CN115010560A - 一种高产气量气体发生剂配方及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高产气量气体发生剂配方及其制备方法，属于气体发生剂技术领域。本发明所述气体发生剂的组成成分为5‑氨基四唑、氧化剂以及粘结剂组成。本发明所述气体发生剂燃烧温度低，充气速度快、产气量大、固体残渣含量低，能够满足囊体或容器快速充气以及其它需要快速产生低温气体的领域。

Description

一种高产气量气体发生剂配方及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高产气量气体发生剂配方及其制备方法，属于气体发生剂技术领域。

背景技术

气体发生剂配方可以分为火药类及其改进配方和烟火类复合配方。火药类及其改进的配方主要是硝化棉火药和复合推进剂类配方药剂。烟火混合药剂类的气体发生剂可分为含NaN₃类的和不含NaN₃类的。这些配方的气体发生剂在各个领域得到了广泛的应用，但是部分配方尤其是火药类及其改进的配方的药剂的燃烧温度通常较高，大约在2000 ℃左右。产生的高温气体可能损坏气袋，同时给使用人员和设备亦带来新的不安全威胁。因此，高燃温限制了这类气体发生剂的进一步应用。所以，研究人员就广泛研究燃烧温度更低的气体发生剂配方，其中，低燃温气体发生剂对燃烧温度的要求一般是800~1900 ℃左右，甚至低于500 ℃左右，特种气体发生剂还可低至100~200 ℃。

在气体发生剂的配方中使用广泛的为叠氮化钠/氧化剂体系，该体系气体发生剂具有易点火、燃烧温度低、过滤性好、制药工艺简单、气体产物无毒等优点。但是叠氮化钠本身是剧毒品，给生产和使用人员带来安全隐患。因此，国内外相关科研人员都在研究和开发无毒、产气量大的非叠氮类气体发生剂。在非叠氮类气体发生剂中5-氨基四唑受到了研究者的广泛关注，在该类气体发生剂配方中通常以含（高）氯酸盐、硝酸盐、过渡金属氧化物为可燃剂。然而，由高氯酸盐或氯酸盐为氧化剂组成的气体发生剂燃烧时会放出大量的热，导致燃烧温度往往偏高，除此之外燃烧的气体产物中还含有HCl，这对威胁着人员和仪器设备的安全。如果以硝酸盐为氧化剂，会造成气体发生剂体系的放热偏多或偏少，放热量偏多会使气体发生剂燃烧温度过高，放热量偏低会使可燃剂分解不完全导致产气量不足和产生过多的有害气体。过渡金属氧化物作为气体发生剂的氧化剂时，气体发生剂的理论燃烧低，但会出现点火困难和可燃剂分解不完全的问题。其中，5-氨基四唑/氧化铜气体发生剂具有机械感度低、燃烧热低、燃烧温度最高为697 ℃、有害气体少等优点，但是产气量不高且产气不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体发生剂配方，具体涉及一种以5-氨基四唑为可燃剂，以高碘酸盐为氧化剂的一种气体发生剂，该气体发生剂具有燃烧温度低，充气速度快、产气量大、固体残渣含量低，能够满足囊体或容器快速充气。

本发明的目的还在于提供上述气体发生剂的制备方法。

本发明技术解决方案：气体发生剂组合物，包括以下质量百分比组分：

5-氨基四唑：17~50%；

氧化剂：40~82%；

粘结剂：0.5~3%。

较佳的，所述氧化剂为高碘酸钠、碘酸钠的一种或两种的组合。

较佳的，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇的一种或多种的组合。

本发明所述低燃温气体发生剂的制备方法：将5-氨基四唑、氧化剂、加入到去离子水中配成溶液，采用喷雾干燥仪除去去离子水得到混合均匀的粉体；将粘结剂的水溶液加到混合均匀的粉体中，混合均匀后，过20目筛进行制粒；将过筛后的颗粒进行干燥，把干燥后的颗粒过40目筛，得到固体颗粒；将得到的固体颗粒放入压药机中压制药柱，得到所述的气体发生剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）本发明低燃温气体发生剂组合物所用的可燃剂为5-氨基四唑，优点是氮的质量分数高（82.3%），热稳定性好（熔点: 202.4 ℃），燃烧热低（1033.04 kJ/mol）。

（2）本发明所使用的氧化剂为高碘酸钠或碘酸钠，高碘酸盐或碘酸盐作为绿色氧化剂具有强氧化性、低的吸湿性、低毒性等特点。该类氧化剂分解过程可以吸收燃烧反应放出的多余热量。

（3）气体发生剂选用水溶性的粘结剂为羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇，采用水作为溶剂的优点是避免采用有机溶剂，具有环境保护的作用。

（4）本发明气体发生剂燃烧温度低，充气速度快、产气量大、固体残渣含量低，能够满足囊体或容器快速充气。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

为了降低气体发生剂燃烧温度和提高气体发生剂的产气量。本发明选择5-氨基四唑为可燃剂，高碘酸钠作为氧化剂。其中，5-氨基四唑不仅具有高能量、低特征信号、钝感和环保等特性，而且密度大、生成焓高、气体生成量多，气体产物多为氮气，可达到少烟或无烟的效果。另外其起始熔点为202.4 ℃，燃烧热为1033.04 kJ/mol，生成焓为208.7 kJ/mol，爆速为7100 m/s。高碘酸钠作为绿色氧化剂具有强氧化性、低的吸湿性、低毒性等特点，最重要的一点是实验表明高碘酸钠只有在持续加热的情况下其热分解反应才会进行下去，热分析结果也表明高碘酸钠第一步热分解放热，剩下的热分解过程均是吸热的。这样可以降低该配方气体发生剂燃烧反应的热效应，从而进一步降低燃烧温度。喷雾干燥法是将原料液用雾化器分散成雾滴，并用热空气（或其它气体）与雾滴直接接触的方式而获得粉粒状样品的一种干燥过程，可以根据要求把样品制成粉状，颗粒状，空心球状或团粒状。与此同时通过喷雾干燥法可以有效地增加氧化剂与燃料的界面接触，增加传质传热效率，使可燃剂与氧化剂完全反应，从而提高气体发生剂的产气量。性能测试实验发现该配方具有燃烧温度低，充气速度快、产气量大、产气稳定、固体残渣含量低的特点。

下文中除注明外所有提到的浓度或比例均为质量百分比。

实施例1

将36%的5-氨基四唑、64%的高碘酸钠加入到去离子水中配成溶液，采用喷雾干燥仪除去去离子水得到混合均匀的粉体。加入占药粉（粉体）15%的水和2.9%的羟丙基甲基纤维素搅拌，混合均匀后，过20目筛进行制粒。将过筛后的颗粒在60 ℃下干燥6小时，把干燥后的颗粒过40目筛，得到40目以下的气体发生剂颗粒。取500 mg的气体发生剂放入直径为6mm的圆柱型模具中，使用手动压药机压制成气体发生剂药柱。将药柱放入密闭爆发器中点火，达到最大压强的时间0.07 s，最大压强为7.69 MPa，残渣率14.52%。燃烧温度测试表明其最高燃烧温度为1195 ℃。

实施例2

将28%的5-氨基四唑、72%的高碘酸钠、加入到去离子水中配成溶液，由喷雾干燥仪制备出混合均匀的粉体。加入占药粉15%的水和4%的聚乙烯醇混合均匀后，过20目筛进行造粒。将过筛后的颗粒在60 ℃下干燥6小时，然后取出干燥后的颗粒过40目筛，得到40目以下的气体发生剂样品。取500 mg的气体发生剂放入直径为6 mm的模具中。使用压药机把气体发生剂样品压制药柱。将药柱放入密闭爆发器中点火，达到最大压强的时间0.13 s，最大压强为5.91 MPa，残渣率为11.39%。燃烧温度测试表明其最高燃烧温度为1156 ℃。

实施例3

把39%的5-氨基四唑、61%的高碘酸钠、加入到去离子水中配成溶液，采用喷雾干燥仪制备得到混合均匀的粉体。加入占药粉15%的水和4.5%的羧甲基纤维素钠，把气体发生剂样品混合均匀后，过20目筛进行制粒。将过筛后的颗粒在60 ℃下干燥6小时，取出样品过40目筛，得到固体40目以下的气体发生剂颗粒。称取6 g左右的气体发生剂放入直径为24 mm的圆柱形模具中，使用压药机压制药柱。将药柱放入气体发生器中进行充气实验，从点火开始到充气结束用了约2.5 s将一个2 L的气袋充满。在没有外加物理降温措施的条件下，该气体发生剂配方的样品点火充气结束后橡胶导气管和气袋完好无损，而且收集到气体的温度接近于常温。

Claims (5)

1.一种气体发生剂组合物，其特征在于，以质量百分比计，包括以下组分：

5-氨基四唑：17~50%；

氧化剂：40~82%；

粘结剂：0.5~3%。

2.如权利要求1所述的气体发生剂组合物，其特征在于，所述氧化剂为高碘酸钠、碘酸钠的一种或两种的组合。

3.如权利要求1所述的气体发生剂组合物，其特征在于，所述粘结剂为羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇的一种或多种的组合。

4.一种气体发生剂，由如权利要求1-3任一所述的气体发生剂组合物制备得到。

5.如权利要求4所述的气体发生剂的制备方法，其特征在于，将5-氨基四唑、氧化剂、加入到去离子水中配成溶液，采用喷雾干燥法除去去离子水得到混合均匀的粉体；将粘结剂的水溶液加到上述粉体中，混合均匀后，过20目筛进行制粒；将过筛后的颗粒进行干燥，把干燥后的颗粒过40目筛，得到固体颗粒；将得到的固体颗粒放入压药机中压制药柱，得到所述的气体发生剂。