專利名稱:無硫煙火藥組合物及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無硫煙火藥組合物及其制造方法，其中以高氯酸鉀和硝酸鋇作氧化劑，硝基化合物作可燃劑，從而大大提高了煙花生產(chǎn)安全性并降低了煙花火藥的生產(chǎn)成本。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，煙花行業(yè)仍大量使用黑火藥(軍工硝)作為禮花彈的發(fā)射藥。目前使用的黑火藥配方為:硝酸鉀75%、硫磺10%、麻桿木炭15%。黑火藥具有優(yōu)良的點(diǎn)火性能，是一種低速火藥，點(diǎn)燃后，產(chǎn)生爆燃而不爆轟。它的不足之處是做功能力太小，能量低，燃燒時(shí)有煙、易吸濕、機(jī)械感度高。撞擊感度:(錘重10公斤，落高25cm) 52-60%爆炸，摩擦感度(3.923MPa，擺角90° ) 100%，由于摩擦感度高，煙花行業(yè)及煙火藥生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)常產(chǎn)生重大安全事故，造成人身傷亡及財(cái)產(chǎn)損失。此外，煙花燃放時(shí)，產(chǎn)生大量二氧化硫?qū)Νh(huán)境造成嚴(yán)重污染。
因此，在煙花行業(yè)研制低感度安全性好、環(huán)保的新型無硫煙火藥，進(jìn)一步提高生產(chǎn)安全，并解決黑火藥運(yùn)輸安全，是迫切需要解決的一個(gè)重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)械感度低、即安全性能好的，環(huán)保且制造方法簡單的無硫煙火藥組合物及其制造方法。
為達(dá)到上述目的 ，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種新型的無硫煙火藥組合物。從廣義上說，火藥是屬于炸藥一類，通常包括氧化劑、可燃劑、粘合劑、附加劑(如安定劑、燃燒催化劑、消煙劑等，根據(jù)具體需要進(jìn)行選擇)等組份。其可作為發(fā)射槍炮彈丸、火箭、導(dǎo)彈武器以及煙花行業(yè)中禮花彈等的能源材料?；鹚幵谌紵龝r(shí)，其化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，同時(shí)產(chǎn)生高壓氣體變成禮花彈或組合煙花內(nèi)筒的功能。火藥的性能指標(biāo)主要由比容、爆溫、火藥力、比沖等表征。上述幾大技術(shù)指標(biāo)是研究性能優(yōu)異火藥的關(guān)鍵因素。本發(fā)明的氧化劑為硝酸鋇、高氯酸鉀。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選這兩種氧化劑最佳比例搭配。所述的硝酸鋇和高氯酸鉀，提供火藥燃燒時(shí)所需的氧。
可燃劑的選擇同樣至關(guān)重要，首先需要考慮該可燃劑分解時(shí)的比容(每克放出的氣體毫升量)、爆溫、爆熱、感度。本發(fā)明選用硝酸化合物作為可燃劑，它們優(yōu)選是:硝酸胍、硝基脲、三氨基胍硝酸(TAGN)中的任意一種或多種的組合，以取代了傳統(tǒng)黑火藥中的硫磺、木炭。上述化合物分解放出氣體(C02、N02)，均能提供足夠的比容，產(chǎn)生大量的氣體爆燃。上述幾種可燃劑，根據(jù)經(jīng)濟(jì)性、性能、原材料來源、生產(chǎn)簡單等因素作出平衡，本發(fā)明最優(yōu)選采用硝酸胍作為可燃劑。
進(jìn)一步優(yōu)選地，氧化劑與可燃劑的加入量保持平衡，使得氧化劑能夠提供足夠的氧促使上述可燃劑分解。本發(fā)明優(yōu)選氧化劑占無硫煙火藥組合物的質(zhì)量百分比為65% -75%，可燃劑占無硫煙火藥組合物的質(zhì)量百分比為20% -30%。[0008]粘合劑的選擇主要考慮便于藥物造粒使用，使粒狀藥物具有足夠的強(qiáng)度和韌性?？晒┻x擇的粘合劑有:淀粉、糊精及一系列淀粉衍生物，聚乙烯醇、酚醛樹脂、羥基聚丁二烯、纖維素衍生物(如甲基纖維素、乙基纖維素、醋酸纖維素)等等幾十種，可根據(jù)不同種類煙花的具體需求選擇其中任意一種或多種的組合。綜合上述粘合劑品種，并從造粒干燥速度、溶劑的揮發(fā)度、毒性，本發(fā)明最優(yōu)選乙基纖維素作為造粒粘合劑。
