燃速壓力響應小的新型固體燃氣發生劑的製作方法
2023-09-23 05:55:40
專利名稱:燃速壓力響應小的新型固體燃氣發生劑的製作方法
本發明涉及一種可供動力裝置用的固體燃料，特別是一種燃速壓力響應小的新型固體燃氣發生劑。
現有的固體燃氣發生劑如美國J.Spacecraftvol.4NO.11.1967-文所述有兩大類一類是以高分子材料作為粘合劑兼作燃料，配合一種或多種無機或有機晶體作為氧化劑的複合型燃氣發生劑。其中典型的一種是以硝酸銨為氧化劑的。此類發生劑具有較低的燃氣溫度，燃氣中無化學腐蝕性成份。但其燃燒壓力指數較高，燃速偏低，且易於吸溼，在貯存溫度範圍內有晶變，使用與貯存要有嚴格的防潮條件。此類中另一種典型是美國專利U.S.P.3.193，421 1965提出的以過氯酸銨為氧化劑，二羥基乙二肟為降溫劑的複合型燃氣發生劑。此類發生劑也可獲得較低的燃氣溫度，並且吸溼性小，無晶變。但其燃氣中含有HCl腐蝕性成份，熱分解溫度偏低408°K(135℃)，燃速壓力指數偏高，成本也較高。另一大類是以硝化纖維素-硝化甘油為基的雙基型燃氣發生劑。此類燃氣發生劑物理化學安定性好，對溼度不敏感，燃速較高，壓力指數較低，燃燒產物中無腐蝕性成份。但其燃燒溫度較高一般在1873°K(1600℃)以上，過度降低燃燒溫度會引起燃燒不完全，產生黑煙。
本發明的目的是提供一種既具有複合型燃氣發生劑的優點，能夠降低燃溫;又具有雙基型燃氣發生劑的燃燒壓力指數較低，物理化學性質穩定，對溼度不敏感，燃氣中無腐蝕性成份的新型固體燃氣發生劑。
本發明的特徵在於其重量配比含有硝化纖維素(含氮量11.8～13.2%)80-60%;含有一種或多種非硝化甘油類的硝酸酯，如N-硝基二乙醇胺二硝酸酯，三縮乙二醇二硝酸酯，二縮乙二醇二硝酸酯，作為含能增塑劑，含量為8～12%;含有甘油三醋酸酯作為高含氧量的降溫增塑劑，含量為10～20%;含有一種或多種鐵族元素的金屬粉(Ni、Fe、Co)、氧化物(Ni2O3，Fe2O3，Co2O3)，鎂的氧化物(MgO)、氫氧化物(Mg(OH)2)、碳酸鹽(MgCo3)、鹼式碳酸鹽(MgCo3、Mg(OH)2)作為彈道改良劑，總含量為1～5%最佳含量為1.0～2.5%，其中鐵族元素與鎂化物重量比為2∶1;含有中定劑1～3%及工藝附加物。作為一種可自持燃燒的固體燃料，其重量的性能之一是其燃燒速度與燃燒壓力的關係，一般可表示為r＝APn關係，其中r為燃燒線速度，P為燃燒環境壓力，A為比例係數，n為燃速的壓力指數。理論指出壓力指數n對維持燃燒穩定有重要意義，只有n＜1才能設計出有燃氣排出並有穩定燃燒壓力的燃燒裝置。還指出壓力指數愈小，燃燒速度受壓力變化影響愈低，燃燒穩定性愈好，設計出的裝置的保險係數可以取得更低些，因而可提高裝置的效能。燃氣發生劑的另一個重要性能是燃氣的溫度不可過高。由於黑色金屬熔點約在1573°K(1300℃)左右，如燃氣溫度超過1473°K(1200℃)，工作時間稍長，則與燃氣接觸的管路，閥門等裝置設備的熱強度下降，易於破壞，需採用特殊耐熱材料，這將使技術上產生困難和提高費用。燃氣的化學腐蝕性要低，也具有同樣的意義。以硝化纖維素為基的發生劑，只含有CHON四種元素，其燃氣中無滷化氫類腐蝕性成份。常用的含能增塑劑是硝化甘油，此組份能量高，燃燒溫度也高約4573°K(4300℃)，加入它以後就難於實現低燃溫，故應避免引入，而代之以燃燒溫度較低的，物理化學性能更好的組份。發生劑燃燒完全與否，與含氧量的比例有關，在為降低燃燒溫度而引入降溫劑時，應考慮含氧量高組份。為使燃燒壓力指數降低，需引入合適的彈道改良劑。
本發明的新型固體燃氣發生劑具有燃燒溫度在1473°K(1200℃)以下，燃燒壓力指數低，燃燒產物中無滷化氫類腐蝕性成份，物理化學安定性好，對溼度不敏感等性能。它與其它能源如高壓貯氣、化學電池相比具有較高的有效質量與裝置重量之比，所以性能更優越。
本發明配方性能與現有技術對比見下表
