不构成对本发明的任何限制。
实施例1：
弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头：该点火具中锆粉的质量比为36％，硝酸钡的质量比为27％，过氧化钡的质量比为27％，石蜡的质量比为6％，聚醋酸乙烯脂的质量比为4％。
弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头的制备方法，具体方法步骤如下：
St1：将点火药的基本成分锆粉、硝酸钡、过氧化钡按质量比4:3:3混合后，按与点火药的质量比90％:6％加入钝感剂石蜡，然后将其加入到石油醚中搅拌至石蜡溶解完全，然后放到真空干燥箱中干燥40分钟，干燥箱的温度控制在35℃，制得石蜡包覆的点火药。
St2：向石蜡包覆的点火药中加入易挥发的有机溶剂汽油，并将点火药制成球形颗粒。
St3：将聚醋酸乙烯脂溶于酒精制成溶液，并将其旋涂在石蜡包覆的点火药球形颗粒的表面。
St4：将St3制得的弹性微球材料包覆的点火药球形颗粒，在30℃下真空干燥箱中干燥40分钟。干燥过程中球形点火药的表面会形成弹性微球，同时St2中点火药加入的易挥发溶剂汽油发生挥发，使弹性微球发生膨胀并使点火药变得膨松，最终形成中空弹性微球包覆的点火具。
实施例2：
弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头：该点火具中锆粉的质量比为36％，硝酸钡的质量比为27％，过氧化钡的质量比为27％，硬脂酸的质量比为7％，聚乙烯醇的质量比为3％。
弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头的制备方法，具体方法步骤如下：
St1：将点火药的基本成分锆粉、硝酸钡、过氧化钡按质量比4:3:3混合后，加入钝感剂硬脂酸，然后将其加入到酒精中搅拌至硬脂酸溶解完全，然后放到真空干燥箱中干燥45分钟，干燥箱的温度控制在30℃，制得硬脂酸包覆的点火药。
St2：向硬脂酸包覆的点火药中加入易挥发的酒精，并将点火药制成球形颗粒。
St3：将聚乙烯醇溶于水中制成溶液，并将其旋涂硬脂酸包覆的点火药球形颗粒的表面。
St4：将St3制得的弹性微球材料包覆的点火药球形颗粒，在25℃下真空干燥箱中干燥45分钟。干燥过程中球形点火药的表面会形成弹性微球，同时St2中点火药加入的易挥发溶剂酒精发生挥发，使弹性微球发生膨胀并使点火药变得膨松，最终形成中空弹性微球包覆的点火具。
实施例3：
弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头：该点火具中锆粉的质量比为36％，硝酸钡的质量比为27％，过氧化钡的质量比为27％，氟橡胶的质量比为5％，阿拉伯胶的质量比为5％。
弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头的制备方法，具体方法步骤如下：
St1：将点火药的基本成分锆粉、硝酸钡、过氧化钡按质量比4:3:3混合后，加入钝感剂氟橡胶，然后将其加入到四氢呋喃中搅拌至氟橡胶溶解完全，然后放到真空干燥箱中干燥55分钟，干燥箱的温度控制在35℃，制得氟橡胶包覆的点火药。
St2：向氟橡胶包覆的点火药中加入易挥发的乙醚，并将点火药制成球形颗粒。
St3：将阿拉伯胶溶于乙酸乙酯中制成溶液，并将其旋涂在氟橡胶包覆的点火药球形颗粒的表面。
St4：将St3制得的弹性微球材料包覆的点火药球形颗粒，在25℃下真空干燥箱中干燥45分钟。干燥过程中球形点火药的表面会形成弹性微球，同时St2中点火药加入的易挥发溶剂发生挥发，使弹性微球发生膨胀并使点火药变得膨松，最终形成中空弹性微球包覆的点火具。
实施例4：
与传统的大能量化学点火药头的爆燃性能比较：利于高速摄影相机，研究了弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头与传统的两种化学点火药头的爆燃性能，传统的化学点火药头分别用纸和保鲜膜包裹。
表1三种化学点火药头燃烧持续时间比较
表2三种化学点火药头燃速比较
化学点火具的主要功能是将悬浮粉尘点燃，为了保证粉尘爆炸实验数据的准确性和可重复性，点火药形成的火焰应尽量呈球形；点火药的爆燃应瞬间完成，时间越久对实验数据精度的影响越大；在保证悬浮粉尘被可靠点燃的前提下，点火药火焰的传播速度越小，则对粉尘爆炸火焰面的传播影响越小。
通过高速摄像结果可知，纸包裹的点火药火焰为拐字形，保鲜膜包覆的点火药火焰形状成斜长方形，弹性中空微球包覆的点药火焰形状近似呈球形；由表1可知，弹性中空微球包覆的点药火的燃烧持续时间显著小于另外两种传统的化学点火药头；由表2可知，弹性中空微球包覆的点药火燃烧速度与保鲜膜包裹的点火药相近，且都初始燃烧速度都远小于纸包裹的点火药头。综上所述，弹性中空微球包覆的点药火的性能要明显优于传统的点火药头。

Claims (4)

1.一种弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头，其主要由下述重量份数组成：锆粉30-50份，硝酸钡20-40份，过氧化钡20-40份，钝感剂2-10份，弹性微球材料2-10份，所述的弹性微球材料为聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、阿拉伯胶中的一种，所述点火药呈膨松结构。
2.根据权利要求1所述的弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头，其按重量份数主要由下述组分组成：锆粉35-45份，硝酸钡25-35份，过氧化钡25-35份，钝感剂3-8份，弹性微球材料2-5份。
3.根据权利要求1所述的弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头，其按重量份数主要由下述组分组成：锆粉36份，硝酸钡27份，过氧化钡27份，钝感剂8份，弹性微球材料2份。
4.根据权利要求1所述的弹性中空微球包覆的大能量化学点火药头的制备方法，其具体步骤如下：
St1：将点火药的基本成分锆粉、硝酸钡、过氧化钡按一定质量比混合后，加入钝感剂，然后将其加入到钝感剂溶剂中搅拌至钝感剂溶解完全，然后放到真空干燥箱中干燥40-60分钟，干燥箱的温度控制在30-45℃，制得钝感剂包覆的点火药；
St2：向钝感剂包覆的点火药中加入易挥发的有机溶剂，并将点火药制成球形颗粒；
St3：将弹性微球材料溶于有机溶剂制成溶液，并将其旋涂在点火药球形颗粒的表面；
St4：将St3制得的弹性微球材料包覆的点火药球形颗粒，在20-40℃下真空干燥箱中干燥30-50分钟，干燥过程中球形点火药的表面会形成弹性微球，同时St2中点火药加入的易挥发溶剂发生挥发，使弹性微球发生膨胀并使点火药变得膨松，最终形成中空弹性微球包覆的点火具。
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