TWI820782B - 易燃性複合材料和含有其之可燃性膠殼的製作方法、及發射彈藥 - Google Patents
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Abstract
提供一種易燃性複合材料，其係包含：硝化纖維素，其重量平均分子量(Mw)為12萬以上，含氮量為11~12重量%，含水量為小於3重量%；樟腦，其與硝化纖維素的重量比為1：2~1：4。藉由使用前述易燃性複合材料，能夠獲得燃燒熱和拉抗強度皆為理想的可燃性膠殼。又，提供一種可燃性膠殼的製作方法，其係包含：藥塊形成步驟，在溶劑中攪拌可燃性複合材料至形成均勻相的膠體，並將膠體靜置及烘乾，以形成藥塊；熱壓成型步驟，將藥塊在壓力為140~160kgf/cm2、溫度為100~120℃的條件下進行熱壓成型，以形成膠質材料；及真空成型步驟，將膠質材料在壓力為15~30KPa、溫度為100~120℃的條件下，進行真空成型，以形成可燃性膠殼。前述可燃性膠殼的製作方法具有製造彈性、模具設計彈性、低成本等特點。
Description
本發明係關於一種易燃性複合材料和含有其之可燃性膠殼的製作方法、及發射彈藥。
一直以來，因為硝化纖維素係為含能高分子，故可將其用於製造各種發射彈藥，可舉出例如：無殼彈藥、易燃彈藥、袋裝藥、迫砲彈藥等。
又，有人公開了一種技術，可在硝化纖維素添加3,6-二肼基-s-四嗪作為添加劑，以增加含有硝化纖維素的組合物(以下稱為易燃性複合材料)的燃燒速率。
然而，就習知的易燃性複合材料而言，雖然增加了燃燒速率，但其燃燒熱(能量的表現)和拉抗強度(可塑型性)尚未能達到理想的程度，故還有進一步提升的空間。
接著，本發明人們發現，藉由選用具有特定含水量、含氮量、重量平均分子量(Mw)之硝化纖維素，並搭配適當比例的樟腦作為添加劑，能夠獲得燃燒速率佳，且燃燒熱和拉抗強度皆為理想的易燃性複合材料。
又，本發明人們發現，藉由使用本發明的易燃性複合材料，再經過熱壓成型和真空成型兩道製程，能夠大批量或小批量地生產可燃性膠殼，
具有製造彈性、模具設計彈性、低成本等特點。藉由本發明的方法所製造之可燃性膠殼，因其係形成膠質材料再成型且可彈性製造，故能夠改進習知發射彈藥之防潮性和組裝性等。
為了解決上述問題，本發明一態樣的易燃性複合材料，其係包含：硝化纖維素，其重量平均分子量(Mw)為12萬以上，含氮量為11~12重量%，含水量為小於3重量%；樟腦，其與前述硝化纖維素的重量比為1：2~1：4。
在一實施例中，本發明的易燃性複合材料還包含：穩定劑，其係占前述硝化纖維素和前述樟腦之總重量的1~3重量%，且其係選自由二苯胺、二甲基二苯脲及二乙基二苯脲所組成的群組中至少之一者。
在一實施例中，前述硝化纖維素的分子量分布指數(Mw/Mn)為3.5~4.5。
在一實施例中，前述易燃性複合材料的燃燒熱為3,800~4,700cal/g，且拉抗強度為600N以上。
在一實施例中，前述易燃性複合材料的楊氏模數為2,000~2,600MPa。
為了解決上述問題，本發明一態樣的可燃性膠殼的製作方法，其係包含：藥塊形成步驟，在溶劑中攪拌本發明的易燃性複合材料至形成均勻相的膠體，並將前述膠體靜置及烘乾，以形成藥塊；
