CN1136802A - 用于撞击起爆器中的无铅点火剂 - Google Patents

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Abstract

提供了一种无铅的具有高敏感性的点火剂(22)。点火剂(22)包括一种引发炸药，一种增感剂，一种推进剂，硅化钙和一种氧化剂。其点火排放物基本上不含诸如氧化铅、氧化钡和氧化锑之类的有毒氧化物。

Description

用于撞击起爆器中的无铅点火剂
本发明涉及一种用于撞击起爆器中的点火剂(primer mix)。更特别地，这种基本上无铅的点火剂包含硅化钙和重氮硝基酚。该种点火剂用在盒式和Berdan式起爆器系统中都具有足够的敏感性。
近五十年来，用在小型武器的点火剂中的主要炸药是2，4，6-三硝基苯间二酚铅。通常将2，4，6-三硝基苯间二酚铅与氧化剂和还原剂、增感剂以及其它燃料结合在一起使用。添加到2，4，6-三硝基苯间二酚铅中的典型的添加物包括并四苯、铝、硫化锑、硅酸钙、二氧化铅、硼、引火金属和硝酸钡。改变这些成分和它们的相对含量可获得具有为某些特殊要求所规定的敏感性和推进点火性质的化学体系。目前，大多数情况下这些点火组合物仍用于小型武器的点火剂中。
然而，由于对环境的危害性和对人体健康的潜在影响(主要在室内射击范围内)，点火剂排放物已引起人们的注意。基于2，4，6-三硝基苯间二酚铅的点火剂常排放有毒的铅氧化物，也常排放钡和锑的氧化物。人们已进行了广泛的研究，以便寻找一种新型点火剂来取代目前的点火剂，使其(1)不产生有毒的排放物；(2)具有恒定的点火压力和点火速度；(3)用在盒式和Berdan式点火系统中时都具有足够的敏感性。
Bjerke等的U.S专利No.4,963,201及Mei和Pickett的US专利No.5,167,736中都公开过无毒的点火组合物。
Bjerke等的专利中公开了一种含重氮硝基酚、并四苯、一种硝酸酯燃料和硝酸锶的无毒点火剂。这种点火剂点火后其排放物不包含铅、钡或锑的氧化物。但其排放物中包含氧化锶废渣。其敏感性比基于2，4，6-三硝基苯间二酚铅的点火剂也要低。尽管适用于Berdan式起爆器，而用于盒式起爆器中时其敏感性很勉强。
盒式起爆器有一个独立的砧座，使得起爆器可作为一个单独组分而出售，从而使手枪持有者可以重装弹壳。重新使用弹壳的能力使得点火剂有足够敏感性，用于军用和商业应用中所需要的盒式起爆器系统。
Mei和Pickett的专利中公开了一种在盒式和Berdan式擅击起爆器中都能使用的无毒的点火剂。这种点火剂含重氮硝基酚和硼。硅化钙被公开作为一种磨蚀增感剂和一种还原剂。
尽管这些无毒的点火剂是适用的，仍然有必要研制其它对盒式起爆器系统具有足够敏感性的无毒点火剂。
因此，本发明的一个目的就是提供一种点火时不产生有毒的氧化物并且用于Berdan式和盒式起爆器中时都具有足够的敏感性的点火剂。本发明的特点之一是这种点火剂含重氮硝基酚和硅化钙。在优选的方案中，也包含一定量的并四苯、一种推进剂和硝酸钾。本发明的另一个特征是这种点火剂用于9mm弹壳和38特殊弹壳中时其敏感性都在SAAMI的指标之内。SAAMI指的是运动武器和军火制造商协会。
本发明的一项优点是这种无毒的点火剂点火时不产生有毒的氧化物。而且，这种点火剂用于Berdan式和盒式起爆器中时都具有足够的敏感性。
根据本发明，提供了一种点火剂，它基本由一种混有一种焰火粉末的炸药粉末组成。这种焰火粉末包含硅化钙和一种氧化剂。
本发明中的一种优选的点火剂基本由约20～约50wt％的重氮硝基酚，约2～约10wt％的并四苯，约5～约30wt％的推进剂，约2～约20wt％的硅化钙和约20～约50wt％的硝酸钾组成。
上述目的、特征和优点从以下的详述和附图更加明显地体现出来。
图1从截面示意了一种使用盒式起爆器的小型武器的弹壳。
图2从俯视的角度示意了图1中的盒式起爆器系统。
图3从横截面示意了一种使用Berdan式起爆器的小型武器的弹壳。
申请人的点火剂含有一种焰火混合物和一种炸药混合物。其焰火混合物包括一种用作燃料的硅化钙和一种氧化剂。优选的氧化剂是一种或几种碱金属或碱土金属的硝酸盐化合物。硝酸钾是一种优选的氧化剂。
任何适用的炸药混合物都可以使用。典型的炸药混合物包括一种引发炸药、一种增感剂和一种推进剂的混合物。其中合适的引发炸药是硝基四唑诸如二硝基苯并三唑、二硝基甲苯三唑、重氮二硝基酚(重氮硝基酚)以及其混合物。
