CN111533629A - 一种含有硝化纤维的烟花爆竹以及提高其燃速的方法 - Google Patents

Abstract

一种含有硝化纤维的烟花爆竹以及提高其燃速的方法，硝化纤维是由植物纤维被硝酸酯化得到的，植物纤维里的每一个葡萄糖基环上有三个羟基，每一个都能和硝酸单独发生酯化反应，硝化纤维是由四种葡萄糖基环混合组成的大分子，硝化纤维的含氮量取决于四种葡萄糖基环的混合比例，采用硝化纤维的环保火药的有效含氮量在0％‑14.14％之间。该方法包括以下途径：(1)增加烟花炮筒燃烧腔内的压强；(2)减小火药的填充密度；(3)改变火药微观结构；(4)加入空间填充物；(5)加入氧化剂；(6)增加含氮量。与现有技术相比，可提高环保类烟花爆竹燃速过低的问题，成功用于鞭炮的开爆和礼花弹上，能够产生充足动能，达到成功发射和开爆的效果。

Description

一种含有硝化纤维的烟花爆竹以及提高其燃速的方法

技术领域

本发明涉及烟花爆竹技术领域，特别涉及一种含有硝化纤维的烟花爆竹以及提高其燃速的方法。

背景技术

传统鞭炮的开爆药使用的是闪光粉(典型配方为30％铝粉、65％高氯酸钾、5％硫磺)；发射药用的是军工硝(典型配方为65％硝酸钾、35％木炭、5％硫磺)。这两种火药由于含有硫、高氯酸盐、硝酸盐等，因此燃烧后会产生硫化钾、氮氧化物、一氧化碳等产物，使空气中充满大量的烟，造成空气污染。同时，硫的化合物、高氯酸盐、硝酸盐也有生物毒性。为了解决现有技术中传统鞭炮存在的这两方面问题，公开号为CN102795949A、CN101275820A、CN103524278A、CN1112101A等专利试图使用无烟纤维素、硝化纤维、硝化棉、硝化竹、单基粉和双基粉等环保火药代替闪光粉和军工硝，应用于烟花爆竹的发射升空药和开爆药。

但是，以上专利虽然解决了环境污染问题，但使用的环保火药性能达不到发射和开爆的效果，主要原因是以上环保火药的燃烧速度过慢，产生的动量不足。其中，公开号为CN102795949A的发明专利虽然通过采用高含氮量的无烟纤维素能够达到爆燃，但是由于高含氮量的无烟纤维素属于《危险化学品目录》规定的易爆炸物，受到严格购买、运输管控，所以通过以上专利制造的环保烟花爆竹产品始终不能在国内上市。

因此，急需一种可解决环保火药中燃速过低问题的发明创造。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题提供一种含有硝化纤维的烟花爆竹以及提高其燃速的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种含有硝化纤维的烟花爆竹以及提高其燃速的方法，所述硝化纤维是由植物纤维被硝酸酯化得到的，所述植物纤维里的每一个葡萄糖基环上有三个羟基，每一个都能和硝酸单独发生酯化反应，所述硝化纤维是由四种葡萄糖基环混合组成的大分子，所述硝化纤维的含氮量取决于四种葡萄糖基环的混合比例，采用所述硝化纤维的环保火药的有效含氮量在0％-14.14％之间。

优选为，未经酯化的所述葡萄糖基环分子式为(C₆H₁₀O₅)，此时葡萄糖基环含氮量为0％；所述葡萄糖基环若一个羟基酯化，分子式变为(C₆H₉(NO₂)O₅)，此时该葡萄糖基环含氮量为6.76％；所述葡萄糖基环若两个羟基酯化，分子式变为(C₆H₈(NO₂)₂O₅)，此时葡萄糖基环含氮量为11.1％；所述葡萄糖基环若三个羟基全部酯化，分子式变为 (C₆H₇(NO₂)₃O₅)，此时葡萄糖基环含氮量为14.14％。

优选为，所述方法包括以下途径：

(1)增加烟花炮筒燃烧腔内的压强，可事先将烟花炮筒内的空气压强通过压力泵增加到一个较高的数值，然后保持高压强数值恒定不变；同时可通过提高发射筒或开爆筒的形状、结构、厚度和材料的强度，提高烟花炮筒的强度，以提高烟花炮筒压强最大值；

(2)减小火药的填充密度，烟花炮筒内低密度的火药填充以保证相邻火药颗粒之间有空隙；

(3)改变火药微观结构，通过用水打湿火药，再投入粉碎机粉碎至需要的细断度至40-100目，再进行烘干、过筛；

(4)加入空间填充物，通过在火药里加入颗粒大小不同、形状不规则的其它物质或者增大填充物之间的空隙；

(5)加入氧化剂；

(6)增加含氮量，即提高所述植物纤维的酯化程度。

与现有技术相比，本发明含有硝化纤维的烟花爆竹以及提高其燃速的方法的有益效果：可提高环保类烟花爆竹燃速过低的问题，可成功用于鞭炮的开爆和礼花弹上，能够产生充足动能，达到成功发射和开爆的效果，且不属于《危险化学品目录》规定的易爆炸物，可在国内市场推广。

附图说明

图1为本发明中含有硝化纤维的烟花爆竹具体的关于压强和火药燃速的关系图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

一种含有硝化纤维的烟花爆竹以及提高其燃速的方法，硝化纤维是由植物纤维被硝酸酯化得到的，植物纤维里的每一个葡萄糖基环上有三个羟基，每一个都能和硝酸单独发生酯化反应。

未经酯化的葡萄糖基环分子式为(C₆H₁₀O₅)，此时葡萄糖基环含氮量为0％；葡萄糖基环若一个羟基酯化，分子式变为(C₆H₉(NO₂)O₅)，此时该葡萄糖基环含氮量为6.76％；葡萄糖基环若两个羟基酯化，分子式变为(C₆H₈(NO₂)₂O₅)，此时葡萄糖基环含氮量为 11.1％；葡萄糖基环若三个羟基全部酯化，分子式变为(C₆H₇(NO₂)₃O₅)，此时葡萄糖基环含氮量为14.14％。

其中，硝化纤维是由四种葡萄糖基环混合组成的大分子，硝化纤维的含氮量取决于四种葡萄糖基环的混合比例，采用硝化纤维的环保火药的有效含氮量在0％-14.14％之间。

本发明提高烟花爆竹的开爆燃速调节方法具体描述如下：实际操作中，采取以下途径当中的一种或几种来提高火药的燃速。

(1)增加燃烧腔内的压强。首先明确高压导致的燃速增快有两个机制：

第一，一部分火药点燃后，释放出气体，会导致烟花炮筒封闭的燃烧腔内气体密度迅速升高，所以燃烧腔内压强也迅速升高，从而导致燃烧腔内的温度整体上升，包括剩下还没点燃的火药温度也上升，当温度高于火药燃点时，火药被点燃，这个过程是一个正反馈循环，结果就是筒内所有火药在极短时间内被点燃，达到快速燃烧的效果。

第二，在不考虑第一个机制的情况下，例如在一个体积很大的空间里，事先将空气压强通过压力泵增加到一个较高的数值，然后保持此数值恒定不变，由于通过硝化纤维改进的火药的特有燃烧性质，压强越大燃速也会越快。具体的关于压强和火药燃速的关系如图1所示。

除此之外，在烟花爆竹里，火药点燃后烟花爆竹筒内的压强上升，直至炮筒炸开，压强迅速下降。所以压强能够达到的最大值取决于发射筒或开爆筒的强度，增加发射筒或开爆筒的强度可以提高压强极限值。

本实施例通过改变发射筒或开爆筒的形状和结构或者提高发射筒或开爆筒厚度和材料的强度来增加发射筒或开爆筒的强度，具体如下：

①形状；增加炮筒弯折半径、使炮筒一体成型、减少炮筒锐角数量等方式皆可去除炮筒的结构薄弱点，从而提高发射、开苞前火药能够达到的压强。理论上来说，圆球形筒能达到最大压强。如果考虑制作工艺的难度，可效仿胶囊的两瓣结合设计。

②结构；可借鉴工程学增强结构的原理，例如用高强度塑料或者金属丝网包裹发射筒和开爆筒，或在桶内增加承重柱、结构板，提高发射、开苞前火药能够达到的压强。

③厚度；筒的厚度越大，发射、开苞前火药能够达到的压强越高。

④材料；在纸浆制造流程避免破坏纸浆纤维的完整性、可制造出高强度纸。多层薄纸重叠的强度也大于单层或少层纸重叠。另外，可考虑新材料，比如可降解塑料，甚至金属。

(2)减小火药的填充密度。烟花的火药是由火花或者静电点燃的，不是由爆炸波点燃，而硝化纤维本身也是非理想炸药，所以燃烧的过程开始于一个起火点，这个起火点点燃周围的火药，火焰以此类推传递下去，直至点燃所有火药。低密度的火药填充保证相邻火药颗粒之间有空隙，使火焰可以轻松通过，达到快速传火，快速点燃筒内全部火药的效果。

(3)改变火药微观结构。上述减小火药填充密度能够起到的效果有限，因为只能控制相邻火药颗粒之间的距离，若火药颗粒本身致密，比如密实的单、双基粉和一定细断度的硝化棉，则需要对火药本身结构进行处理。

处理方法包括：用水打湿火药，再投入粉碎机粉碎至需要的细断度至40-100目，再进行烘干、过筛。

(4)加入空间填充物。在火药里加入颗粒大小不同、形状不规则的其它物质，也可以增加填充物的间隙，从而提高传火速度。这个方案可以在两种或两种以上物质混合的配方中实施，例如加了金属粉和氧化剂的配方中，可将金属粉做成不规则形状。

(5)加入氧化剂。硝化纤维和以硝化纤维为原料的加工火药不是零氧平衡的，所以加入氧化剂可以达到或接近氧平衡，增加燃烧速度。氧化剂包括高氯酸钾、高氯酸铵、硝酸钾和氯酸钾等。

(6)增加含氮量。增加硝化纤维氮含量指的是提高植物纤维的酯化程度，这样会产生两种效应：

第一，加入更多的NO₂基团会改善氧平衡，使得硝化纤维燃烧更完全，燃烧更迅速；

第二，NO₂基团互相排斥，提高NO₂基团密度后，单个NO₂基团更容易脱落，从宏观角度来看，燃烧时会更迅速。

本发明提供一种含有硝化纤维的烟花爆竹以及提高其燃速的方法，与现有技术相比，该方法可提高环保类烟花爆竹燃速过低的问题，可成功用于鞭炮的开爆和礼花弹上，能够产生充足动能，达到成功发射和开爆的效果，且不属于《危险化学品目录》规定的易爆炸物，可在国内市场推广。

最后应说明的是：以上实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种含有硝化纤维的烟花爆竹，其特征在于，所述硝化纤维是由植物纤维被硝酸酯化得到的，所述植物纤维里的每一个葡萄糖基环上有三个羟基，每一个都能和硝酸单独发生酯化反应，所述硝化纤维是由四种葡萄糖基环混合组成的大分子，所述硝化纤维的含氮量取决于四种葡萄糖基环的混合比例，采用所述硝化纤维的环保火药的有效含氮量在0％-14.14％之间。

2.根据权利要求1所述的含有硝化纤维的烟花爆竹，其特征在于，未经酯化的所述葡萄糖基环分子式为(C₆H₁₀O₅)，此时葡萄糖基环含氮量为0％；所述葡萄糖基环若一个羟基酯化，分子式变为(C₆H₉(NO₂)O₅)，此时该葡萄糖基环含氮量为6.76％；所述葡萄糖基环若两个羟基酯化，分子式变为(C₆H₈(NO₂)₂O₅)，此时葡萄糖基环含氮量为11.1％；所述葡萄糖基环若三个羟基全部酯化，分子式变为(C₆H₇(NO₂)₃O₅)，此时葡萄糖基环含氮量为14.14％。

3.一种提高权利要求1-2任一所述含有硝化纤维的烟花爆竹燃速的方法，其特征在于，所述方法包括以下途径：

(1)增加烟花炮筒燃烧腔内的压强，可事先将烟花炮筒内的空气压强通过压力泵增加到一个较高的数值，然后保持高压强数值恒定不变；同时可通过提高发射筒或开爆筒的形状、结构、厚度和材料的强度，提高烟花炮筒的强度，以提高烟花炮筒压强最大值；

(2)减小火药的填充密度，烟花炮筒内低密度的火药填充以保证相邻火药颗粒之间有空隙；

(3)改变火药微观结构，通过用水打湿火药，再投入粉碎机粉碎至需要的细断度至40-100目，再进行烘干、过筛；

(4)加入空间填充物，通过在火药里加入颗粒大小不同、形状不规则的其它物质或者增大填充物之间的空隙；

(5)加入氧化剂；

(6)增加含氮量，即提高所述植物纤维的酯化程度。

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