熱壓成型步驟，將前述藥塊在壓力為140~160kgf/cm2、溫度為100~120℃的條件下進行熱壓成型，以形成膠質材料；及真空成型步驟，將前述膠質材料在壓力為15~30KPa、溫度為100~120℃的條件下，進行真空成型，以形成前述可燃性膠殼。
在一實施例中，還包含：藥塊乾燥步驟，其係在前述熱壓成型步驟之前，藉由乾燥前述藥塊以將前述溶劑排除。
在一實施例中，前述乾燥係為兩段式乾燥，第一段乾燥係在溫度25~35℃下乾燥3~5小時，第二段乾燥係在溫度40~50℃下乾燥6~10小時。
在一實施例中，該溶劑係選自由丙酮、乙醇及乙醚-乙醇所組成的群組中至少之一者。
為了解決上述問題，本發明一態樣的發射彈藥，其係包含彈體；引信，其係連接於前述彈體的一側；可燃性膠殼，其係連接於前述彈體的另一側；及尾翼，其係連接於前述可燃性膠殼之未與前述彈體連接的一側；其中，前述可燃性膠殼係由本發明的可燃性膠殼的製作方法所製造而成。
本發明一態樣是鑒於上述習知的問題點所完成者，其目的是，提供一種易燃性複合材料和含有其之可燃性膠殼。本發明之易燃性複合材料的燃燒速率、燃燒熱和拉抗強度皆為理想，故能夠大批量或小批量地生產可燃性膠殼，且具有製造彈性、模具設計彈性、低成本等特點。
本發明的另一態樣係提供一種發射彈藥，其係使用本發明所製造的可燃性膠殼。藉由本發明的方法所製造之可燃性膠殼，因其係形成膠質材料再成型且可彈性製造，故能夠改進習知發射彈藥之防潮性和組裝性等。
1:引信
2:彈體
3:可燃性膠殼
4:尾翼
100:發射彈藥
S1~S4:步驟
圖1係本發明一實施例的可燃性膠殼的製作方法之流程圖。
圖2係經過熱壓成型後的膠質材料(半成品)之照片。
圖3經過真空成型後的可燃性膠殼(成品)之照片。
圖4係本發明一實施例的發射彈藥之剖面示意圖。
<易燃性複合材料>
本發明一實施例的易燃性複合材料係包含硝化纖維素(CAS碼：9004-70-0)和樟腦(CAS碼：76-22-2)，且因應必要還包含穩定劑。
就硝化纖維素(Nitrocellulose)而言，其重量平均分子量(Mw)為12萬以上，含氮量(硝化程度)為11~12重量%，含水量為小於3重量%。若重量平均分子量(Mw)小於12萬，則所形成之易燃性複合材料的機械性質不佳(抗拉強度不足)，且易脆而不利於保存。
又，若硝化纖維素的含氮量小於11重量%，則可能會逐漸分解而放出酸，降低著火點，亦有自燃自爆的可能；若硝化纖維素的含氮量大於12重量%，則因其未具有充裕的官能基和樟腦形成鍵結，無法順利塑形成易燃性複合材料。接著，若硝化纖維素的含水量在3重量%以上，則所形成之易燃性複合材料難以點火，無法獲得足夠的燃燒效率。
再者，在一實施例中，硝化纖維素的分子量分布指數(重量平均分子量Mw/數目平均分子量Mn)為3.5~4.5。此外，硝化纖維素係可選自市售的產品，例如國防部軍備局生產製造中心第205廠產的LNC-5、LNC-80等等，並未特別限制，只要符合上述含氮量、重量平均分子量和含水量即可。
接著，樟腦係可選自市售的合成樟腦粉，純度較佳係在96%以上，更佳為98%以上。又，樟腦和硝化纖維素的重量比為1：2~1：4。
又，為了穩定地獲得易燃性複合材料，一較佳實施例中的易燃性複合材料進一步包含穩定劑。就穩定劑而言，可為二苯胺、二甲基二苯脲及二乙基二苯脲所組成的群組中至少之一者，且穩定劑較佳為二苯胺。此外，前述穩定劑係占硝化纖維素和樟腦之總重量的1~3重量%，較佳係占2重量%。
<可燃性膠殼的製作方法>
本發明的易燃性複合材料能夠用於製作可燃性膠殼。又，藉由本發明之可燃性膠殼的製作方法，能夠大批量或小批量地生產可燃性膠殼，且具有製造彈性、模具設計彈性、低成本等特點。
接著，如圖1所示，本發明一實施例之可燃性膠殼的製作方法係至少包含藥塊形成步驟S1、熱壓成型步驟S3和真空成型步驟S4，且較佳係還包含藥塊乾燥步驟S2。
(藥塊形成步驟S1)
藥塊形成步驟係依序秤取硝化纖維素、樟腦和穩定劑的所需重量(例如，樟腦和硝化纖維素的重量比為1：2~1：4；若有穩定劑的話，穩定劑係占硝化纖維素和樟腦之總重量的1~3重量%)，並與溶劑一起加入適當容器內，以電動攪拌機進行攪拌(200~300rpm，30~60分鐘)形成混合物。
攪拌後，以目視觀察前述混合物是否已混合攪拌為均勻相膠體及有無雜質，再倒入特定之離心脫泡用器皿後，配合脫泡機具進行離心脫泡，以使膠體均勻分布(觀察到不含氣泡為止)。之後，將前述膠體放置烘箱進行靜置及烘乾8~12小時，直到乾燥完成為止，以形成藥塊。
又，就前述溶劑而言，可選自由丙酮、乙醇及乙醚-乙醇所組成的群組中至少之一者，且較佳係選自丙酮，並未特別限定。又，就溶劑的量而言，只要能夠充分溶解硝化纖維素、樟腦和穩定劑等即可，溶劑的量可為硝化纖維素和樟腦之總重量的100~200重量%，且較佳係150重量%。
(藥塊乾燥步驟S2)
藥塊乾燥步驟係為可選的步驟，其係在前述藥塊形成步驟之後且後續的熱壓成型步驟之前進行。如果前述藥塊形成步驟中的混合物含有溶劑等雜質，則會在後續的熱壓成型步驟中使溶劑氣化並被包裹在藥塊內，進而影響所欲生產之可燃性膠殼的純度。
因此，為了使前述藥塊能夠順利執行後續的熱壓成型步驟，可進行藥塊乾燥步驟以將藥塊中的溶劑排除。前述藥塊乾燥步驟係為兩段式乾燥，第一段乾燥係在溫度25~35℃下乾燥3~5小時，第二段乾燥係在溫度40~50℃下乾燥6~10小時。又，第一段乾燥較佳係在溫度30℃下乾燥4小時，第二段乾燥較佳係在溫度45℃下乾燥8小時。
為了確認是否完成乾燥，能夠針對配置藥塊的前後進行秤重並計算差值，以確保溶劑(例如丙酮)被排除。
(熱壓成型步驟S3)
熱壓成型步驟係將經過前述步驟S1或前述步驟S1和S2之前述藥塊秤取後放置於模具(例如為30×30cm2的模具)內，並使用熱壓機進行壓製成型，以形成特定尺寸之膠質材料(例如為30×30×1cm3)。
具體而言，在壓力為140~160kgf/cm2、溫度為100~120℃的條件下進行熱壓成型5~10分鐘，並在保持受壓狀態下自然冷卻以形成膠質材料。又，在一實施例中，熱壓成型步驟係在壓力為150kgf/cm2、溫度為110℃的條件下進行熱壓成型5分鐘，並獲得如圖2所示之經過熱壓成型後的膠質材料(半成品)。
(真空成型步驟S4)
真空成型步驟係將經過前述步驟S3之膠質材料按照真空成型機的進料規格進行裁切(例如長寬裁切為A4尺寸(29.7×21cm2)，厚度裁切為1mm)，之後將裁切後的膠質材料置於真空成型機上進行真空成型，真空成型用的模具(例如可為呈現圓形、橢圓形、長方型或馬蹄型等之模具)可依使用者的需求來進行設計製作。
具體而言，在壓力為15~30KPa、溫度為100~120℃的條件下進行真空成型5~20秒鐘，並在真空成型後自然冷卻以形成可燃性膠殼。又，在一實施例中，真空成型步驟係在壓力為20KPa、溫度為110℃的條件下進行真空成型10秒鐘，並獲得如圖3所示之經過真空成型後的可燃性膠殼(成品)。藉由上述步驟S1~S4，能夠大批量或小批量地生產可燃性膠殼，且具有製造彈性、模具設計彈性、低成本等特點。