本發明的新型固體燃氣發生劑的實施例如下最佳實施例1(配料以7公斤為例)在35公斤水中，加入含氮量為12.0%的硝化纖維素4.76公斤(乾量)，攪拌下依次加入N-硝基二乙醇胺二硝酸酯0.91公斤，甘油三醋酸酯1.26公斤，中定劑0.07公斤，鎳粉0.07公斤，鹼式碳酸鎂0.035公斤，凡士林0.014公斤，硬酯酸鋅0.014公斤。然後離心驅水。驅水後的藥料，放在雙輥煉膠機內，在80-90℃下輥壓，以進一步驅水、膠化。當藥料膠化後，造粒，放入擠壓機內，通過模具壓伸成型。
此實施例配方的燃氣發生劑的性能如下燃燒溫度(°K)1417.6比衝量 1/70(kg-sec/kg)178.3燃氣平均分子量(g/gmol)21.04燃氣組份(mol/kg)CO 22.06CO23.34H213.69N23.94H2O 4.58固體殘渣含量(%) 1.48燃燒速度3.12mm/sec(90kg/cm2);
3.01mm/sec(70kg/cm2);2.65mm/sec(50kg/cm2)。
燃速壓力指數0.143(70-90kg/cm2)
燃速溫度係數0.399(1/℃%)維也裡化學安定性實驗超過100小時衝擊感度0%(2公斤落錘，25公斤落高)。
摩擦感度0%(96°擺角，50kg/cm2)強度抗壓強度1072kg/cm2，壓縮率84.5%，斷裂功469kg-cm。
熱分解溫度(°K)477比重(g/cm3)1.53最佳實施例2硝化纖維素(含氮量12.0%)68份，N-硝基二乙醇胺二硝酸酯13份，甘油三醋酸酯18份，中定劑1份，鎳粉1份(外加)，氧化鎂(外加)0.5份。壓製成直徑112mm，長度365mm藥柱，在燃燒室內，74kg/cm2壓力下平穩燃燒85秒，燃速為4.29mm/sec。
例3硝化纖維素65.13份，甘油三醋酸酯18.59份，N-硝基二乙醇胺二硝酸酯15.28份，中定劑1份，外加鐵粉3份，氧化鎂1份。燃速為5.22mm/sec(104kg/cm2)，4.96mm/sec(81kg/cm2)，3.96mm/sec(70kg/cm2)，4.57mm/sec(49kg/cm2)，4.57mm/sec(40kg/cm2)。
例4硝化纖維素65.13份，甘油三醋酸酯18.59份，N-硝基二乙醇胺二硝酸酯15.28份，中定劑1份，外加鈷粉3份，氧化鎂1份。燃速為5.26mm/sec(100kg/cm2)，4.20mm/sec(80kg/cm2)，5.21mm/sec(52kg/cm2)。
本發明的新型固體燃氣發生劑，在燃燒後可以產生大量溫度不過高的氣體，可用以驅動渦輪、液壓泵、發電機、作動筒等各種動力裝置，也可作打開活門、推動活塞、充漲氣囊或充氣排水等各種動作。它廣泛應用於航空部門的飛機、飛彈、魚雷上，也可用於水下打撈、海上救生等民用部門。
權利要求
1.一種可供動力裝置用的固體燃料，特別是一種燃速壓力響應小的新型固體燃氣發生劑，其特徵是含有(重量%)80-60 硝化纖維素(含氮量11.8-13.2%)；8-12 非硝化甘油類的硝酸酯；10-20 甘油三醋酸酯；1-5 鐵族元素的彈道改良劑；1-3 中定劑。
2.根據權利要求
1所述的新型固體燃氣發生劑，其特徵是鐵族元素的彈道改良劑是由一種或多種鐵族元素的金屬粉(Ni、Fe，Co)、氧化物(Ni2O3，Fe2O3，Co2O3)，鎂的氧化物(MgO)、氫氧化物(Mg(OH)2)、碳酸鹽(MgCo3)、鹼式碳酸鹽(MgCo3·Mg(OH)2)組成。
3.根據權利要求
1或2所述的新型固體燃氣發生劑其特徵是鐵族元素彈道改良劑的最佳含量為1.0-2.5(重量%)，其中鐵族元素與鎂化物重量比為2∶1。
4.根據權利要求
1所述的新型固體燃氣發生劑，其特徵是含有一種或多種非硝化甘油類的硝酸酯，如N-硝基二乙醇胺二硝酸酯，三縮乙二醇二硝酸酯，二縮乙二醇二硝酸酯。
專利摘要
本發明涉及動力裝置用的固體燃料，特別是一種燃速壓力響應小的新型固體燃氣發生劑。其特徵是含有硝化纖維素，非硝化甘油類的硝酸酯，甘油三醋酸酯，鐵族元素的彈道改良劑和中定劑。
文檔編號C06D5/00GK86100451SQ86100451
公開日1987年8月5日 申請日期1986年1月20日
發明者曹貴桐 申請人:華東工學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan