CN113322115A - 一种热电池复合型引燃纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热电池复合型引燃纸的制备方法，属于热电池制备技术领域。所述的复合型引燃纸为双层结构，分为引燃纸层和助燃层，并粘合在一起，所述的引燃纸层为锆‑铬酸钡‑高氯酸钾型引燃纸，助燃层为铝箔、氧化铝片、云母片或牛皮纸等。本发明所提供的复合引燃纸具有能够大幅提升引燃纸线燃速的特点，特别适用于激活时间要求短的热电池。本发明所提供的方法具有操作简便的特点，适合热电池短激活时间要求的需要。

Description

一种热电池复合型引燃纸及其制备方法

技术领域

本发明属于热电池激活系统中的引燃纸相关技术领域，特别涉及一种热电池复合型引燃纸及其制备方法。

背景技术

热电池是以熔盐作为电解质，利用自带热源使其熔化而激活的一次储备电池。具有激活时间短、使用环境温度宽、储存周期长、免维护的优点，在武器装备系统中的应用越来越广泛。

热电池工作时，用外部电信号或机械力使电池内部的点火器发火，点火器的火源通过引燃纸引导到电池内部的加热片，使单体电池达到其工作温度，将常温不导电的固态电解质加热熔融呈离子型导体，正负极之间发生电化学反应，产生电能。所以，引燃纸是热电池工作系统中极为重要的组成部分，其制备质量决定了热电池是否能够可靠激活以及热电池激活时间的性能指标。

常用引燃纸由锆粉、铬酸钡和纤维在加入水后通过湿法造纸术制成类似纸张的材料。文献“热电池.陆瑞生，刘效疆.北京：国防工业出版社，2005”指出其制备方法为：

1)将铬酸钾和氯化钡在高温炉中干燥，然后配制一定浓度的水溶液。

2)把等当量数的铬酸钾和氯化钡溶液混合，生成BaCrO4沉淀，并计算所得BaCrO4的量。

3)把Zr粉从水中捞出，置于真空干燥箱中干燥。

4)取一定量的超细玻璃纤维，加入已有蒸馏水的烧杯中，搅拌1h。

5)将烘干的Zr粉，新合成的铬酸钡，和已经打成纸浆的超细玻璃纤维按质量比进行混合，用搅拌器搅拌1h，使混合均匀。

6)将充分混合均匀的浆料慢慢倒入小型造纸器中，边抽气，边到，再用蒸馏水冲洗。

7)从小型造纸器中取出制备好的纸，在真空干燥箱中干燥。

采用上方法制备的引燃纸线燃速一般在10cm/s-20cm/s，这种方法线燃速不高。随着对热电池的输出功率要求越来越高，热电池高度也越来越高，电芯可能达到300-400mm，所用引燃纸在热电池激活时引燃纸的完全燃烧时间在1.5-3.0s，再加上火头发火和电解质熔融时间，总的激活时间可达1.8-3.3s，这对热电池是不可接受的。

针对上述配方和操作方法的不足，CN103821027A《引燃纸及其制备方法》中尝试采用二氧化铅和锆粉型配方，这种引燃纸制备方法如下：

1)锆粉清洗、锆粉干燥、锆粉过筛；

2)二氧化铅干燥、二氧化铅过筛；

3)将聚乙烯醇与水调配成聚乙烯醇溶液，该溶液为粘合剂；

4)包括氧化剂、还原剂和石棉纸组成引燃纸材料，加水融合，加入粘合剂，搅拌、打纸浆、操纸、干燥。

该方法通过将铬酸钡替换为二氧化铅来提高引燃纸线燃速，操作比较繁琐，可将引燃纸的线燃烧速度提升到50～400cm/s，但是制备过程中锆粉需要干燥、过筛，活性特别高的锆粉在干燥、过筛过程中容易发生自燃。且该方法制备的引燃纸具有更低的反应能垒，所以采用这种方法制备的引燃纸装配的热电池受到撞击或较大量级震动等力学时有自燃风险，导致热电池意外激活从而降低了产品的可靠度。另外，二氧化铅在干燥、过筛过程中易飞扬而产生粉尘，含铅粉尘对自然环境和操作人员的健康都有很大的影响，经常使用存在重金属中毒或水体污染的隐患。

武器系统对热电池的激活时间要求越来越高，上述方法中在线燃速指标、环保指标、制备效率等方面存在不足，本发明采用新制备方法来解决上述配方和方法的不足。

发明内容

本发明意在提供针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种线燃速高、燃速差值小的复合型引燃纸的配方，以及绿色环保、效率高的引燃纸的制备方法。

本方案中的一种热电池复合型引燃纸，包括引燃纸药层和助燃层，所述引燃纸药层和助燃层相互重叠并通过粘贴剂粘连。

本方案的工作原理及有益技术效果是：本方案与现有技术的不同在于：现有技术的引燃纸就单纯的只有引燃药层，常规技术中的引燃纸为锆粉、铬酸钡型引燃纸；而本方案在引燃纸药层粘贴了助燃层，这样可以将燃烧部分的热量迅速传递至未燃烧区域，进而大幅提升线燃速,可以将引燃纸的线燃速从10-20cm/s提升至200-400cm/s，以满足热电池短激活时间要求。

进一步，所述引燃纸药层包括的组分有：松懈石绵纸，氯化钡、铬酸钾，锆粉，高氯酸钾。其中氯化钡、铬酸钾反应得到铬酸钡，在本发明改进的复合型引燃纸的基础上，还在常规的锆粉、铬酸钡型引燃纸中添加高氯酸钾，另外，本方案不含二氧化铅成分，避免了制作过程中存在含铅粉尘带来的环境和健康影响。

松懈石棉纸作为引燃纸的骨架，能够保证引燃纸成型并具备一定的强度，防止引燃纸发生弯曲、折断，然而其本身不参与化学反应。

铬酸钡为氯化钡和铬酸钾反应合成，铬酸钡作为引燃纸发生燃烧反应的氧化剂，其熔点高于700℃，铬酸钡还具有吸热功能，从而会限制引燃纸的线燃速的提升，基于此，本方案增加了高氯酸钾可降低铬酸钡氧化剂的分解温度，进而减弱铬酸钡对提升线燃速提升的限制作用，从而提升线燃速。

锆粉作为引燃纸发生燃烧反应的还原剂，其作为活泼金属，与氧化剂反应放出热量较大，相比惰性金属或非金属单质而言，锆粉作为还原剂制备的引燃纸线燃速会有较大提升。

高氯酸钾作为引燃纸发生燃烧反应的补充氧化剂，高氯酸钾具有熔点低的特点，其熔点为610℃，分解释放氧气的温度为653℃。通过添加高氯酸钾降低了氧化剂的分解温度，再结合助燃层，两方面发挥协同作用可再将线燃速提高约10％左右，促进引燃纸的线燃速的进一步显著提升。

进一步，所述引燃纸药层各组分的重量份数为：松懈石绵纸1-5份，氯化钡32份，铬酸钾27份，锆粉10-20份，高氯酸钾6-20份。

进一步，所述的粘贴剂为聚乙烯醇。用于热电池生产的粘贴剂有氧化镁、陶瓷纤维等，但是相比而言，在本方案中使用聚乙烯醇就能达到合适的粘贴效果，而且聚乙烯醇相对较便宜，可节省成本。

进一步，所述的助燃层为铝箔、氧化铝片、云母片或牛皮纸中的任意一种。

进一步，所述高氯酸钾的纯度≥98.0％，体积粒径≤10μm。在高氯酸钾的粒度较小，纯度较高的情况下，容易更充分的燃烧，进而促进线燃速的大幅提升。

本申请还提供了所述的一种热电池复合型引燃纸的制备方法，准备好松懈石棉纸、氯化钡、铬酸钾、高氯酸钾、锆粉，然后按以下步骤进行操作：

步骤一、使用蒸馏水将松懈石棉纸浸泡至松软后搅拌打碎后添加锆粉，混匀得到锆粉纸浆溶液；

步骤二、氯化钡、铬酸钾、高氯酸钾分别加水溶解，分别得到氯化钡溶液、铬酸钾溶液和高氯酸钾高氯酸钾悬浊液；

步骤三、将氯化钡溶液、铬酸钾溶液混合并搅拌均匀，然后再加入锆粉纸浆溶液充分搅拌均匀，最后再加入高氯酸钾悬浊液搅拌均匀得到混合物，混合物静置、沉淀后抽滤成型，50～70℃烘干得到引燃纸药层；

步骤四、使用粘贴剂将助燃层和步骤三得到的引燃纸药层粘贴在一起，50～70℃真空烘干即得热电池复合型引燃纸。

进一步，所述铬酸钡的纯度≥97.0％，体积粒径≤20μm。在铬酸钡的粒度较小，纯度较高的情况下，容易更充分的燃烧，进而促进线燃速的大幅提升。

步骤三及步骤四中所述的烘干温度均为60℃。

本方法的有益效果有：

1、制备复合型引燃纸的过程中，无需对锆粉进行干燥，也没有过筛的操作，避免了危险原材料的前处理，降低安全风险和操作人员的劳动强度，提高了安全性和工作效率。

2、本发明制备复合型引燃纸时，铬酸钾和氯化钡直接使用，无需进行干燥操作，减少了操作人员与有害有毒化工品接触的时间，进一步提升生产操作的安全性。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

以下表1为每个实施例中引燃纸药层各组分的组成及重量份数。

表1：

每个实施例分别按表1准备材料，然后结合以下制备方法制备热电池复合型引燃纸，包括以下步骤：

步骤一、使用蒸馏水将松懈石棉纸浸泡12h后搅拌打碎后添加锆粉，混匀得到锆粉纸浆溶液；

步骤二、氯化钡和铬酸钾分别加水200ml溶解，高氯酸钾加水50ml溶解，分别得到氯化钡溶液、铬酸钾溶液和高氯酸钾悬浊液；

步骤三、将氯化钡溶液、铬酸钾溶液混合并搅拌均匀，约搅拌360s，然后再加入锆粉纸浆溶液充分搅拌均匀，约搅拌360s，最后再加入高氯酸钾悬浊液搅拌均匀得到混合物，约搅拌120s，混合物静置、沉淀后抽滤成型，60℃烘干得到引燃纸药层；

步骤四、使用云母作为助燃层，使用聚乙烯醇将助燃层和步骤三得到的引燃纸药层粘贴在一起，60℃真空烘干即得热电池复合型引燃纸。

实施本方案时，步骤三和步骤四的烘干温度在50～70℃范围内都是合适的，优选60℃更好。

对比例：称量松懈石绵纸3份，氯化钡32份，铬酸钾25份，锆粉16份，将松懈石棉纸浸泡12h后搅拌打碎，氯化钡加水200ml溶解，铬酸钾加水200ml溶解，锆粉添加在松懈石棉纸纸浆中，然后将氯化钡溶液、铬酸钾溶液混合并搅拌360s，添加锆粉纸浆溶液搅拌360s，静置60s，抽滤成型在60℃烘干得到引燃纸。

每个实施例及对比例各准备四份引燃纸，采用专用燃速测试仪进行测试，结果见表2。

表2：

本发明制备方法及引燃纸药层组分的组成，综合而言都具有很安全、而且绿色环保的效果。从制备的复合型引燃纸的燃速测试结果来看，最低燃速不低于200cm/s，最高已超过400cm/s，相比于采用常规方法的对比例中的引燃纸，燃速提升了10倍左右，达到了热电池短激活速度越快、时间越短越好的要求。

Claims (9)

1.一种热电池复合型引燃纸，其特征在于：包括引燃纸药层和助燃层，所述引燃纸药层和助燃层相互重叠并通过粘贴剂粘连。

2.根据权利要求1所述的一种热电池复合型引燃纸，其特征在于：所述引燃纸药层包括的组分有：松懈石绵纸，氯化钡、铬酸钾，锆粉，高氯酸钾。

3.根据权利要求2所述的一种热电池复合型引燃纸，其特征在于：所述引燃纸药层各组分的重量份数为：松懈石绵纸1-5份，氯化钡32份，铬酸钾27份，锆粉10-20份，高氯酸钾6-20份。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种热电池复合型引燃纸，其特征在于：所述的粘贴剂为聚乙烯醇。

5.根据权利要求1～3任一项所述的一种热电池复合型引燃纸，其特征在于：所述的助燃层为铝箔、氧化铝片、云母片或牛皮纸中的任意一种。

6.根据权利要求2或3所述的一种热电池复合型引燃纸，其特征在于：所述高氯酸钾的纯度≥98.0％，体积粒径≤10μm。

7.根据权利要求2或3所述的一种热电池复合型引燃纸的制备方法，其特征在于，准备好松懈石棉纸、氯化钡、铬酸钾、高氯酸钾、锆粉，然后按以下步骤进行操作：

步骤一、使用蒸馏水将松懈石棉纸浸泡至松软后搅拌打碎后添加锆粉，混匀得到锆粉纸浆溶液；

步骤二、氯化钡、铬酸钾、高氯酸钾分别加水溶解，分别得到氯化钡溶液、铬酸钾溶液和高氯酸钾悬浊液；

步骤三、将氯化钡溶液、铬酸钾溶液混合并搅拌均匀，然后再加入锆粉纸浆溶液充分搅拌均匀，最后再加入高氯酸钾悬浊液搅拌均匀得到混合物，混合物静置、沉淀后抽滤成型，50～70℃烘干得到引燃纸药层；

步骤四、使用粘贴剂将助燃层和步骤三得到的引燃纸药层粘贴在一起，50～70℃真空烘干即得热电池复合型引燃纸。

8.根据权利要求7的一种热电池复合型引燃纸的制备方法，其特征在于：所述氯化钡和铬酸钾反应形成铬酸钡的纯度≥97.0％，体积粒径≤20μm。

9.根据权利要求8所述的一种热电池复合型引燃纸的制备方法，其特征在于：步骤三及步骤四中所述的烘干温度均为60℃。