[實施例1~6和比較例1~26]
依據下述表1中各種類的硝化纖維素和表2~表5的比例，並依據前述步驟S1~S4，製作實施例1~6和比較例1~26的易燃性複合材料和可燃性膠殼。
其中，藥塊乾燥步驟S2中的第一段乾燥係在溫度30℃下乾燥4小時，第二段乾燥係在溫度45℃下乾燥8小時。
熱壓成型步驟S3在壓力為150kgf/cm2、溫度為110℃的條件下進行熱壓成型5分鐘。
真空成型步驟係在壓力為20KPa、溫度為110℃的條件下進行真空成型10秒鐘。
[燃燒熱數據]
接著，使用燃燒彈熱卡計方法，測試上述各實施例和比較例的燃燒熱，並整理於以下表6。
首先，從上述表6能夠得知，因為比較例1、3~9、11~14、16~19、24~26中樟腦與硝化纖維素的重量比並非在本發明的範圍(1：2~1：4)，且樟腦的比例過低，故上述比較例並未具有足夠的燃燒熱。接著，從上述表6能夠得知，雖然比較例2、10、15、20具有約5,500cal/g的燃燒熱，但此高的燃燒熱係由於添加過量的樟腦(樟腦的燃燒熱為9,236cal/g)所導致的。然而，因為樟腦係為機械性質差的化合物，過量添加樟腦會影響易燃性複合材料的機械性質，故比較例2、10、15、20亦為不佳。
又，雖然比較例23中樟腦與硝化纖維素的重量比為1：4，但因為比較例23所使用的硝化纖維素為HNC-205，其含氮量為12.94重量%(大於12重量%)，即硝化纖維素HNC-205並沒有充裕的官能基能夠與樟腦形成鍵結，故其燃燒熱亦不足3,800cal/g。此係因為樟腦雖可提供較高的燃燒熱，但其會影響易燃性複合材料的機械性質，故需要根據硝化纖維素的性質(例如含氮量、分子量Mw等)來調整樟腦與硝化纖維素的比例，始能獲得具有預期的燃燒熱和機械性質之易燃性複合材料。
其次，雖然比較例3~5的燃燒熱在3,800~4,700cal/g的範圍內，但因為比較例3~4所使用的硝化纖維素為LNC-1，其重量平均分子量為38,164，小於12萬，其機械性質不佳且易脆，無法順利塑形成可燃性膠殼。
再者，雖然比較例21~22的燃燒熱在3,800~4,700cal/g的範圍內，但因為比較例21~22所使用的硝化纖維素為HNC-205，其含氮量為12.94重量%(大於12重量%)，即硝化纖維素HNC-205並沒有充裕的官能基能夠與樟腦形成鍵結，故亦無法順利塑形成可燃性膠殼。
接著，針對實施例1~6之易燃性複合材料的抗拉強度、楊氏模數，以中華民國國家標準CNS 15606-1塑膠-抗拉性能測定法-通則及CNS 15606-3塑膠-抗拉性能測定法-模製與押出塑膠品進行測試，並將測試數據整理於表7。
由上述表6~表7可知，因為實施例1~6中樟腦與硝化纖維素的重量比為1：2~1：4；並硝化纖維素的重量平均分子量(Mw)為12萬以上，含氮量為11~12重量%，且含水量為小於3重量%，故實施例1~6的前述易燃性複合材料的燃燒熱皆在3,800~4,700cal/g，具有良好的燃燒熱。又，因為實施例1~6的抗拉強度皆在600N以上，故能夠順利塑形成可燃性膠殼。此外，實施例1~6的楊氏模數在2,000~2,600MPa之間，呈現了較佳的機械性質。
