無毒性的擊發藥的製作方法
2023-06-11 19:24:36
專利名稱:無毒性的擊發藥的製作方法
發明領域本發明總的說涉及炸藥，更具體地說涉及一種點火藥。
發明背景在小型軍用彈藥中最小的組分，即擊發底火，是撞針的撞擊和脫離彈殼的彈丸爆炸之間的連繫物。擊發底火或擊發藥自從最初的發展以來通常只經歷過逐步的變化。一段時間以來，雷汞一直是最常用的擊發藥。在二十世紀二十年代，發明了其它擊發藥來代替雷汞，這是因為發現雷汞組合物在熱帶條件下會快速劣化並且對射擊後的射手產生潛在的健康問題或影響如嗜睡和嘔吐。然而基於硫氰酸鉛/氯酸鉀配方的替代混合物很快就被人們認識到對武器的槍管有所損害，因為在燃燒時會形成腐蝕性的水溶性氯酸鉀鹽。後來的擊發藥是基於2，4，6-三硝基間苯二酚鉛的點火藥，即一種比雷汞穩定得多的物質，並且目前仍在使用。
除了使用純的雷汞作為點火藥外，最常用的擊發藥是包含至少一種點火藥，一種氧化劑和一種燃料源的化學混合物。2，4，6-三硝基間苯二酚鉛是最常用的點火藥，通常加入作為次級炸藥的四氮烯以使2，4，6-三硝基間苯二酚鉛組合物對擊發足夠敏感。最常用的氧化劑是硝酸鋇，它與一種燃料硫化銻合併。也加入摩擦產生劑和附加燃料。不幸的是，鉛、銻和鋇都是高毒性的，因此造成了潛在的健康危害，特別是在封閉的射擊環境中使用時這些有毒物質會聚集在大氣中和地表上。
因此人們努力製造了無毒的底火組合物。「無毒」這個詞意思是指基本上由不是有毒的重金屬如鉛或鋇，即已知的致癌物或有毒物，特別是如在一發彈藥的點火中的蒸發、燃燒或爆炸過程中產生的有毒材料組成的物質。在無毒擊發藥的製造中，重氮二硝基苯酚(DDNP)通常是2，4，6-三硝基間苯二酚鉛點火藥的優選替代品。DDNP稍不溶於水，並且被水鈍化從而使得加工過程更安全。與2，4，6-三硝基間苯二酚鉛一樣，DDNP通常伴有作為次級點火藥的四氮烯以使此組合物對撞擊足夠敏感。
儘管人們的大部分注意力已經集中在從擊發藥中除去鉛的問題上，但仍有小部分注意力集中在從擊發藥中除去其它殘留的有毒組分的問題上。因此，有毒的氧化劑和燃料，如硝酸鋇和硫化銻，仍然倍受關注。鋇和銻都是高毒性的金屬，這種金屬包含在擊發藥中會在點火後產生有毒的殘留物。因此對於不含有鉛和有毒的氧化劑以及燃料如硝酸鋇和硫化銻的無毒性擊發藥來說存在著需求。
發明概述本發明大體包括一種組合物和製備無毒擊發藥的一種方法，在一個具體實施方案中，這種擊發藥包含硫化鉍和硝酸鉀作為擊發藥的煙火部分。在進一步的具體實施方案中，包含硫化鋅和硝酸鋁作為擊發藥的煙火部分。在點火火焰的產生過程中硫化鉍和硫化鋅用作硝酸鉀和硝酸鋁這樣的無毒氧化劑的無毒燃料。
更詳細地說，此無毒擊發藥含有大約2-20％(重量)的硫化鉍，大約25-70％(重量)的硝酸鉀和大約25-50％(重量)的無鉛炸藥材料。此外底火可以包括附加燃料如硝化纖維素、鋁、錳和氧化錳。此外，季戊四醇四硝酸酯(PTEN)可以作為點火藥包括在內並且用阿拉伯樹膠作為粘合劑。
出於安全考慮此擊發藥在生產過程中通常是溼加工，並且包含下列步驟將水和乾重百分比大約2-20％(重量)的硫化鉍、大約25-70％(重量)的硝酸鉀和大約25-50％(重量)的爆炸材料合併，然後混合。接著可將此溼態加工形成的擊發藥進行壓延並裝填到火帽中。
在另一個具體實施方案中，此無毒擊發藥含有大約2-20％(重量)的硫化鋅、大約25-70％(重量)的硝酸鋁和大約25-50％(重量)的無鉛爆炸材料。此外底火可以包括附加燃料如硝化纖維素、鋁、錳和鈦，此外季戊四醇四硝酸酯(PTEN)可以作為點火藥包括在內並且用阿拉伯樹膠作為粘合劑。
在進一步的具體實施方案中，此無毒擊發藥是溼加工的，包含下列步驟將水和乾重百分比大約2-20％(重量)的硫化鋅、大約25-70％(重量)的硝酸鋁和大約25-50％(重量)的爆炸材料合併，然後混合。接著可將此溼態加工形成的擊發藥進行壓延並裝填到火帽中。
詳細描述本發明包含一種無毒的擊發藥，其中包含硫化鉍和硝酸鉀作為底火煙火部分的至少一個部分。此外本發明包含一種無毒的擊發藥，其中包含硫化鋅和硝酸鋁作為底火煙火部分的至少一個部分。硫化鉍和硫化鋅用作硝酸鉀和硝酸鋁的燃料以提供點火火焰，而硝酸鉀和硝酸鋁是作為氧化劑使用的。通常無毒擊發藥含有大約2-20％(重量)的硫化鉍或硫化鋅、大約25-70％(重量)的硝酸鉀或硝酸鋁、以及大約25-50％(重量)的無鉛爆炸材料。此外此底火可以包括附加燃料，如硝化纖維素，和一種粘合劑，如阿拉伯樹膠。
硫化鉍通常用作無毒擊發藥的煙火體系中的燃料或易燃材料，並且通常以分子式Bi2S3來表示。硫化鉍也稱為輝鉍礦，是一種鉍礦石。正如鉍鹽在化妝品和藥品工業中的各種應用所證實，硫化鉍是無毒的而且是不致癌的。例如，鉍鹽藥品由於具有止血和輕微的殺菌性能，因此已被用來治療胃潰瘍和其它腸道疾病，或者外用。
此擊發藥中的硫化鉍組分通常與氧化劑(硝酸鉀)合併用以產生點火火焰，使發射藥燃燒。硫化鉍以乾重百分比基於擊發藥重量的約2-20％加入。在一個具體的實施方案中，硫化鉍的加入量為無毒擊發藥重量的約5-15％。在第二個具體實施方案中，硫化鉍的加入量為無毒擊發藥重量的約11％。各種其它範圍或用量的硫化鉍可以加入到擊發藥中，這是本領域技術人員會明白的。
硝酸鉀作為一種氧化劑加入到擊發藥中，並且通常以分子式KNO3表示。硝酸鉀也稱為快速鹽或硝石，是一種很強的氧化劑，它不含有毒的金屬離子並且在燃燒時通常不會產生有毒或腐蝕性的副產物。硝酸鉀與硫化鉍組合，用以產生點火火焰。此外硝酸鉀能夠以溼態混合物的形式加工。硝酸鉀組分通常以乾重百分比為基於無毒擊發藥約25-70％的比例加入。在另一個具體實施方案中，硝酸鉀的加入量為無毒擊發藥重量的約35-55％。在進一步的具體實施方案中，硝酸鉀的加入量為擊發藥重量的約50％。
在一個替代的具體實施方案中，硫化鋅通常用作無毒擊發藥的煙火體系中的燃料或易燃材料，並且通常以分子式ZnS來表示。天然硫化鋅是一種灰白色粉末狀混合物，一般通過用硫化銨來沉澱鋅鹽水溶液製備。硫化鋅以乾重百分比基於擊發藥重量的約2-20％加入。在一個具體實施方案中，硫化鋅的加入量為無毒擊發藥重量的約5-15％。在第二個具體實施方案中，硫化鋅的加入量為擊發藥重量的約11％。各種其它範圍或用量的硫化鋅可以加入到擊發藥中，這是本領域技術人員會明白的。