一种有效的增感剂是并四苯。推进剂往往是任何合适的诸如季戊四醇四硝酸酯(PETN)、硝化甘油和硝化纤维素之类的硝酸酯。象60％的硝化纤维素和40％的硝化甘油以及其它比例的混合型推进剂细粉比较令人满意。这些商业上可得到的推进剂是小粒径的(比如直径约0.25mm～0.5mm(0.010～0.020英寸))。
其它合适的推进剂包括二硝基甲苯、苦味酸和硝基喹哪啶(nitroquanidine)。推进剂也可以是一种专门的推进剂混合物。
一种优选的推进剂包括推进剂片状颗粒，由HerculesIncorporated(Camden，NJ)提供，称为1500系列推进剂。这种推进剂由能够通过30目筛的这一尺寸的片状粉末组成，其中含30％的硝化甘油和70％的硝化纤维素。这种片状粉末可以用石墨涂层以改进其在点火剂混合和装载过程中的流动性能。
申请人的优选的点火剂基本由以下组分组成：
约10～50wt％的引发炸药；
约2～10wt％的增感剂；
约3～30wt％的推进剂；
约2～20wt％的硅化钙；和
约20～50wt％的氧化剂。
使用优选的点火组分，点火剂基本由以下组分组成：
10～50wt％的重氮硝基酚；
约2～10wt％的并四苯；
约3～30wt％的推进剂；
约2～20wt％的硅化钙；和
约20～50wt％的硝酸钾。
当引发炸药的含量低于10％时，点火剂的爆炸威力太低，起爆器的点火只是一次膨突而不是一次高能量的爆炸。如果其含量高于50％，则爆炸威力太高以至于引发爆炸过分地剧烈。
增感剂的含量为2～10wt％。低于2％则敏感性低，从而起爆器“无点火”的失败频率增加。增加增感剂的含量至10％以上并不使敏感生额外增强。
推进剂的含量为3～30％。推进剂的含量低于约3％时缺少足够的爆炸威力来点燃主体装填炸药。高于30％，则爆炸威力太高从而起爆能量太高。
点火剂的焰火组分是硅化钙和一种氧化剂。硅化钙提供热量以点燃炸药。当硅化钙的含量低约2wt％时，就不能产生足够的热量来确保炸药的点燃。当硅化钙的含量高约20％时，燃料的能量主要以一次闪光形式散发，而不是导致弱燃烧的热量，并且点火产品中有高颗粒含量。
氧化剂的用量为足以提供一高的温度使得硅化钙恒定燃烧。其含量优选情况下为约20～50％。
本发明中的优选方案中，重氮硝基酚的含量约20～45wt％，更优选是约25～40wt％；并四苯的含量优选约为3～8wt％；推进剂的含量优选为5～25wt％；硅化钙用量优选约为5～15wt％，更优选约为8～12wt％；氧化剂用量优选约为25～40wt％。
一种优选的点火剂基本由以下组分组成：约20～45wt％的重氮硝基酚；约3～8wt％的并四苯；约5～25wt％的推进剂；约5～15wt％的硅化钙和约25～40wt％的硝酸盐。
点火剂安放在盒式或Berdan式系统的底火帽中。图1从截面展示了一个小型武器弹壳10，它有一个盒式撞击起爆器12。当撞针撞击底火室14时，点火剂22被点燃。底火室14通常具有帽状结构，有一个封闭端和一个开口端。一个金属砧座16延伸跨过底火室14的开口端。金属砧座有一中心低落区域18和至少一个孔。图2从俯视角度展示了金属砧座16的设置以及位于中心低落区域18内的孔20。
再参见图1，点火剂22由底火室14装载。点火剂22同时与点火剂底座14的封闭端和金属砧座16的中心低落区域18接触。
当撞针撞击底火室14的封闭端时，中心低落区域18被重重地撞入点火剂22中，产生一个冲击波从而点燃点火剂22。由点火所产生的热量和火焰传过中心孔点燃主体炸药26，从而发射子弹或其它弹丸(未画出)。
图3从截面角度展示了一个用Berdan式点火剂32的小型武器的弹壳30。其底火室14的结构与图1所示的底火室基本相同，一般具有带一个封闭端和一个开口端的帽状结构。点火剂22装在底火室14内，同时与底火室封闭端和一个由弹壳36的基底延伸来的凸出体34接触。
点火剂22同时与底火室14的封闭端和凸出体34接触。当撞针撞击底火室14的封闭端时，凸出体被撞入点火剂22中，产生一个冲击波从而引发点火剂22。由点火剂22点燃所产生的火焰传过双孔38以点燃主体炸药26，从而发射子弹或其它弹丸。(未画出)。
以下的实例(只是举例，并不是限制性的)阐述了所发明的点火剂的优点。
                          实施例
所有的实施例中都采用具有以下组成的点火剂：
40wt％的重氮硝基酚；
6wt％的并四苯；
8wt％的推进剂细粉(30％的硝化甘油和70％的硝化纤维素)；和
10wt％的硅化钙以及36wt％的硝酸钾。
将这种点火剂装入一个标准的盒式小型手枪的底火帽中并装配好。然后根据用来测定小型手枪点火剂的敏感性的SAAMI指标测试点火剂。要求是：当一个1.94盎司的测试重物从25.4mm(1英寸)的高度掉入点火剂时没有样品点火；当重物从280mm(11英寸)的高度掉下时所有样品必需点火。表1是点火剂装在一个38式弹壳内的测试结果。
表1的结果提供了一个100mm(3.94英寸)的H-bar(高度，在此高度下有50％的测试点火剂点火)以及一个165mm(6.49英寸)的H-bar+4σ(估计的全部点火的高度)。
                        表1
       高度     没有点火的数目(50个测试样品)
    51mm(2英寸)               50
    76mm(3英寸)               38
    102mm(4英寸)               22
    127mm(5英寸)               2
    152mm(6英寸)               0
表2表明了在一个9mm弹壳中测试的结果。表2的结果提供了一个117mm(4.62英寸)的H-bar和195mm(7.68英寸)的H-bar+4σ。
                      表2
      高度     没有点火的数目(50个测试样品)
    76mm(3英寸)                50
    102mm(4英寸)                39
    127mm(5英寸)                16
    152mm(6英寸)                1
    178mm(7英寸)                0
如表3所示，对于9mm和38式弹壳，本发明中的点火剂的速度和压力大致相当于或好于传统的基于铅的点火剂。这种点火剂的性能在一个较大的温度范围内是相同的。每种情况下，平衡时间是4小时。有10个样品在70°F和140°F下测试。25个样品在-40°F下测试。
本发明点火剂相当低的标准偏差表明从不同的弹壳可得到一致的的结果。
                                     表3
样品★    储存温度°F 点火压力MPa(psi/100) 标准偏差(以英国单位为基础)     速度m/sec.(ft/sec.) 标准偏差(以英国单位为基础)
 9 mm-I     70° 823(1193)     7.5 102  (333)     8.5
 9 mm-C     70° 836(1212)     6.5 108  (353)     6.5
 9 mm-I    140° 829(1202.5)     8.5 105    (343)     9.5
 9 mm-C    140° 822(1192.5)     9.5 101    (332.5)     10
 9 mm-I    -40° 827(1200)     10.5 107    (349.5)     11.5
 9 mm-C    -40° 833(1208)     19.5 108    (354)     18.5
 38S-I    70° 699(1014)     25.5 38.3   (125.5)     11
 38S-C    70° 696(1009.5)     21 36.6   (120)     8
 38S-I    140° 733(1062.5)     34 39.3   (129)     8.5
 38S-C    140° 731(1059.5)     36 39.5   (129.5)     6
 38S-I    -40° 645(935)     37 36.9   (121)     10
 38S-C    -40° 691(930)     44 37.1   (121.5)     12
*9mm(9millimeter Luger)和38S(38式)指的是弹壳类型，I(本发明)和C(基于2，4，6-三硝基苯间二酚铅的传统的)指的是点火剂类型。
这种点火剂的点火产物应该是无毒的，且主要是气体。实施例中采用的点火剂的点火产物(弹膛内)所具有的理论计算组成被列于表4。点火产物的进一步氧化发生在枪口。
          表4
    组分     wt％
    CO     34.04
    CO2     6.75
    K     3.88
    N2     21.19
    KOH★     8.46
    H2O     0.86
    H2     0.50
    CaO★     5.82
    SiO2 ★     12.47
    KOH     5.74
*这些组分是固体点火产物，剩下的是气体。固体的重量百分数是26.75％。剩余0.3％是由以少于0.2wt％的量存在的各种气体点火产物构成。
显然，本发明提供了一种无毒的点火剂，其完全满足以上所提到的目的、意思和优点。尽管已结合实施方案对本发明进行了描述，然而对于本技术领域中的熟练人员来说，在前面所述内容的指引下，作许多替换、改进和变化是显而易见的。因此，所有的替换、改进和变化包括在以下所附加的权利要求的精神和范围之中。

Claims (18)

1、一种基本上无铅的点火剂(22)，它基本由以下组分组成：包括重氮硝基酚和与其混合的焰火粉末的一种炸药粉末；所说的焰火粉末含硅化钙和一种氧化剂。
2、一种点火剂(22)，其基本由以下组分组成：
约10～50wt％的引发炸药；约2～10wt％的增感剂；约3～30wt％的推进剂；约2～20wt％硅化钙；约20～50wt％的氧化剂。
3、权利要求2中要求的点火剂(22)，其特征在于：所说的引发炸药选自硝基苯并三唑、硝基甲苯三唑和重氮硝基酚以及它们的混合物。
4、权利要求3中所要求的点火剂(22)，其特征在于：所说的引发炸药是重氮硝基酚。
5、权利要求2中所要求的点火剂(22)，其特征在于：所说的增感剂是并四苯。
6、权利要求2中所要求的点火剂(22)，其特征在于：所说的推进剂选自硝酸酯、二硝基甲苯、苦味酸、硝基喹哪啶以及它们的混合物。
7、权利要求6中所要求的点火剂(22)，其特征在于：所说的推进剂是一种选自PETN、硝化甘油、硝化纤维素以及其混合物的硝酸酯。
8、权利要求7中所要求的点火剂(22)，其特征在于：所说的推进剂是硝化甘油和硝化纤维素片状小颗粒的混合物。
9、权利要求2中所要求的点火剂(22)，其特征在于：所说的氧化剂是一种或几种选自碱金属和碱土金属硝酸盐的化合物。
10、权利要求9中所要求的点火剂(22)，其特征在于，所说的氧化剂是硝酸钾。
11、一种点火剂(22)，其基本由以下组分组成：
约10～50wt％的重氮硝基酚；约2～10wt％的并四苯；约3～30wt％的推进剂；约2～20wt％硅化钙；约20～50wt％的硝酸钾。
12、权利要求11中所要求的点火剂(22)，其基本由以下组分组成：
约20～45wt％的重氮硝基酚；约3～8wt％的并四苯；约5～25wt％的由硝化甘油和硝化纤维素颗粒的混合物组成的推进剂；约5～15wt％硅化钙；约25～40wt％的硝酸钾。
13、权利要求12中所要求的点火剂(22)，其基本上不包含铅和铅的化合物。
14、一种撞击起爆器(12)，其特征在于：一个有一封闭端和一开口端的普通帽状结构的底火室(14)；一个延伸跨过所说的开口端的金属砧座(16)，所说的砧座(16)有一个至少含一个孔(20)的中心低落区域(18)；以及一种装在所说的底火室(14)中的点火剂(22)，该点火剂同时与所说的底火室的封闭端(14)和所说的砧座(16)的中心低落区域(18)接触，所说的点火剂(22)基本由炸药粉末组成，炸药粉末包括重氮硝基酚和与其混合的焰火粉末，所说的焰火粉末包括硅化钙和一种氧化剂。
15、一种撞击起爆器(32)，其特征在于：
一个有一封闭端和一开口端的普通帽状结构的底火室；和
一种装在所说的底火室中的点火剂(22)，该点火剂基本由炸药粉末组成，炸药粉末包括重氮硝基酚和与其混合的焰火粉末，所说的焰火粉末包括硅化钙和一种氧化剂。
16、权利要求14或15中所要求的撞击起爆器(32)，其特征在于：所说的点火剂基本由以下组分组成：约10～50wt％的引发炸药；约2～10wt％的增感剂；约3～30wt％的推进剂；约2～20wt％硅化钙；约20～50wt％的氧化剂。
17、权利要求16中所要求的撞击起爆器(32)，其特征在于：所说的点火剂基本由以下组分组成：约10～50wt％的重氮硝基酚；约2～10wt％的并四苯；约3～30wt％的推进剂；约2～20wt％硅化钙以及约20～50wt％的硝酸钾。
18、权利要求17中所要求的撞击起爆器(32)，其特征在于：所说的点火剂基本上不包含铅和铅的化合物。
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