<發射彈藥>
本發明一實施例的發射彈藥100係如圖4所示，具有：引信1、彈體2、可燃性膠殼3和尾翼4。在本發明一實施例的發射彈藥100中，除了可燃性膠殼3係使
用本發明上述之可燃性膠殼的製作方法所製作者以外，引信1、彈體2和尾翼4皆可使用習知的材質和習知的方法來製作。
舉例來說，引信1可使用鋁質材料，彈體2可使用鍛鋼材料，且尾翼4可使用碳鋼板材料來製作。又，發射彈藥100亦可使用習知的方法來組裝。藉由本發明的方法所製造之可燃性膠殼，因其係形成膠質材料再成型且可彈性製造，故能夠改進習知發射彈藥之防潮性和組裝性等。
本發明並不限定於上述各實施形態，可在請求項所示之範圍內做各種的變更，且將不同的實施形態中所揭示之技術手段適宜地組合而得之實施形態亦包含在本發明的技術範圍內。
S1~S4:步驟
Claims (9)
- 一種易燃性複合材料，其係包含：硝化纖維素，其重量平均分子量(Mw)為12萬以上，含氮量為11~12重量%，含水量為小於3重量%；樟腦，其與前述硝化纖維素的重量比為1：2~1：4；前述易燃性複合材料的燃燒熱為3,800~4,700cal/g，且拉抗強度為600N以上。
- 如請求項1所述之易燃性複合材料，還包含：穩定劑，其係占前述硝化纖維素和前述樟腦之總重量的1~3重量%，且其係選自由二苯胺、二甲基二苯脲及二乙基二苯脲所組成的群組中至少之一者。
- 如請求項1所述之易燃性複合材料，其中，前述硝化纖維素的分子量分布指數(Mw/Mn)為3.5~4.5。
- 如請求項1所述之易燃性複合材料，其中，前述易燃性複合材料的楊氏模數為2,000~2,600MPa。
- 一種可燃性膠殼的製作方法，其係包含：藥塊形成步驟，在溶劑中攪拌如請求項1~4中任一項所述之易燃性複合材料至形成均勻相的膠體，並將前述膠體靜置及烘乾，以形成藥塊；熱壓成型步驟，將前述藥塊在壓力為140~160kgf/cm2、溫度為100~120℃的條件下進行熱壓成型，以形成膠質材料；及 真空成型步驟，將前述膠質材料在壓力為15~30KPa、溫度為100~120℃的條件下，進行真空成型，以形成前述可燃性膠殼。
- 如請求項5所述之可燃性膠殼的製作方法，還包含：藥塊乾燥步驟，其係在前述熱壓成型步驟之前，藉由乾燥前述藥塊以將前述溶劑排除。
- 如請求項6所述之可燃性膠殼的製作方法，其中，前述乾燥係為兩段式乾燥，第一段乾燥係在溫度25~35℃下乾燥3~5小時，第二段乾燥係在溫度40~50℃下乾燥6~10小時。
- 如請求項5~7中任一項所述之可燃性膠殼的製作方法，其中，該溶劑係選自由丙酮、乙醇及乙醚-乙醇所組成的群組中至少之一者。
- 一種發射彈藥，其係包含：彈體；引信，其係連接於前述彈體的一側；可燃性膠殼，其係連接於前述彈體的另一側；及尾翼，其係連接於前述可燃性膠殼之未與前述彈體連接的一側；其中，前述可燃性膠殼係由如請求項5~8中任一項所述之可燃性膠殼的製作方法所製造而成。
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| CN103992514A (zh) * | 2014-06-18 | 2014-08-20 | 富阳市振华文体用品厂 | 赛璐珞片及其制作工艺 |
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