硝酸鋁與硫化鋅組合作為一種氧化劑加入到擊發藥中，並且通常以分子式Al(NO3)3表示。硝酸鋁與硫化鋅組合，用以產生點火火焰。此外硝酸鋁能夠以溼態混合物的形式加工。硝酸鋁組分通常以乾重百分比基於無毒擊發藥的約25-70％的比例加入。在另一個具體實施方案中，硝酸鋁的加入量為無毒擊發藥重量的約35-55％。在進一步的具體實施方案中，硝酸鋁以擊發藥重量的約50％的比例加入。
此外擊發藥中還含有一種優選同時起加速劑和敏化劑作用的無鉛炸藥材料。所選擇的炸藥材料通常是無毒的並且可以包括點火藥和次級炸藥。擊發藥中優選含有約24-50％(重量)的炸藥材料。在一個替代的具體實施方案中，此底火含有約33-41％(重量)的炸藥。
在一個具體實施方案中，選用重氮二硝基苯酚(DDNP)作為點火藥。DDNP可以通過三硝基苯酚的部分還原然後進行重氮化來製造，並且稍不溶於水中。DDNP可以通過將其浸入常溫下它不會反應的水中進行鈍化。DNNP對摩擦的感度也低於雷汞，但是與疊氮化鉛的感度大體相近。DDNP並非在此擊發藥中唯一適用的點火藥。例如，其它的點火藥可以包括二硝基苯並(furoxane)鉀鹽(KDNBP)及其衍生物或其混合物。此點火藥因其無鉛和無毒而被選用。其它的點火藥可以單獨使用或者與上面所列的那些點火藥組合使用，只要所製備底火的彈道性能類似或優於2，4，6-三硝基間苯二酚鉛基底火，就可以用於本發明的擊發藥。
在一個具體實施方案中，該組合物的炸藥部分優選含有約27-35％的DDNP作為點火藥。在一個替代的具體實施方案中，包含的DDNP約為擊發藥重量的28％。通常情況下，當DDNP的用量小於擊發藥重量的約27％時，衝擊傳播性下降，而當其大於35％時，衝擊速率可以提高到高於期望的或優選的水平。
次級炸藥通常是一種敏化劑，它加速煙火體系轉化的速度。有一系列的敏化劑可以包括在本發明的擊發藥中。在本發明的情況下，敏化劑的選擇部分地是為了它與所選的點火藥之間的相容性。此敏化劑增強了點火藥對機械撞擊的感度。此外摩擦劑如玻璃，可以用來提高點火藥的感度。此外，季戊四醇四硝酸酯(PTEN)可以加入到擊發藥中以提高火焰溫度，有助於引燃推進劑。
在一個具體實施方案中，四氮烯類作為次級炸藥被選擇與DDNP合併使用。四氮烯類也稱為特屈拉辛、四唑基脒基四氮烯水合物或四氮烯-1-carbox脒-4-(1-H-四唑-5-基)單水合物，通常與DDNP組合加入到擊發藥中以提高點火藥的感度。特屈拉辛通常以大約4-11％(重量)的用量加入到擊發藥中。例如，在一個具體實施方案中，特屈拉辛的含量可以是擊發藥重量的約5％。當特屈拉辛以小於約4％(重量)的用量加入時，就會變得難以使用普通的加工技術進行可靠的混合，而當其濃度大於約11％(重量)時，衝擊壓力會有增長，超出一般可接受的或期望的界限。
此擊發藥可以進一步包括一種附加燃料，其含量為擊發藥重量的約2-20％。附加燃料可以是金屬的、非金屬的或其組合。非金屬燃料的一個例子包括硝化纖維素，它通常以擊發藥重量的約5-15％的用量加入，且更具體地約為6％(重量)。在另一個具體實施方案中，硝化纖維素的含量為擊發藥重量的約5-11％。硝化纖維素可以作為一種雙基硝化纖維素加入。金屬燃料的例子包括鋁、錳和鈦或其組合，金屬燃料通常以最高為擊發藥重量約10％的用量加入。