本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選，氧化劑以高氯酸鉀為主體，加適量硝酸鋇，以降低成本。
此外，還可根據(jù)需要選擇添加適量的鎂、鋁、鋁鎂合金、硼、硅、硅鐵等金屬或非金屬以提高爆溫、爆熱，使得可燃劑爆燃時(shí)有足夠的爆溫、爆熱，以利于提高火藥力和比沖性能。但要適量,一方面避免大幅度提高成本,并且上述添加劑過量,火藥力過高,會形成大爆轟而炸爛煙花發(fā)射筒。
此外，作為優(yōu)選，硝酸鋇可采用經(jīng)過重結(jié)晶的硝酸鋇。通用的硝酸鋇為不規(guī)則多面體結(jié)晶，而重結(jié)晶的硝酸鋇可控制晶形成球形，分解反應(yīng)時(shí)所吸收的熱量只需通用硝酸鋇的50%，更適合做禮花彈發(fā)射藥的氧化劑。硝酸鋇重結(jié)晶過程可采用分步結(jié)晶法。例如:將硝酸鋇溶于結(jié)晶池中3-4°C的冷凍水中，控制溫度在4°C、6°C、8°C、10°C分別結(jié)晶40±5分鐘，離心脫水，于60 100°C烘干、粉碎，得至少含有95%重量比例的粒度為120 300目的球形硝酸鋇晶體。
此外，作為優(yōu)選，高氯酸鉀可經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面處理，經(jīng)處理的高氯酸鹽具有更高的活性。
本發(fā)明無硫煙火藥制造方法:按各自重量百分比稱取高氯酸鉀、硝酸鋇、可燃劑和粘合劑，將其混合均勻后加入造粒機(jī)(如V型混合機(jī))，在造粒機(jī)中噴入適量乙醇進(jìn)行自動造粒，再經(jīng)干燥、篩分后包裝即可。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下明顯優(yōu)點(diǎn):1、由于采用硝酸鋇及高氯鹽作氧化齊U，提高了熔點(diǎn)，熔點(diǎn)高達(dá)500 600°C，避免了原有黑火藥中硫磺低溫分解的缺點(diǎn)(黑火藥發(fā)火點(diǎn)為290 310 °C )，即使撞擊、摩擦產(chǎn)生熱點(diǎn)也不能引燃整個(gè)藥物而發(fā)生爆炸事故。經(jīng)湖南省煙花爆竹產(chǎn)品安全質(zhì)量監(jiān)督檢測中心檢測結(jié)果:撞擊感度:34%，摩擦感度:0%，發(fā)火點(diǎn):410°C，吸濕率:1%。安全性能指標(biāo)超過傳統(tǒng)黑火藥。2、煙花禮花彈發(fā)射藥裝藥量只需原裝藥量的1/3，火藥力、比沖超過黑火藥的2倍，降低了煙花生產(chǎn)企業(yè)煙火藥用藥成本。3、由于新藥吸濕率低，具有優(yōu)良的貯存穩(wěn)定性，解決了黑火藥易吸濕的缺點(diǎn)。4、由于本發(fā)明的藥物完全排除硫磺成分，使煙花燃放時(shí)，消除了二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染，環(huán)保性能大大提高。新型無硫煙火藥可用于大型禮花彈、小型禮花彈(盆花)、彩珠筒、禮花火箭推進(jìn)藥
坐寸ο
具體實(shí)施方式
以下通過具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述:
實(shí)施例1
取硝酸鋇10份，高氯酸鉀55份，硝酸胍30份，乙基纖維素5份，乙醇適量。在混合機(jī)中混合30分鐘，在進(jìn)入造粒機(jī)，噴入適量乙醇，造粒、干燥、篩分(過2.24 0.80篩孔)包裝，即制作完成。根據(jù)GJB772A-9702601HE602.2方法檢測上述組合物，撞擊感度(錘重10公斤，落高25cm)，測得值為13%，摩擦感度:(表壓1.25MPa，擺角90° )，測得值為0%。吸濕率:0.15%，著火溫度:403°C，火焰感度:25.8(發(fā)火率為50%的高度)。氯酸鉀、鉛、萊、砷、硫均為零。
禮花彈內(nèi)筒試射，發(fā)射高度76.1米(黑火藥75米)，裝藥量為傳統(tǒng)黑火藥的1/3。
實(shí)施例2
配方:
硝酸鋇20份
高氯酸鉀45份
硝酸胍30份
乙基纖維素5份
工藝方法、工藝參數(shù)及檢測方法同實(shí)施例1。吸濕率上升至1.5%，發(fā)射高度70米，其他測試指標(biāo)同實(shí)施例1.[0023]實(shí)施例3:
配方:
硝酸鋇30份
高氯酸鉀45份
硝酸胍20份
乙基纖維素5份
工藝方法、工藝參數(shù)及檢測方法同實(shí)施I。吸濕率2%，發(fā)射高度65米，其他測試指標(biāo)同實(shí)施1.[0027]實(shí)施例4:
配方:
硝酸鋇5份
高氯酸鉀60份
硝酸胍30份
乙基纖維素5份
工藝方法、工藝參數(shù)及檢測方法同實(shí)施例1。吸濕率0.10%，其他測試指標(biāo)同實(shí)施例1.[0031]實(shí)施例5:
配方:
硝酸鋇4份
高氯酸鉀61份
硝酸胍30份
乙基纖維素5份
工藝方法 、工藝參數(shù)及檢測方法同實(shí)施例1。吸濕率0.08%，其他測試指標(biāo)同實(shí)施例I。
權(quán)利要求
1.一種無硫煙火藥組合物，該組合物包括氧化劑、可燃劑和粘合劑，其特征在于，所述氧化劑為硝酸鋇和高氯酸鉀組成的混合物，所述可燃劑為硝酸化合物。
2.如權(quán)利要求
1所述的無硫煙火藥組合物，其特征在于，氧化劑占所述無硫煙火藥組合物的質(zhì)量百分比為65% -75%，可燃劑占所述無硫煙火藥組合物的質(zhì)量百分比為20% -30%，粘合劑占所述無硫煙火藥組合物的質(zhì)量百分比為1% -5%。
3.如權(quán)利要求
2所述的無硫煙火藥組合物，其特征在于，所述氧化劑中的硝酸鋇占所述無硫煙火藥組合物的質(zhì)量百分比為4% -30%，高氯酸鉀占所述無硫煙火藥組合物的質(zhì)量百分比為45% -61% ο
4.如權(quán)利要求
1-3中任意一項(xiàng)所述的無硫煙火藥組合物，其特征在于，所述硝酸化合物選自硝酸胍、硝基脲或三氨基胍硝酸(TAGN)中的任意一種或多種的組合。
5.如權(quán)利要求
1-3中任意一項(xiàng)所述的無硫煙火藥組合物，其特征在于，所述粘合劑選自淀粉、糊精、淀粉衍生物、纖維素衍生物、聚乙烯醇、端羥基聚丁二烯和樹脂中的任意一種或多種的組合。
6.如權(quán)利要求
5所述的無硫煙火藥組合物，其特征在于，所述纖維素衍生物為甲基纖維素、乙基纖維素或醋酸纖維素；所述樹脂為酚醛樹脂。
7.如權(quán)利要求
1-3中任意一項(xiàng)所述的無硫煙火藥組合物，其特征在于，所述硝酸化合物為硝酸胍。
8.如權(quán)利要求
1-3中任意一項(xiàng)所述的無硫煙火藥組合物，其特征在于，所述粘合劑為乙基纖維素。
9.如權(quán)利要求
1-3中任意一項(xiàng)所述的無硫煙火藥組合物，其特征在于，氧化劑所占質(zhì)量百分比為65%，可燃劑所占質(zhì)量百分比為30%，粘合劑所占質(zhì)量百分比為5%。
10.如權(quán)利要求
1-9中任意一項(xiàng)所述的無硫煙火藥組合物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:按各自重量百分比稱取高氯酸鉀、硝酸鋇、可燃劑和粘合劑，將其混合均勻后加入造粒機(jī)，在造粒機(jī)中噴入適量乙醇進(jìn)行自動造粒，再經(jīng)干燥、篩分后包裝即可。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種無硫煙火藥組合物及其制造方法，其中該火藥組合物以高氯酸鉀和硝酸鋇作氧化劑，硝基化合物作可燃劑，從而大大提高了煙花生產(chǎn)安全性、環(huán)保性，并降低了煙花火藥的生產(chǎn)成本，檢測各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)良。而且其制作方法簡單，經(jīng)混合—造?！稍铩Y分簡單工藝即可。解決了現(xiàn)有傳統(tǒng)黑火藥安全性差，易吸濕及生產(chǎn)危險(xiǎn)性大等問題。發(fā)射效果超過黑火藥，達(dá)到二氧化硫零排放等優(yōu)點(diǎn)?？蓮V泛適用于制造煙花發(fā)射藥，大型禮花彈3-8寸開彈藥。
文檔編號C06B31/12GKCN103214322SQ201310177653
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月15日
發(fā)明者劉瓊吾 申請人:瀏陽市合力高科發(fā)展有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan