CN111821807A - 一种钾空气再生药板及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海军潜艇及其它场所用的空气再生的生氧自救药板的技术领域，具体涉及一种钾空气再生药板，其由包括如下重量份的原料制作得到：超氧化钾90‑97份和温石棉3‑10份；所述温石棉的长度为3‑8mm，抗张强度为2800‑3000 MPa，硬度为2.1‑2.4；本发明还提供了该药板的制作方法，包括温石棉除杂、混料、药板压制和热处理及成形；利用本发明的配方和方法加工得到的药板，负重最高可达1600g，孔隙率最高可达52%，从而可以提高药板对二氧化碳的吸收能力，增强药板的产氧性能；并且在压制成型过程中不会出现坍塌，成型率高，相对提高了加工效率。

Description

一种钾空气再生药板及其制作方法
技术领域
本发明涉及海军潜艇及其它场所用的空气再生的生氧自救药板的技术领域，具体涉及一种钾空气再生药板及其制作方法。
背景技术
在航空、潜艇、矿井等领域中，在一些特殊情况下需要人体在密闭空间内生存一段时间。人体在密闭空间长时间生存时，需要控制密闭空间的二氧化碳和氧气的平衡，氧气过低或者二氧化碳太高都会致命。
目前，通常使用超氧化钾作为产氧剂，与人体呼吸熵相适应，吸收二氧化碳的同时放出氧气。由于超氧化钾粉末的视比重为0.4-0.6g/ml，若直接作为产氧剂使用，会产生大量粉尘，而且效率低，不方便使用，因此需要将超氧化钾粉末制作为片剂或板剂，使其供氧平稳、可控。该种片剂或板剂产氧剂具有既能吸收二氧化碳，同时又能放出氧气的双重效用，比较适合人员相对分散、动力供应紧张的环境。
现有技术中，为了使超氧化钾药板的产氧速率适当，使其吸收二氧化碳放出氧气的比值与人体的呼吸熵高度匹配，在超氧化钾药板制作中添加辅助添加剂，如二氧化碳吸收剂，增加药板的孔隙率，促进二氧化碳穿透能力的提高，促进药板对二氧化碳的吸收。但是，辅助添加剂的加入会影响超氧化钾药板的强度，而超氧化钾药板的强度对自救器的防护性能起着决定性作用：如果药板强度过小，则孔隙率大，药板疏松，矿工或使用人员随身携带过程中经碰撞、振动而易产生大量粉尘，并且在加工成型过程中易坍塌而影响药板成型效果；如果药板强度过大，虽然不易产生粉尘，但孔隙率小，药板致密，发生化学反应时，二氧化碳、水汽不易渗透至药板内部，使药板吸收二氧化碳的性能差，生氧速率低，不能满足产氧剂的要求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种钾空气再生药板，药板孔隙率适中，在保证了药板强度的同时，提高了药板对二氧化碳的吸收能力。
本发明的第一个目的通过以下技术方案来实现：
一种钾空气再生药板，其由包括如下重量份的原料制作得到：超氧化钾90-97份和温石棉3-10份；所述温石棉的长度为3-8mm，抗张强度为2800-3000MPa，硬度为2.1-2.4。
通过采用上述技术方案，温石棉(Mg6Si4O10(OH)8，也称纤维蛇纹石石棉，主要成分有二氧化硅、氧化镁和结晶水，是由硅氧四面体和氢氧化镁石八面体组成的双层型结构的三八面体硅酸盐矿物。本发明中选取高强度的温石棉作为药板的骨架支撑，通过控制添加的温石棉的硬度和长度，结合温石棉自身的特殊空间结构，与超氧化钾混合后制成孔隙率适中的成型药板，使成品药板的强度适中，降低了在携带或使用过程中因振动而造成的掉粉量，加工过程中不会出现坍塌，保证了药板成型效果。本发明中药板的孔隙率与强度达到较佳的配合，在满足药板强度需求的同时，相对提高了药板的孔隙率，从而提高了药板对二氧化碳的吸收能力。
作为优选，其由包括如下重量份的原料制作得到：超氧化钾92-95份和温石棉5-8份。
通过采用上述技术方案，优化各组分含量，进一步提高药板的生氧效果。
作为优选，所述温石棉的抗张强度为2900-2950MPa，硬度为2.2-2.3。
作为优选，所述温石棉的密度为2.49g/cm3。
通过采用上述技术方案，进一步控制温石棉的强度、硬度及密度，保证其对超氧化钾支撑强度的同时，提高成型药板的孔隙率，从而提高药板对二氧化碳的吸收能力。
作为优选，所述超氧化钾的有效氧含量≥31％，体密度＜0.65g/cm3。
通过采用上述技术方案，提高最终成品药板中的含氧量及疏松度。
本发明的第二个目的是提供一种上述钾空气再生药板的制作方法，其特征在于，其通过如下制作步骤制作得到：
(1)温石棉除杂：将所述温石棉于400-420℃下，高温热处理1.5-2.5h，得到除杂后的温石棉；
(2)混料：将上述除杂后的温石棉与超氧化钾搅拌混合均匀，得到混合料；
(3)药板压制：将上述混合料压制成型，得到成型药板；
(4)热处理及成形：将上述成型药板于100℃-120℃下恒温处理2-3h，修边后即得钾空气再生药板。
通过采用上述技术方案，首先经高温热处理，将温石棉中的水分和附着的有机燃油等油分除去，保证温石棉的纯洁度；然后与超氧化钾混料后压制成型，并烘干处理，修边后得到成品钾空气再生药板，由于强度适中，在药板压制过程中不会出现坍塌，提高了药板的成型率。
作为优选，所述步骤(1)中，高温热处理1.5-2.5h后，于5-15min内将温石棉降温至20-25℃，得到除杂后的温石棉。
通过采用上述技术方案，控制温石棉高温处理后的降温速度，使其可以较快降温，避免温石棉过度热处理而老化，保证温石棉的稳定性。
作为优选，所述步骤(1)中，控制温石棉降温时的环境相对湿度≤35％。
通过采用上述技术方案，避免温石棉除杂过程中吸湿，使其与超氧化钾混合后消耗部分超氧化钾，影响最终药板的生氧性能。
作为优选，所述步骤(3)中，环境温度为15-20℃，相对湿度40％。
通过采用上述技术方案，调节药板压制过程的温度和湿度，减少原料吸湿，提高原料混合效率，使制得的药板具有较高的强度及产氧性能。
综上所述，本发明具有如下有益效果：
(1)通过将超氧化钾与温石棉混合后制作成药板，利用温石棉的特殊结构，在保证药板结构强度的情况下，提高了药板的孔隙率，且孔隙率最高达到52％，从而促进药板使用过程中对二氧化碳的吸收，提高了药板的产氧性能；
(2)本发明中温石棉与超氧化钾的含量适中，使产氧平稳可靠，吸收二氧化碳与放出氧气的比值与人体呼吸熵匹配度高，提高了使用体验；
(3)本发明的药板在压制成型过程中不会出现坍塌，成型率高，相对提高了加工效率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的内容进行进一步的说明。
本发明中的温石棉，颜色灰白，品位为58％，纤维长度为3-8mm，密度为2.49g/cm3；超氧化钾为粉末状的，有效氧含量≥31％，体密度＜0.65g/cm3。
实施例1
一种钾空气再生药板，其通过如下制作步骤制作得到：
(1)温石棉除杂：称取精选除渣后的温石棉300g，于400℃下，高温热处理2.5h，除去水分和有机油分；在相对湿度为35％的环境中，于5min内将温石棉降温至25℃，得到除杂后的温石棉；其中，温石棉的抗张强度为2800MPa，硬度为2.1；
(2)混料：将上述除杂后的温石棉与超氧化钾9kg，搅拌混合均匀，得到混合料；
(3)药板压制：每次称取385g的上述混合料倒入加料框内，用镊子打散，铺匀后盖上一块金属板，每框铺够九片药板，每框的最后一块上面均加盖平金属板；然后用油压机在85MPa的压力下将混合料压制成型，得到成型药板；其中，压制药板操作间的环境温度为20℃，相对湿度38％；
(4)热处理及成形：将上述成型药板连同金属板一起，送加热隧道内于100℃下恒温处理3h，然后进行拆模修边，将修成长315mm，宽220mm，厚4mm的药板，即成品药板，送密封箱保存；金属板用温水洗净、烘干备用。
实施例2
一种钾空气再生药板，其通过如下制作步骤制作得到：
(1)温石棉除杂：称取精选除渣后的温石棉300g，于410℃下，高温热处理2h，除去水分和有机油分；在相对湿度为35％的环境中，于10min内将温石棉降温至23℃，得到除杂后的温石棉；其中，温石棉的抗张强度为2800MPa，硬度为2.1；
(2)混料：将上述除杂后的温石棉与超氧化钾9kg，搅拌混合均匀，得到混合料；
(3)药板压制：每次称取385g的上述混合料倒入加料框内，用镊子打散，铺匀后盖上一块金属板，每框铺够九片药板，每框的最后一块上面均加盖平金属板；然后用油压机在85MPa的压力下将混合料压制成型，得到成型药板；其中，压制药板操作间的环境温度为17℃，相对湿度38％；
(4)热处理及成形：将上述成型药板连同金属板一起，送加热隧道内于110℃下恒温处理2.5h，然后进行拆模修边，将修成长315mm，宽220mm，厚4mm的药板，即成品药板，送密封箱保存；金属板用温水洗净、烘干备用。
实施例3
一种钾空气再生药板，其通过如下制作步骤制作得到：
(1)温石棉除杂：称取精选除渣后的温石棉300g，于420℃下，高温热处理1.5h，除去水分和有机油分；在相对湿度为33％的环境中，于15min内将温石棉降温至20℃，得到除杂后的温石棉；其中，温石棉的抗张强度为2800MPa，硬度为2.1；
(2)混料：将上述除杂后的温石棉与超氧化钾9kg，搅拌混合均匀，得到混合料；
(3)药板压制：每次称取385g的上述混合料倒入加料框内，用镊子打散，铺匀后盖上一块金属板，每框铺够九片药板，每框的最后一块上面均加盖平金属板；然后用油压机在85MPa的压力下将混合料压制成型，得到成型药板；其中，压制药板操作间的环境温度为15℃，相对湿度39％；
(4)热处理及成形：将上述成型药板连同金属板一起，送加热隧道内于120℃下恒温处理2h，然后进行拆模修边，将修成长315mm，宽220mm，厚4mm的药板，即成品药板，送密封箱保存；金属板用温水洗净、烘干备用。
实施例4
实施例4与实施例2的制作步骤相同，区别在于原料含量不同，具体为：温石棉500g，超氧化钾9.2kg，温石棉的抗张强度为2900MPa，硬度为2.2。
实施例5
实施例5与实施例2的制作步骤相同，区别在于原料含量和性能参数不同，具体为：温石棉680g，超氧化钾9.4kg，温石棉的抗张强度为2950MPa，硬度为2.3。
实施例6
实施例6与实施例2的制作步骤相同，区别在于原料含量和性能参数不同，具体为：温石棉800g，超氧化钾9.5kg，温石棉的抗张强度为2950MPa，硬度为2.3。
实施例7
实施例7与实施例2的制作步骤相同，区别在于原料含量和性能参数不同，具体为：温石棉1kg，超氧化钾9.7kg，温石棉的抗张强度为3000MPa，硬度为2.4。
实施例8
实施例8与实施例2的制作步骤相同，区别在于原料含量和性能参数不同，具体为：温石棉680g，超氧化钾9.4kg，温石棉的抗张强度为3000MPa，硬度为2.4。
对比例1
对比例1与实施例2的区别在于：步骤(1)中，称取精选除渣后的温石棉300g，于110℃下，高温热处理2h，其余与实施例2中一致。
对比例2
对比例2与实施例5的区别在于：将温石棉680g替换为氢氧化钙680g，其余与实施例5一致。
对比例3
对比例3与实施例5的区别在于：将温石棉680g替换为滑石粉680g，其余与实施例5一致。
对比例4
专利申请号为200410054746.7的发明专利申请中实施例2的混合型生氧药剂。
性能检测
利用GJB 984-199065型-钾空气再生药板的标准和测试方法，对本发明实施例1-8和对比例1-3的药板以及对比例4的生氧药剂进行性能测试，测试结果见表1。
表1实施例1-8与对比例1-3的药板及对比例4的生氧药剂的性能测试结果
Figure BDA0002036444920000061
由表1中的测试结果表明，本发明的钾空气再生药板的各项性能均符合标准要求，活性氧含量最高达33.5％(m/m)；药板的负重最高达到1600g，强度高；药板品质较佳，二氧化碳含量合格，无燃油杂质存在；药板的再生能力最高达到16.2h，各项性能相比于现有技术中的生氧药剂(对比例4)均大大提高。由对比例1表明，本发明药板的制作方法中，温石棉的热处理温度对最终成品药板的各项性能均有较大的影响，尤其对成品药板的燃油杂质影响很大，热处理温度达不到，则不能有效除去燃油杂质，导致药板不纯净，影响品质和质量；并且会降低药板的再生能力。由对比例2和对比例3的结果表明，本发明中温石棉的加入，对成品药板的强度、再生能力及二氧化碳含量均有很大的影响，将温石棉替换为氢氧化钙(对比例2)，则会导致药板中的二氧化碳含量过高而不合格，且药板的强度和再生能力均不达标；若替换为滑石粉(对比例3)，则导致再生能力不合格，强度降低近38％，其余性能也均下降。
按照MT 427-1995中关于粉尘率的测定方法，对实施例1-8和对比例1-3的药板及对比例4的生氧剂进行测试；利用压汞法对实施例1-8和对比例1-3的药板进行孔隙率测试；观察并记录实施例1-8和对比例1-3的药板制作过程中有无坍塌等废品产生，测试结果见表2。
表2不同药板及生氧药剂的粉尘率、孔隙率等性能测试结果
项目 粉尘率(％) 孔隙率(％) 坍塌情况
实施例1 0.3 48 无坍塌，表面平整
实施例2 0.3 49 无坍塌，表面平整
实施例3 0.3 49 无坍塌，表面平整
实施例4 0.2 49 无坍塌，表面平整
实施例5 0.2 52 无坍塌，表面平整
实施例6 0.2 52 无坍塌，表面平整
实施例7 0.3 51 无坍塌，表面平整
实施例8 0.2 52 无坍塌，表面平整
对比例1 0.4 42 无坍塌，表面平整
对比例2 0.6 44 坍塌，形成废品
对比例3 0.5 44 坍塌，形成废品
对比例4 0.7 41 -
由表2表明，本发明的药板在保证强度的情况下，孔隙率最高达到52％，粉尘率最低降至0.2％，有效避免了携带和使用过程中因振动或撞击而产生大量粉尘，漏入气囊或软管中，使佩戴者呛的难以忍受的缺陷，提高了使用体验。此外，采用本发明的配方、配比和制作方法，使药板压制过程中，无坍塌废品出现，制作得到的药板表面平整，品质和性能优良，降低了废品率，从而可以降低生产生本。
上述具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种钾空气再生药板，其特征在于，其由包括如下重量份的原料制作得到：超氧化钾90-97份和温石棉3-10份；所述温石棉的长度为3-8mm，抗张强度为2800-3000MPa，硬度为2.1-2.4。
2.根据权利要求1所述的钾空气再生药板，其特征在于，其由包括如下重量份的原料制作得到：超氧化钾92-95份和温石棉5-8份。
3.根据权利要求1所述的钾空气再生药板，其特征在于：所述温石棉的抗张强度为2900-2950MPa，硬度为2.2-2.3。
4.根据权利要求1所述的钾空气再生药板，其特征在于：所述温石棉的密度为2.49 g/cm3。
5.根据权利要求1所述的钾空气再生药板，其特征在于：所述超氧化钾的有效氧含量≥31%，体密度＜0.65g/cm3。
6.一种权利要求1-5任一项所述的钾空气再生药板的制作方法，其特征在于，其通过如下制作步骤制作得到：
（1）温石棉除杂：将所述温石棉于400-420℃下，高温热处理1.5-2.5h，得到除杂后的温石棉；
（2）混料：将上述除杂后的温石棉与超氧化钾搅拌混合均匀，得到混合料；
（3）药板压制：将上述混合料压制成型，得到成型药板；
（4）热处理及成形：将上述成型药板于100℃-120℃下恒温处理2-3h，修边后即得钾空气再生药板。
7.根据权利要求6所述的钾空气再生药板的制作方法，其特征在于：所述步骤（1）中，高温热处理1.5-2.5h后，于5-15min内将温石棉降温至20-25℃，得到除杂后的温石棉。
8.根据权利要求7所述的钾空气再生药板的制作方法，其特征在于：所述步骤（1）中，控制温石棉降温时的环境相对湿度≤35％。
9.根据权利要求6所述的钾空气再生药板的制作方法，其特征在于：所述步骤（3）中，环境温度为15-20℃，相对湿度＜40％。
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