此底火配方中還可以含有一種粘合劑以減少粉塵，其含量通常最高為擊發藥重量的2％。一般情況下，擊發藥重量的約0.5-1.5％是粘合劑，更具體地說約0.5％(重量)是粘合劑。通常選擇此粘合劑是為了與所製備的炸藥配方達到最大的相容性。此粘合劑可以選自一系列樹膠材料，如阿拉伯樹膠，特別是金合歡阿拉伯樹膠，以及帶有瓜耳樹膠的聚乙烯醇。但是發現阿拉伯樹膠特別令人滿意。
此公開的擊發藥組分可以合併並且溼混煉，通過使用標準的低剪切混煉機，用傳統的技術將炸藥共混。出於安全考慮，這些組分通常是溼混煉，因為炸藥化合物在與水混合時會被鈍化。根據這種技術，一般是炸藥組分首先共混，然後加入燃料，最後加入氧化劑組分。
通過舉例和說明的方式，而且並非限制，此擊發藥的混合和製備用下列步驟說明。其它組分可以加入到上述擊發藥中，並且所述的擊發藥不受任何一種被禁止的方法所限制，而只受所附的權利要求
的限制。
此擊發藥可以按照下列步驟製備和應用1.在上述範圍內，點火藥和次級炸藥和一定量的水一起加入到一個釜式混煉機中，然後混煉約2分鐘。
2.在上述範圍內，硫化鉍和附加燃料加入到溼態炸藥混合物中，然後混煉約2分鐘。
3.在上述範圍內，硝酸鉀加入到炸藥和燃料的溼態混合物中，然後混煉約2分鐘，隨後整個混合物混煉約3分鐘以形成溼態混合底火。
4.所得到的溼態擊發藥在具有小孔或凹陷的板上輥壓，其中溼態混合物形成藥粒，然後穿孔並裝填進火帽中，然後將所得到的裝填擊發藥用紙箔覆蓋，插入砧鐵，裝填後的擊發藥通常需要在約50℃下乾燥5天。
一般來說本發明的擊發藥符合目前基於2，4，6-三硝基間苯二酚鉛製造配方的動能學，如下列對比例中更詳細的說明所示，其中的份數和百分比均為重量。
表1列出了本發明擊發藥的各種組分以及它們基於乾重的各重量百分比。粘合劑阿拉伯樹膠加入到所有6個實施例中，其用量最高為約0.5％，並且其百分比在表1中並未列出，因其在擊發藥中含量極少。
表1實施例 1 2 3 4 5 6硫化鉍 11.0％ 7.0％ 7.0％ 7.0％ 11.0％ 11.0％硝酸鉀 50.0％ 37.0％ 34.0％ 37.0％ 45.0％ 45.0％重氮二硝基苯 28.0％ 33.0％ 30.0％ 30.0％ 28.0％ 28.0％特屈拉辛 5.0％ 8.0％ 8.0％ 8.0％ 5.0％ 5.0％硝化纖維素 6.0％ 15.0％ 15.0％ 15.0％ 6.0％ 6.0％PETN 3.0％ 3.0％鋁 3.0％玻璃 5.0％錳 3.0％氧化錳 5.0％粘合劑-阿拉伯樹膠表2列出了實施例1-6本發明的擊發藥與由2，4，6-三硝基間苯二酚鉛形成的擊發藥相比的感度。此試驗是按照BAM衝擊感度實驗程序進行的，該程序是本領域內的技術人員所熟知的一種傳統的衝擊感度試驗。50％點火高度和標準偏差試驗結果列於表2，其中50％點火高度是指在此高度下50％的底火著火而另外50％的底火未能著火。所有高度以英寸為單位。
表2彈道衝擊 2，4，6-三硝基間苯感度試驗 1 2 3 4 5 6 二酚鉛基底火50％點火高度 4.84」 4.12」 5.28」 4.46」 3.9」 4.24」 3.80」標準偏差 0.82 0.77 0.90 1.08 0.98 1.05 0.64表3列出了實施例1-6和2，4，6-三硝基間苯二酚鉛基底火的所測的彈道性能。此底火置於9毫米的Luger藥筒中測試其彈道性能，與目前使用的2，4，6-三硝基間苯二酚鉛基底火做比較。
表31 2 3 4 5 6 2，4，6-三硝基間苯二酚鉛基底火平均膛壓(psi)34300 34000 34800 34100 34000 33300 35000平均燃速(fts)1195 1220 1225 1215 1215 1217 1220儘管申請人已經提出了如上所說明和描述的具體實施方案，但應當理解的是，對組合物中各種不同成分的相對重量百分比可以作出許多變化。因此儘管本發明只以各種形式公開，但是對本領域內的技術人員而言，很明顯他們能夠作出許多的添加、刪減和修改，而不會背離本發明的精神和範圍，並且不應該強加過分的限制，但是下列權利要求
中提出的限制除外。
權利要求
1.一種無毒的擊發藥，包含大約2-20％重量的硫化鉍；大約25-70％重量的硝酸鉀；和大約25-50％重量的無鉛炸藥材料。
2.權利要求
1的無毒擊發藥，其中該炸藥材料選自點火藥和次級炸藥。
3.權利要求
1的無毒擊發藥，其中該炸藥材料包含重氮二硝基苯酚和特屈拉辛。
4.權利要求
3的無毒擊發藥，其中該炸藥材料包含約25-33％重量的重氮二硝基苯酚和約4-10％重量的特屈拉辛。
5.權利要求
1的無毒擊發藥，進一步包括大約2-20％重量的一種燃料。
6.權利要求
5的無毒擊發藥，其中該燃料選自金屬和非金屬燃料。
7.權利要求
6的無毒擊發藥，其中金屬燃料選自主要由鋁、錳和鈦組成的一組。
8.權利要求
6的無毒擊發藥，其中非金屬燃料包含硝化纖維素。
9.權利要求
1的無毒擊發藥，進一步包含一種粘合劑。
10.權利要求
9的無毒擊發藥，其中該粘合劑包含一種樹膠材料。
11.權利要求
1的無毒擊發藥，進一步包括季戊四醇四硝酸酯(PETN)。
12.一種製備無毒擊發藥的方法，包含下列步驟通過將水和以乾重百分比計的下列物質合併和混合來生成一種含水擊發藥大約2-20％重量的硫化鉍，大約25-70％重量的硝酸鉀，和大約25-50％重量的炸藥材料。
13.權利要求
12的製備無毒擊發藥的方法，進一步包含將生成的含水擊發藥造粒以形成底火藥粒。
14.權利要求
13的製備無毒擊發藥的方法，進一步包含將此底火藥粒裝入火帽中以形成裝填後的火帽。
15.權利要求
12的製備無毒擊發藥的方法，其中添加的炸藥材料包含約25-33％重量的重氮二硝基苯酚和約4-10％重量的特屈拉辛。
16.權利要求
12的製備無毒擊發藥的方法，進一步包括添加一種附加燃料，其量為大約2-20％重量。
17.權利要求
12的製備無毒擊發藥的方法，進一步包括添加一種附加燃料，所述燃料選自金屬和非金屬燃料。
18.權利要求
17的製備無毒擊發藥的方法，其中的金屬燃料選自主要由鋁、錳和鈦組成的一組。
19.權利要求
12的製備無毒擊發藥的方法，進一步包含添加一種粘合劑。
20.權利要求
12的製備無毒擊發藥的方法，進一步包括添加季戊四醇四硝酸酯(PETN)作為炸藥材料。
21.一種無毒擊發藥，包含大約2-20％重量的硫化鋅；大約25-70％重量的硝酸鋁；和大約25-50％重量的無鉛炸藥材料。
22.權利要求
21的無毒擊發藥，其中該炸藥材料選自點火藥和次級炸藥。
23.權利要求
21的無毒擊發藥，其中該炸藥材料包含重氮二硝基苯酚和特屈拉辛。
24.權利要求
23的無毒擊發藥，其中該炸藥材料包含約25-33％重量的重氮二硝基苯酚和約4-10％重量的特屈拉辛。
25.權利要求
21的無毒擊發藥，進一步包括大約2-20％(重量)的一種燃料。
26.權利要求
25的無毒擊發藥，其中該燃料選自金屬和非金屬燃料。
27.權利要求
26的無毒擊發藥，其中金屬燃料選自主要由鋁、錳和鈦組成的一組。
28.權利要求
26的無毒擊發藥，其中非金屬燃料包含硝化纖維素。
29.權利要求
21的無毒擊發藥，進一步包含一種粘合劑。
30.權利要求
29的無毒擊發藥，其中粘合劑包含一種樹膠材料。
31.一種製備無毒擊發藥的方法，包含下列步驟通過將水和以乾重百分比計的下列物質合併和混合來生成一種含水擊發藥；大約2-20％重量的硫化鋅，大約25-70％重量的硝酸鋁，和大約25-50％重量的炸藥材料。
32.權利要求
31的製備無毒擊發藥的方法，進一步包含將生成的含水擊發藥造粒以形成底火藥粒。
33.權利要求
32的製備無毒擊發藥的方法，進一步包含將此底火藥粒裝入火帽中以形成裝填後的火帽。
34.權利要求
31的製備無毒擊發藥的方法，其中添加的炸藥材料包含約25-33％重量的重氮二硝基苯酚和約4-10％重量的特屈拉辛。
35.權利要求
31的製備無毒擊發藥的方法，進一步包括添加一種附加燃料，其量為大約2-20％重量。
36.權利要求
31的製備無毒擊發藥的方法，進一步包括添加一種附加燃料，所述附加燃料選自金屬和非金屬燃料。
37.權利要求
36的製備無毒擊發藥的方法，其中金屬燃料選自主要由鋁、錳和鈦組成的一組。
38.權利要求
31的製備無毒擊發藥的方法，進一步包含添加一種粘合劑。
39.權利要求
31的製備無毒擊發藥的方法，進一步包括添加季戊四醇四硝酸酯(PETN)作為炸藥材料。
專利摘要
公開了一種無毒擊發藥,包括硫化鉍和硝酸鉀作為底火的煙火部分。在進一步的具體實施方案中,公開了一種無毒擊發藥,包含硫化鋅和硝酸鋁作為此擊發藥的煙火部分。硫化鉍和硫化鋅用作硝酸鉀和硝酸鋁氧化劑的燃料,為底火提供點火火焰。此無毒擊發藥進一步包含一種無鉛炸藥材料,此外還可以包括附加燃料、敏化劑、炸藥和粘合劑。
文檔編號C06C7/00GKCN1349959SQ01135351
公開日2002年5月22日 申請日期2001年9月30日
發明者小H·J·約翰, C·K·耶格, D·皮勒, T·維布 申請人:Ra牌子公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan