專利名稱:燃速壓力響應(yīng)小的新型固體燃?xì)獍l(fā)生劑的制作方法
本發(fā)明涉及一種可供動(dòng)力裝置用的固體燃料,特別是一種燃速壓力響應(yīng)小的新型固體燃?xì)獍l(fā)生劑。
現(xiàn)有的固體燃?xì)獍l(fā)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(jī)或有機(jī)晶體作為氧化劑的復(fù)合型燃?xì)獍l(fā)生劑。其中典型的一種是以硝酸銨為氧化劑的。此類發(fā)生劑具有較低的燃?xì)鉁囟龋細(xì)庵袩o化學(xué)腐蝕性成份。但其燃燒壓力指數(shù)較高,燃速偏低,且易于吸濕,在貯存溫度范圍內(nèi)有晶變,使用與貯存要有嚴(yán)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復(fù)合型燃?xì)獍l(fā)生劑。此類發(fā)生劑也可獲得較低的燃?xì)鉁囟?,并且吸濕性小,無晶變。但其燃?xì)庵泻蠬Cl腐蝕性成份,熱分解溫度偏低408°K(135℃),燃速壓力指數(shù)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?xì)獍l(fā)生劑。此類燃?xì)獍l(fā)生劑物理化學(xué)安定性好,對濕度不敏感,燃速較高,壓力指數(shù)較低,燃燒產(chǎn)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(chǎn)生黑煙。
本發(fā)明的目的是提供一種既具有復(fù)合型燃?xì)獍l(fā)生劑的優(yōu)點(diǎn),能夠降低燃溫;又具有雙基型燃?xì)獍l(fā)生劑的燃燒壓力指數(shù)較低,物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,對濕度不敏感,燃?xì)庵袩o腐蝕性成份的新型固體燃?xì)獍l(fā)生劑。
本發(fā)明的特征在于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,F(xiàn)e2O3,Co2O3),鎂的氧化物(MgO)、氫氧化物(Mg(OH)2)、碳酸鹽(MgCo3)、堿式碳酸鹽(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(guān)系,一般可表示為r=APn關(guān)系,其中r為燃燒線速度,P為燃燒環(huán)境壓力,A為比例系數(shù),n為燃速的壓力指數(shù)。理論指出壓力指數(shù)n對維持燃燒穩(wěn)定有重要意義,只有n<1才能設(shè)計(jì)出有燃?xì)馀懦霾⒂蟹€(wěn)定燃燒壓力的燃燒裝置。還指出壓力指數(shù)愈小,燃燒速度受壓力變化影響愈低,燃燒穩(wěn)定性愈好,設(shè)計(jì)出的裝置的保險(xiǎn)系數(shù)可以取得更低些,因而可提高裝置的效能。燃?xì)獍l(fā)生劑的另一個(gè)重要性能是燃?xì)獾臏囟炔豢蛇^高。由于黑色金屬熔點(diǎn)約在1573°K(1300℃)左右,如燃?xì)鉁囟瘸^1473°K(1200℃),工作時(shí)間稍長,則與燃?xì)饨佑|的管路,閥門等裝置設(shè)備的熱強(qiáng)度下降,易于破壞,需采用特殊耐熱材料,這將使技術(shù)上產(chǎn)生困難和提高費(fèi)用。燃?xì)獾幕瘜W(xué)腐蝕性要低,也具有同樣的意義。以硝化纖維素為基的發(fā)生劑,只含有CHON四種元素,其燃?xì)庵袩o鹵化氫類腐蝕性成份。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℃),加入它以后就難于實(shí)現(xiàn)低燃溫,故應(yīng)避免引入,而代之以燃燒溫度較低的,物理化學(xué)性能更好的組份。發(fā)生劑燃燒完全與否,與含氧量的比例有關(guān),在為降低燃燒溫度而引入降溫劑時(shí),應(yīng)考慮含氧量高組份。為使燃燒壓力指數(shù)降低,需引入合適的彈道改良劑。
本發(fā)明的新型固體燃?xì)獍l(fā)生劑具有燃燒溫度在1473°K(1200℃)以下,燃燒壓力指數(shù)低,燃燒產(chǎn)物中無鹵化氫類腐蝕性成份,物理化學(xué)安定性好,對濕度不敏感等性能。它與其它能源如高壓貯氣、化學(xué)電池相比具有較高的有效質(zhì)量與裝置重量之比,所以性能更優(yōu)越。
本發(fā)明配方性能與現(xiàn)有技術(shù)對比見下表
本發(fā)明的新型固體燃?xì)獍l(fā)生劑的實(shí)施例如下最佳實(shí)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(干量),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,堿式碳酸鎂0.035公斤,凡士林0.014公斤,硬酯酸鋅0.014公斤。然后離心驅(qū)水。驅(qū)水后的藥料,放在雙輥煉膠機(jī)內(nèi),在80-90℃下輥壓,以進(jìn)一步驅(qū)水、膠化。當(dāng)藥料膠化后,造粒,放入擠壓機(jī)內(nèi),通過模具壓伸成型。
此實(shí)施例配方的燃?xì)獍l(fā)生劑的性能如下燃燒溫度(°K)1417.6比沖量 1/70(kg-sec/kg)178.3燃?xì)馄骄肿恿?g/gmol)21.04燃?xì)饨M份(mol/kg)CO 22.06CO23.34H213.69N23.94H2O 4.58固體殘?jiān)?%) 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(shù)0.143(70-90kg/cm2)
燃速溫度系數(shù)0.399(1/℃%)維也里化學(xué)安定性實(shí)驗(yàn)超過100小時(shí)沖擊感度0%(2公斤落錘,25公斤落高)。
摩擦感度0%(96°擺角,50kg/cm2)強(qiáng)度抗壓強(qiáng)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(shí)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。壓制成直徑112mm,長度365mm藥柱,在燃燒室內(nèi),74kg/cm2壓力下平穩(wěn)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(fā)明的新型固體燃?xì)獍l(fā)生劑,在燃燒后可以產(chǎn)生大量溫度不過高的氣體,可用以驅(qū)動(dòng)渦輪、液壓泵、發(fā)電機(jī)、作動(dòng)筒等各種動(dòng)力裝置,也可作打開活門、推動(dòng)活塞、充漲氣囊或充氣排水等各種動(dòng)作。它廣泛應(yīng)用于航空部門的飛機(jī)、導(dǎo)彈、魚雷上,也可用于水下打撈、海上救生等民用部門。
權(quán)利要求
1.一種可供動(dòng)力裝置用的固體燃料,特別是一種燃速壓力響應(yīng)小的新型固體燃?xì)獍l(fā)生劑,其特征是含有(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(jù)權(quán)利要求
1所述的新型固體燃?xì)獍l(fā)生劑,其特征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,F(xiàn)e2O3,Co2O3),鎂的氧化物(MgO)、氫氧化物(Mg(OH)2)、碳酸鹽(MgCo3)、堿式碳酸鹽(MgCo3·Mg(OH)2)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的新型固體燃?xì)獍l(fā)生劑其特征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(jù)權(quán)利要求
1所述的新型固體燃?xì)獍l(fā)生劑,其特征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(fā)明涉及動(dòng)力裝置用的固體燃料,特別是一種燃速壓力響應(yīng)小的新型固體燃?xì)獍l(fā)生劑。其特征是含有硝化纖維素,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(fā)明者曹貴桐 申請人:華東工學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan