CN116891218A - 一种延迟启动平稳放氧的氧烛及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种延迟启动平稳放氧的氧烛及其制备方法，具体涉及化学氧发生技术领域。所述氧烛由引燃层和生氧层组成，引燃层以质量份计，由24‑31份复合燃料，54‑62份氧化剂，0‑8份燃速调节剂，6‑8份粘结剂构成；生氧层以质量份计，由90‑94份氯酸盐，2‑4份催化剂，0‑3份导热材料，1‑2份粘结剂构成；引燃层可改变配方调整启动时间，实现平稳启动，生氧层不添加燃料，可根据实际情况调整配方，控制生氧速率；本发明氧烛的引燃层点火可靠性高，储存安定性好；生氧层稳定放氧，有效含氧量高。

Description

一种延迟启动平稳放氧的氧烛及其制备方法
技术领域
本发明属于化学氧发生技术领域，具体涉及一种延迟启动平稳放氧的氧烛及其制备方法。
背景技术
氧烛是以氯酸盐或高氯酸盐为主要生氧剂的制氧装置，具有体积小，储氧量大，放氧速率和放氧量不受温度、湿度和压力等环境条件影响等特点，在隔绝式化学氧自救器的初期生氧装置中有着广泛的应用。
隔绝式化学氧自救器在使用初期反应生成的氧气不能满足佩戴需要，需要额外的生氧器解决初期生氧不足的问题。目前化学氧自救器广泛使用氧烛式启动器，但在使用过程中，因氧烛引起的自救器着火或爆炸的事件时有发生。
经相关人员研究分析，因氧烛引起化学氧自救器着火的原因主要有：①由于氧烛启动后会释放大量的热量，若燃料添加过多，燃烧会异常剧烈，可能导致高温燃烧的氧烛药颗粒烧穿壳体，造成着火；②氧烛中生氧剂与燃料颗粒的燃烧属于振荡燃烧，若燃料粒度多大或粒度分配不均会造成燃料颗粒聚集加剧局部的振荡燃烧，引起燃烧颗粒飞溅，导致自救器着火；③氧烛药块是在一定压力下干压或湿压成型，若成型工艺设计不当，氧烛强度不够，会因反复磨损产生粉末，而药粉会被氧烛产生的高温气流点燃，并在氧气流的推动下，进入橡胶气管或气囊中，导致自救器起火。
发明内容
本发明通过提供一种延迟启动平稳放氧的氧烛及其制备方法，解决化学氧自救器应用中氧烛启动器安全性不足的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明提供了一种延迟启动平稳放氧的氧烛，包括：引燃层、位于所述引燃层下方的生氧层；所述引燃层由复合燃料、氧化剂、燃速调节剂、粘结剂混合压制而成，所述生氧层由氯酸盐、催化剂、导热剂、粘结剂混合压制而成。
具体的，所述引燃层中各组分的质量份数如下：24-31份复合燃料，54-62份氧化剂，0-8份燃速调节剂，6-8份粘结剂；所述生氧层中各组分的质量份数如下：90-94份氯酸盐，2-4份催化剂，0-3份导热材料，1-2份粘结剂。
具体的，所述氧化剂与复合燃料的质量比为(24-32)：(13-17)。
具体的，所述氯酸盐与催化剂的质量比为(90.5-95)：(3.5-2.5)。
具体的，所述复合燃料的粒径为300～400目，所述氧化剂的粒径为200～300目，所述燃速调节剂的粒径为300～500目，所述粘结剂的粒径为300～400目；所述氯酸盐的粒径为40～200目，所述催化剂的激光粒度为10～15μm，所述导热材料的粒径为300～500目。
具体的，所述复合燃料由铁粉、锰粉、钴粉三种金属粉末复配而成；所述氧化剂为高锰酸钾、高锰酸钙、高锰酸钠中的一种或多种混合物；所述燃速调节剂为氟化钙、氮化硼中的一种或两种；所述粘结剂为硅藻土、高岭土、陶土中的一种或多种。
具体的，所述复合燃料中，锰粉：铁粉：钴粉的质量比为(4-8)：(6-10)：(1-4)。
具体的，所述氯酸盐为氯酸钠、氯酸钾、高氯酸钾或高氯酸钠中的一种或多种；所述催化剂为镍钴锰三元素复合氢氧化物、镍钴铝三元素复合氢氧化物中的一种或两种；所述导热材料为氮化铝、碳化硅、氮化硼中的一种或多种。
进一步，所述氧烛的制备方法，具体包括如下步骤：
1)准备原料：称取24-31份复合燃料、54-62份氧化剂、0-8份燃速调节剂、6-8份粘结剂并混合均匀作为引燃层原料；称取90-94份氯酸盐、2-4份催化剂、0-3份导热材料、1-2份粘结剂并混合均匀作为生氧层原料；
2)压制成型：先将生氧层物料压制成型，而后在成型生氧层的基础上添加引燃层物料压制成型；其中，生氧层成型压力为6-7T/cm3，保压时间为2-4s；引燃层成型压力为2-4.5T/cm3，保压时间为3-8s。
进一步，所述氧烛的制备方法，所述氧烛的启动时间为1-7s，燃烧速度为0.25-0.9mm/s。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：
本发明引燃层采用延时设计，从引燃到完全燃烧需要1～7秒的时间；可调整引燃配方控制实际的启动时间；
引燃层采用欠氧设计，引燃初期气体释放量少；用于隔绝式化学氧自救器中时，对自救器罐体和气囊的冲击力小；
引燃层采用复合燃料，温感适中，在-10±1℃到60±2℃环境内均可正常引发(火帽触发)，且与明火短时间接触不会引燃；
生氧层不含任何燃料，安全可靠，同时有效含氧量高，有效含氧量为43-47w％；
生氧层放氧平稳，可根据实际需要调整氧烛药配方来控制生氧速率。
成型工艺能够保证氧烛药块有足够的强度，在震动冲击状态中，杜绝或减少因反复磨损产生粉末，避免在使用过程中产生危险。
具体实施方式
本实施例提供了一种延迟启动平稳放氧的氧烛及其制备方法，包括：引燃层、位于所述引燃层下方的生氧层；所述引燃层由复合燃料、氧化剂、燃速调节剂、粘结剂混合压制而成，所述生氧层由氯酸盐、催化剂、导热剂、粘结剂混合压制而成。
具体的，所述引燃层中各组分的质量份数如下：24-31份复合燃料，54-62份氧化剂，0-8份燃速调节剂，6-8份粘结剂；所述生氧层中各组分的质量份数如下：90-94份氯酸盐，2-4份催化剂，0-3份导热材料，1-2份粘结剂。
具体的，所述氧化剂与复合燃料的质量比为(24-32)：(13-17)。
具体的，所述氯酸盐与催化剂的质量比为(90.5-95)：(3.5-2.5)。
具体的，所述复合燃料的粒径为300～400目，所述氧化剂的粒径为200～300目，所述燃速调节剂的粒径为300～500目，所述粘结剂的粒径为300～400目；所述氯酸盐的粒径为40～200目，所述催化剂的激光粒度为10～15μm，所述导热材料的粒径为300～500目。
具体的，所述复合燃料由铁粉、锰粉、钴粉三种金属粉末复配而成；所述氧化剂为高锰酸钾、高锰酸钙、高锰酸钠中的一种或多种混合物；所述燃速调节剂为氟化钙、氮化硼中的一种或两种；所述粘结剂为硅藻土、高岭土、陶土中的一种或多种；
所述引燃层中钴粉的添加量可有效调节其燃烧速度，使其均匀稳定放热；
所述氧化剂中的高锰酸盐有效含氧量较低，可控制引燃层整体的放热量；
所述氟化钙导热性能差，具有良好的隔热性能，而氮化硼有非常高的导热性能，进而调整氟化钙或氮化硼的加量可调节引燃层的燃烧速度。
具体的，所述复合燃料中，锰粉：铁粉：钴粉的质量比为(4-8)：(6-10)：(1-4)。
具体的，所述氯酸盐为氯酸钠、氯酸钾、高氯酸钾或高氯酸钠中的一种或多种；所述催化剂为镍钴锰三元素复合氢氧化物、镍钴铝三元素复合氢氧化物中的一种或两种；所述导热材料为氮化铝、碳化硅、氮化硼中的一种或多种；
催化剂镍钴锰三元素复合氢氧化物或镍钴铝三元素复合氢氧化物的应用可在无燃料参与下使氧烛的生氧性能与添加燃料的氧烛性能相当，并且放氧更为平稳；
所述导热材料为无机非金属材料，热导率高；添加到氧烛中可以使体系热量分布更均匀避免局部温度过高，并能弥补因不添加金属燃料而导致的体系导热性能不足的问题，从而更好地调节氧烛的燃烧速度，并使其燃烧更平稳。
进一步，所述氧烛的制备方法，具体包括如下步骤：
1)准备原料：称取24-31份复合燃料、54-62份氧化剂、0-8份燃速调节剂、6-8份粘结剂并混合均匀作为引燃层原料；称取90-94份氯酸盐、2-4份催化剂、0-3份导热材料、1-2份粘结剂并混合均匀作为生氧层原料；
2)压制成型：先将生氧层物料压制成型，而后在成型生氧层的基础上添加引燃层物料压制成型；其中，生氧层成型压力为6-7T/cm3，保压时间为2-4s；引燃层成型压力为2-4.5T/cm3，保压时间为3-8s。
进一步，所述氧烛的制备方法，所述氧烛的启动时间为1-7s，燃烧速度为0.25-0.9mm/s；
进一步，所述氧烛的制备方法，压制成型后的氧烛烛体高度为23-27mm；
进一步，所述氧烛的制备方法，所述氧烛有效含氧量为43-47w％。
这里将详细地对示例性实施例进行说明。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的方法的例子。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种延迟启动平稳放氧的氧烛，包括：引燃层、位于引燃层下方的生氧层；所述引燃层由复合燃料、氧化剂、燃速调节剂、粘结剂混合压制而成，所述生氧层由氯酸盐、催化剂、导热剂、粘结剂混合压制而成。
引燃层1.5g，物料比例(质量分数)为高锰酸钾59.5％，锰粉8.5％，铁粉14％，钴粉3.5％，氮化硼5％，高岭土7.5％。
高锰酸钾粒径：200目；锰粉粒径：300目；铁粉粒径：300目；钴粉粒径：300目；氮化硼粒径：400目；高岭土粒径：300目。
生氧层16.0g，物料比例(质量分数)为氯酸钠83.6％，高氯酸钾8.9％，氮化铝2％，镍钴锰三元素复合氢氧化物4％，高岭土1.5％。
氯酸钠粒径：60目；高氯酸钾粒径：200目；氮化铝粒径：300目；镍钴锰三元素复合氢氧化物激光粒度(D50)：13μm；高岭土粒径：300目。
引燃层及生氧层物料在115℃恒温干燥2h后，分别用V型混合机干混30min，混合均匀；
混合均匀的物料分别装入压片机对应料斗中，生氧层在下，引燃层在上，依次压制成药块；生氧层成型压力为为6T/cm3，保压时间为3s；引燃层成型压力为3T/cm3，保压时间为5s。
成型的氧烛药块装配成生氧装置中，拉开火帽，测试氧烛性能：氧烛启动时间2s，放氧量5.4L，持续放氧时间58s。
实施例2
本发明提供了一种延迟启动平稳放氧的氧烛，包括：引燃层、位于引燃层下方的生氧层；所述引燃层由复合燃料、氧化剂、燃速调节剂、粘结剂混合压制而成，所述生氧层由氯酸盐、催化剂、导热剂、粘结剂混合压制而成。
引燃层1.0g，物料比例(质量分数)为高锰酸钙61.5％，锰粉7.5％，铁粉17.0％，钴粉2.0％，氮化硼6.0％，硅藻土6.0％。
高锰酸钙粒径：300目；锰粉粒径：400目；铁粉粒径：400目；钴粉粒径：400目；氮化硼粒径：500目；硅藻土粒径：400目。
生氧层15.0g，物料比例(质量分数)为氯酸钠92.4％，碳化硅3.3％，镍钴铝三元素复合氢氧化物2.5％，硅藻土1.8％。
氯酸钠粒径：80目；碳化硅粒径：500目；镍钴铝三元素复合氢氧化物激光粒度(D50)：15μm；硅藻土粒径：400目。
引燃层及生氧层物料在115℃恒温干燥2h后，分别用V型混合机干混30min，混合均匀；
混合均匀的物料分别装入压片机对应料斗中，生氧层在下，引燃层在上，依次压制成药块；生氧层成型压力为为7T/cm3，保压时间为4s；引燃层成型压力为4.5T/cm3，保压时间为8s。
成型的氧烛药块装配成生氧装置中，拉开火帽，测试氧烛性能：氧烛启动时间5s，放氧量4.7L，持续放氧时间65s。
实施例3
本发明提供了一种延迟启动平稳放氧的氧烛，包括：引燃层、位于引燃层下方的生氧层；所述引燃层由复合燃料、氧化剂、燃速调节剂、粘结剂混合压制而成，所述生氧层由氯酸盐、催化剂、导热剂、粘结剂混合压制而成。
引燃层2.0g，物料比例(质量分数)为高锰酸钠60.0％，锰粉11.0％，铁粉13.5％，钴粉5.5％，氟化钙5.0％，高岭土5.0％。
高锰酸钠粒径：200目；锰粉粒径：300目；铁粉粒径：300目；钴粉粒径：300目；氟化钙粒径：300目；高岭土粒径：300目。
生氧层17.0g，物料比例(质量分数)为氯酸钠89.2％，高氯酸钠：4.6％；氮化硼2.3％，镍钴铝三元素复合氢氧化物2.8％，高岭土1.1％。
氯酸钠粒径：40目；高氯酸钠：200目；氮化硼粒径：400目；镍钴铝三元素复合氢氧化物激光粒度(D50)：10μm；高岭土粒径：300目。
引燃层及生氧层物料在115℃恒温干燥2h后，分别用V型混合机干混30min，混合均匀；
混合均匀的物料分别装入压片机对应料斗中，生氧层在下，引燃层在上，依次压制成药块；生氧层成型压力为为5T/cm3，保压时间为3s；引燃层成型压力为3T/cm3，保压时间为5s。
成型的氧烛药块装配成生氧装置中，拉开火帽，测试氧烛性能：氧烛启动时间1s，放氧量5.8L，持续放氧时间75s。
实施例4
本发明提供了一种延迟启动平稳放氧的氧烛，包括：引燃层、位于引燃层下方的生氧层；所述引燃层由复合燃料、氧化剂、燃速调节剂、粘结剂混合压制而成，所述生氧层由氯酸盐、催化剂、导热剂、粘结剂混合压制而成。
引燃层1.5g，物料比例(质量分数)为高锰酸钙57.5％，锰粉12.0％，铁粉15.0％，钴粉2.0％，氮化硼7.5％，硅藻土6.0％。
高锰酸钙粒径：200目；锰粉粒径：400目；铁粉粒径：400目；钴粉粒径：300目；氮化硼粒径：500目；硅藻土粒径：400目。
生氧层16.5g，物料比例(质量分数)为氯酸钾83.7％，高氯酸钾：8.4％；氮化铝2.9％，镍钴锰三元素复合氢氧化物3.3％，硅藻土1.7％。
氯酸钾粒径：200目；高氯酸钾：200目；氮化铝粒径：300目；镍钴锰三元素复合氢氧化物激光粒度(D50)：15μm；硅藻土粒径：400目。
引燃层及生氧层物料在115℃恒温干燥2h后，分别用V型混合机干混30min，混合均匀；
混合均匀的物料分别装入压片机对应料斗中，生氧层在下，引燃层在上，依次压制成药块；生氧层成型压力为为7T/cm3，保压时间为4s；引燃层成型压力为4.5T/cm3，保压时间为8s。
成型的氧烛药块装配成生氧装置中，拉开火帽，测试氧烛性能：氧烛启动时间5s，放氧量5.6L，持续放氧时间55s。
实施例5
在实施例1-4的基础上，本实施例还提供了一种延迟启动平稳放氧的氧烛的制备方法，具体包括如下步骤：
1)准备原料：称取24-31份复合燃料、54-62份氧化剂、0-8份燃速调节剂、6-8份粘结剂并混合均匀作为引燃层原料；称取90-94份氯酸盐、2-4份催化剂、0-3份导热材料、1-2份粘结剂并混合均匀作为生氧层原料；
2)压制成型：先将生氧层物料压制成型，而后在成型生氧层的基础上添加引燃层物料压制成型；其中，生氧层成型压力为6-7T/cm3，保压时间为2-4s；引燃层成型压力为2-4.5T/cm3，保压时间为3-8s。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
应当理解的是，本发明并不局限于上述已经描述的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种延迟启动平稳放氧的氧烛，其特征在于，包括：引燃层、位于所述引燃层下方的生氧层；所述引燃层由复合燃料、氧化剂、燃速调节剂、粘结剂混合压制而成，所述生氧层由氯酸盐、催化剂、导热剂、粘结剂混合压制而成。
2.根据权利要求1所述的氧烛，其特征在于，所述引燃层中各组分的质量份数如下：24-31份复合燃料，54-62份氧化剂，0-8份燃速调节剂，6-8份粘结剂；所述生氧层中各组分的质量份数如下：90-94份氯酸盐，2-4份催化剂，0-3份导热材料，1-2份粘结剂。
3.根据权利要求2所述的氧烛，其特征在于，所述氧化剂与复合燃料的质量比为(24-32)：(13-17)。
4.根据权利要求2所述的氧烛，其特征在于，所述氯酸盐与催化剂的质量比为(90.5-95)：(3.5-2.5)。
5.根据权利要求1或2所述的氧烛，其特征在于，所述复合燃料的粒径为300～400目，所述氧化剂的粒径为200～300目，所述燃速调节剂的粒径为300～500目，所述粘结剂的粒径为300～400目；所述氯酸盐的粒径为40～200目，所述催化剂的激光粒度为10～15μm，所述导热材料的粒径为300～500目。
6.根据权利要求5所述的氧烛，其特征在于，所述复合燃料由铁粉、锰粉、钴粉三种金属粉末复配而成；所述氧化剂为高锰酸钾、高锰酸钙、高锰酸钠中的一种或多种混合物；所述燃速调节剂为氟化钙、氮化硼中的一种或两种；所述粘结剂为硅藻土、高岭土、陶土中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的氧烛，其特征在于，所述复合燃料中，锰粉：铁粉：钴粉的质量比为(4-8)：(6-10)：(1-4)。
8.根据权利要求5所述的氧烛，其特征在于，所述氯酸盐为氯酸钠、氯酸钾、高氯酸钾或高氯酸钠中的一种或多种；所述催化剂为镍钴锰三元素复合氢氧化物、镍钴铝三元素复合氢氧化物中的一种或两种；所述导热材料为氮化铝、碳化硅、氮化硼中的一种或多种。
9.根据权利要求1-8任一项所述氧烛的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1)准备原料：称取24-31份复合燃料、54-62份氧化剂、0-8份燃速调节剂、6-8份粘结剂并混合均匀作为引燃层原料；称取90-94份氯酸盐、2-4份催化剂、0-3份导热材料、1-2份粘结剂并混合均匀作为生氧层原料；
2)压制成型：先将生氧层物料压制成型，而后在成型生氧层的基础上添加引燃层物料压制成型；其中，生氧层成型压力为6-7T/cm3，保压时间为2-4s；引燃层成型压力为2-4.5T/cm3，保压时间为3-8s。
10.根据权利要求9所述氧烛的制备方法，其特征在于，所述氧烛的启动时间为1-7s，燃烧速度为0.25-0.9mm/s。
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