CN113800475B - 一种民航用化学氧发生器产氧药芯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种民航用化学氧发生器产氧药芯及其制备方法，属于化学氧发生技术领域。所述产氧药芯由五层以上的原料组合压制形成，底部为第一层，第一层上方为第二层，其余层依次类推；下层部分或全部包裹在上层下方，上下两层之间形成接触面；每层原料组分及质量分数为：产氧源75～97％，燃料0.5～9％，催化剂0.2～12％，抑氯剂1～4％，粘结剂0.5～4％，添加剂0.5～2％；第一层中燃料和催化剂含量最高，其上每层中燃料和催化剂含量依次减低，最后一层中燃料和催化剂含量最低。所述产氧药芯各原料组分对人体无害，催化剂和燃料含量逐层减低，配比合适，放氧平稳，产氧性能曲线可满足飞机下降曲线的乘客需氧量要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种民航用化学氧发生器产氧药芯及其制备方法，属于化学氧发生技术领域。
背景技术
化学氧发生器是利用氯酸盐或高氯酸盐发生热分解反应放出氧气，广泛用于航空航天、潜艇以及矿山等密闭空间。化学氧发生器供氧流量的关键在于产氧药芯，产氧药芯的配方组分一般由产氧源、燃料、催化剂、抑氯剂、粘结剂及添加剂构成。作为民航飞机应急氧源的化学氧发生器在座舱释压条件下，需满足飞机不同飞行高度下的供氧流量要求，保障旅客生命安全。民航飞机用化学氧发生器的产氧药芯，均设计为多层配方组合，以实现不同飞行高度的供氧要求。
美国专利US5198147、US5279761和US6126854公开了采用4层或5层配方组合的产氧药芯，结构均采用了楔形方式，产氧时间为14min～17min。所述楔形结构的产氧药芯，在组装过程中存在隔热材料不易包裹，传热不一致，导致的产氧性能不一致问题。美国专利US6126854和US5338516公开的产氧药芯配方中采用了玻璃粉为粘结剂，在生产和使用化学氧发生器过程中，存在玻璃粉对人身体造成损伤的问题。美国专利US5338516公开的产氧药芯在使用过程中产生大量的水，出现了熄燃现象。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的之一在于提供一种民航用化学氧发生器产氧药芯；所述产氧药芯可稳定燃烧，产氧性能满足飞机下降高度曲线要求的供氧性能，供氧流量稳定，满足-15℃～55℃的使用率环境要求。
本发明的目的之二在于提供一种本发明所述的民航用化学氧发生器产氧药芯的制备方法。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
一种民航用化学氧发生器产氧药芯，所述产氧药芯是由五层以上的原料组合压制形成的整体结构，底部为第一层，第一层上方为第二层，第二层上方为第三层，其余层依次类推，顶层为最后一层；下层部分或全部包裹在上层下方，下层部分或全部包裹在上层下方，上下两层之间形成接触面；燃烧时从第一层开始，通过接触面传热至其上层，以实现不息燃的效果。
优选所述产氧药芯整体结构为圆柱体结构，其中，所述产氧药芯第一层结构为锥形，第二层至倒数第二层为中空的锥形结构，中空部分的内型面与其下层结构的外型面相配合，层层叠加，将下层包裹在上层下方，顶层叠加在倒数第二层上方，顶层的内型面与倒数第二层的外型面相配合，顶部为平面；更优选所述锥形的锥角角度为90°～120°。
更优选将所述产氧药芯的圆柱体结构一侧或位置相对称的两侧制成平面，以方便后期干燥处理。
以所述产氧药芯每层的原料总体质量为100％计，其中，每层原料的组成成分及其质量分数如下：
其中，产氧源为氯酸钠(NaClO3)和高氯酸钾(KClO4)中的一种以上；优选产氧源为氯酸钠，分解温度较低，原料易得，单位质量氧气产率较高。
燃料为铁(Fe)粉、镁(Mg)粉和锡(Sn)粉中的一种以上；优选燃料为铁粉。金属燃料的主要作用是提供热量，用于促进氯酸盐的分解；燃料与氧气反应，放出大量热量；由于铁粉的热值较高，优选燃料为铁粉。
催化剂为四氧化三钴(Co3O4)和三氧化二钴(Co2O3)中的一种以上。催化剂的主要是降低氯酸盐分解的活化能，促使氯酸盐低温下分解，降低化学氧发生器表面的温度。
抑氯剂为过氧化钡(BaO2)和超氧化钾(KO2)中的一种以上。
粘结剂为高岭土、二氧化硅(SiO2)和硅酸钠中的一种以上。加入粘结剂，有支撑骨架的作用，防止燃烧物熔融流淌。
添加剂为氧化镁(MgO)和氢氧化镁((Mg(OH)2))中的一种以上；优选抑氯剂为氧化镁，在催化剂含量高时，可起到抑氯作用；在催化剂含量少时，可充当弱催化剂，起催化效果。
所述产氧药芯第一层中燃料和催化剂含量最高，其上每层中燃料和催化剂含量依次减低，最后一层中燃料和催化剂含量最低；使所述产氧药芯的产氧速率与燃料和催化剂的含量成正比。
一种本发明所述民航用化学氧发生器产氧药芯的制备方法，所述方法步骤如下：
分别称取各层原料，在混料机中干混，然后加水进行湿混，直至均匀混合。将混合好的各层原料依次倒入定型工装的凹型模腔中，各层间压实压紧，通过定型工装限位制成整体密度为1.9g/cm3～2.1g/cm3的产氧药芯，在100℃～150℃干燥，制备得到一种民航用化学氧发生器产氧药芯。
其中，优选以每层原料总体质量为100％计，加入水的质量分数为2％～4％。
有益效果
1.本发明提供了一种民航用化学氧发生器产氧药芯，所述产氧药芯是由5层以上的原料组合压制形成的整体结构，其中，各原料组分对人体无害，产氧药芯催化剂含量逐层减低，燃料含量逐层减少，配比合适，放氧平稳，产氧性能曲线可满足飞机下降曲线的乘客需氧量要求。
2.本发明提供了一种民航用化学氧发生器产氧药芯，所述产氧药芯底部为第一层，第一层上方为第二层，第二层上方为第三层，其余层依次类推，顶层为最后一层；下层部分或全部包裹在上层下方形成接触面，层与层之间呈现出“一层一层向前推进”的界面；燃烧时从第一层开始，通过接触面传热至其上层，传热易从所述产氧药芯中间向外传热，确保化学氧发生器燃烧不熄灭。
3.本发明提供了一种民航用化学氧发生器产氧药芯，优选所述产氧药芯为圆柱体结构并且轴向一侧或轴向位置相对称的两侧制成平面，可使隔热材料包裹均匀，一致性较好，并且便于干燥操作和运输操作，也有利于净化材料均匀包裹在所述产氧药芯周围，组装具有相对的一致性。
4.本发明提供了一种民航用化学氧发生器产氧药芯，采用所述产氧药芯的化学氧发生器主要作为民航飞机的应急氧源，在座舱释压条件下，满足飞机不同飞行高度下的供氧流量要求，最高产氧时间可达18.0min，保障了旅客生命安全。
5.本发明提供了一种民航用化学氧发生器产氧药芯的制备方法，所述制备方法将混合好的各层组分依次倒入定型工装的凹型模腔中，各层间压实压紧，这样上一层供氧速率快的原料包裹在其上的下一层原料中间，层与层之间呈现出“一层一层向前推进”的界面，燃烧时从第一层开始，通过接触面传热至其上层，传热易从所述产氧药芯中间向外传热，确保化学氧发生器燃烧不熄灭。
附图说明
图1为实施例2制得的一种民航用化学氧发生器产氧药芯内部结构示意图。
图2为实施例1制得的一种民航用化学氧发生器产氧药芯的产氧曲线图。
图3为实施例2制得的一种民航用化学氧发生器产氧药芯的产氧曲线图。
图4为实施例3制得的一种民航用化学氧发生器产氧药芯的产氧曲线图。
具体实施方式
实施例1
一种民航用化学氧发生器产氧药芯的制备方法，所述方法步骤如下：
将各层原料称量完毕后，分别使用混料机进行干混混合均匀，以每层原料总体质量为100％计，分别加入质量分数2％的蒸馏水湿混，混合均匀。将混合好的各层原料依次倒入定型工装的凹型模腔中，各层间使用工装压实后，用200t油压机压紧，通过定型工装限位制成整体密度为1.9g/cm3的产氧药芯，在120℃烘箱放置12h后自然降温至室温，制备得到一种民航用化学氧发生器产氧药芯。
以所述产氧药芯每层的原料总体质量为100％计，其中，每层原料的组成成分及其质量分数如表1所示。
表1产氧药芯每层原料的组成成分及其质量分数
通过表1可知，所述产氧药芯第一层的燃料和催化剂含量最高，其上每层的燃料和催化剂含量依次减低，最后一层的燃料和催化剂含量最低；使所述产氧药芯的产氧速率与燃料和催化剂的含量成正比。
本实施例制得的所述产氧药芯是由六层原料组合压制形成的整体结构，整体结构为圆柱体结构，其中，所述产氧药芯第一层结构为圆锥形，第二层至第五层为中空的圆锥形结构，中空部分的内型面与其下层结构的外型面相配合，层层叠加，将下层包裹在上层下方，顶层为第六层，叠加在第五层上方，第六层的内型面与第五层的外型面相配合，顶部为平面；所述圆锥形的锥角角度为90°。下层包裹在上层下方形成接触面，燃烧时从第一层开始，通过接触面传热至其上层，以实现不息燃的效果。将所述产氧药芯的圆柱体结构位置相对称的两侧制成平面，以方便烘干处理。
将本实施例制备得到的一种民航用化学氧发生器产氧药芯进行如下测试：
将所述产氧药芯包裹两圈1.5mm厚的玻璃纤维毯作为隔热材料后组装成化学氧发生器，将化学氧发生器通过专利CN109682418中公开的氧烛气体在线检测装置进行测试，测试标准为供氧流量大于3人15分钟型氧气流量基准线，3人15分钟型氧气流量基准线可由飞机应急下降曲线所需氧流量得出。
测试结果：供氧17.5min，室温下产氧101.1L。
产氧曲线图如图2所示，产氧平稳，没有出现熄燃现象，产氧性能曲线可满足飞机下降曲线的乘客需氧量要求。
实施例2
一种民航用化学氧发生器产氧药芯的制备方法，所述方法步骤如下：
将各层原料称量完毕后，分别使用混料机进行干混混合均匀，以每层原料总体质量为100％计，分别加入质量分数4％的蒸馏水湿混，混合均匀。将混合好的各层原料依次倒入定型工装的凹型模腔中，各层间使用工装压实后，用200t油压机压紧，通过定型工装限位制成整体密度为2.1g/cm3的产氧药芯，在120℃烘箱放置12h后自然降温至室温，制备得到一种民航用化学氧发生器产氧药芯。
以所述产氧药芯每层的原料总体质量为100％计，其中，每层原料的组成成分及其质量分数如表2所示。
表2产氧药芯每层原料的组成成分及其质量分数
通过表2可知，所述产氧药芯第一层的燃料和催化剂含量最高，其上每层的燃料和催化剂含量依次减低，最后一层的燃料和催化剂含量最低；使所述产氧药芯的产氧速率与燃料和催化剂的含量成正比。
如图1所示，本实施例制得的所述产氧药芯是由五层原料组合压制形成的整体结构，整体结构为圆柱体结构，其中，所述产氧药芯第一层结构为圆锥形，第二层至第四层为中空的圆锥形结构，中空部分的内型面与其下层结构的外型面相配合，层层叠加，将下层包裹在上层下方，顶层为第五层，叠加在第四层上方，第五层的内型面与第四层的外型面相配合，顶部为平面；所述圆锥形的锥角角度为110°。下层包裹在上层下方形成接触面，燃烧时从第一层开始，通过接触面传热至其上层，以实现不息燃的效果。将所述产氧药芯的圆柱体结构位置相对称的两侧制成平面，以方便烘干处理。
将本实施例制备得到的一种民航用化学氧发生器产氧药芯进行如下测试：
将所述产氧药芯包裹两圈1.5mm厚的玻璃纤维毯作为隔热材料后组装成化学氧发生器；将化学氧气发生器放置-15℃的温度箱中，冷冻6h后取出。将冷冻后的化学氧发生器通过专利CN109682418中公开的氧烛气体在线检测装置进行测试，测试标准为供氧流量大于3人15分钟型氧气流量基准线，3人15分钟型氧气流量基准线可由飞机应急下降曲线所需氧流量得出。
测试结果：供氧18.0min，-15℃下产氧99L。
产氧曲线图如图3所示，低温条件下产氧平稳，没有出现熄燃现象，产氧性能曲线可满足飞机下降曲线的乘客需氧量要求。
实施例3
一种民航用化学氧发生器产氧药芯的制备方法，所述方法步骤如下：
将各层原料称量完毕后，分别使用混料机进行干混混合均匀，以每层原料总体质量为100％计，分别加入质量分数3％的蒸馏水湿混，混合均匀。将混合好的各层原料依次倒入定型工装的凹型模腔中，各层间使用工装压实后，用200t油压机压紧，通过定型工装限位制成整体密度为2.0g/cm3的产氧药芯，在120℃烘箱放置12h后自然降温至室温，制备得到一种民航用化学氧发生器产氧药芯。
以所述产氧药芯每层的原料总体质量为100％计，其中，每层原料的组成成分及其质量分数如表3所示。
表3产氧药芯每层原料的组成成分及其质量分数
通过表3可知，所述产氧药芯第一层的燃料和催化剂含量最高，其上每层的燃料和催化剂含量依次减低，最后一层的燃料和催化剂含量最低；使所述产氧药芯的产氧速率与燃料和催化剂的含量成正比。
本实施例制得的所述产氧药芯是由五层原料组合压制形成的整体结构，整体结构为圆柱体结构，其中，所述产氧药芯第一层结构为圆锥形，第二层至第四层为中空的圆锥形结构，中空部分的内型面与其下层结构的外型面相配合，层层叠加，将下层包裹在上层下方，顶层为第五层，叠加在第四层上方，第五层的内型面与第四层的外型面相配合，顶部为平面；所述圆锥形的锥角角度为120°。下层包裹在上层下方形成接触面，燃烧时从第一层开始，通过接触面传热至其上层，以实现不息燃的效果。将所述产氧药芯的圆柱体结构位置相对称的两侧制成平面，以方便烘干处理。
将本实施例制备得到的一种民航用化学氧发生器产氧药芯进行如下测试：
将所述产氧药芯包裹两圈1.5mm厚的玻璃纤维毯作为隔热材料后组装成化学氧发生器；将化学氧气发生器放置55℃的温度箱中进行高温处理，烘6h后取出。将高温处理过的化学氧发生器通过专利CN109682418中公开的氧烛气体在线检测装置进行测试，测试标准为供氧流量大于2人15分钟型氧气流量基准线，2人15分钟型氧气流量基准线可由飞机应急下降剖面所需氧流量得出。
测试结果：供氧16.0min，55℃下产氧99L。
产氧曲线图如图4所示，高温条件下产氧平稳，没有出现熄燃现象，产氧性能曲线可满足飞机下降曲线的乘客需氧量要求。
Claims (6)
1.一种民航用化学氧发生器产氧药芯，其特征在于：所述产氧药芯是由五层以上的原料组合压制形成的整体结构，底部为第一层，第一层上方为第二层，第二层上方为第三层，其余层依次类推，顶层为最后一层；下层部分或全部包裹在上层下方，上下两层之间形成接触面；
以所述产氧药芯每层的原料总体质量为100％计，每层原料的组成成分及其质量分数如下：
产氧源为氯酸钠和高氯酸钾中的一种以上；
燃料为铁粉、镁粉和锡粉中的一种以上；
催化剂为四氧化三钴和三氧化二钴中的一种以上；
抑氯剂为过氧化钡和超氧化钾中的一种以上；
粘结剂为高岭土、二氧化硅和硅酸钠中的一种以上；
添加剂为氧化镁和氢氧化镁中的一种以上；
所述产氧药芯第一层中燃料和催化剂含量最高，其上每层中燃料和催化剂含量依次减低，最后一层中燃料和催化剂含量最低；
所述产氧药芯整体结构为圆柱体结构，其中，第一层结构为锥形，第二层至倒数第二层为中空的锥形结构，中空部分的内型面与其下层结构的外型面相配合，层层叠加，将下层包裹在上层下方，顶层叠加在倒数第二层上方，顶层的内型面与倒数第二层的外型面相配合，顶部为平面；
所述锥形的锥角角度为90°～120°。
2.根据权利要求1所述的一种民航用化学氧发生器产氧药芯，其特征在于：将所述产氧药芯的圆柱体结构轴向一侧或位置相对称的两侧制成平面。
3.根据权利要求1所述的一种民航用化学氧发生器产氧药芯，其特征在于：产氧源为氯酸钠；燃料为铁粉；抑氯剂为氧化镁。
4.根据权利要求2所述的一种民航用化学氧发生器产氧药芯，其特征在于：产氧源为氯酸钠；燃料为铁粉；抑氯剂为氧化镁。
5.一种如权利要求1～4中任一项所述的民航用化学氧发生器产氧药芯的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
分别称取各层原料，在混料机中干混，然后加水进行湿混，直至均匀混合；将混合好的各层原料依次倒入定型工装的凹型模腔中，各层间压实压紧，通过定型工装限位制成整体密度为1.9g/cm3～2.1g/cm3的产氧药芯，在100℃～150℃干燥，制备得到一种民航用化学氧发生器产氧药芯。
6.根据权利要求5所述的一种民航用化学氧发生器产氧药芯的制备方法，其特征在于：以每层原料总体质量为100％计，加入水的质量分数为2％～4％。
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