专利名称:燃速压力响应小的新型固体燃气发生剂的制作方法
本发明涉及一种可供动力装置用的固体燃料，特别是一种燃速压力响应小的新型固体燃气发生剂。
现有的固体燃气发生剂如美国J.Spacecraftvol.4NO.11.1967-文所述有两大类一类是以高分子材料作为粘合剂兼作燃料，配合一种或多种无机或有机晶体作为氧化剂的复合型燃气发生剂。其中典型的一种是以硝酸铵为氧化剂的。此类发生剂具有较低的燃气温度，燃气中无化学腐蚀性成份。但其燃烧压力指数较高，燃速偏低，且易于吸湿，在貯存温度范围内有晶变，使用与貯存要有严格的防潮条件。此类中另一种典型是美国专利U.S.P.3.193，421 1965提出的以过氯酸铵为氧化剂，二羟基乙二肟为降温剂的复合型燃气发生剂。此类发生剂也可获得较低的燃气温度，并且吸湿性小，无晶变。但其燃气中含有HCl腐蚀性成份，热分解温度偏低408°K(135℃)，燃速压力指数偏高，成本也较高。另一大类是以硝化纤维素-硝化甘油为基的双基型燃气发生剂。此类燃气发生剂物理化学安定性好，对湿度不敏感，燃速较高，压力指数较低，燃烧产物中无腐蚀性成份。但其燃烧温度较高一般在1873°K(1600℃)以上，过度降低燃烧温度会引起燃烧不完全，产生黑烟。
本发明的目的是提供一种既具有复合型燃气发生剂的优点，能够降低燃温;又具有双基型燃气发生剂的燃烧压力指数较低，物理化学性质稳定，对湿度不敏感，燃气中无腐蚀性成份的新型固体燃气发生剂。
本发明的特征在于其重量配比含有硝化纤维素(含氮量11.8～13.2%)80-60%;含有一种或多种非硝化甘油类的硝酸酯，如N-硝基二乙醇胺二硝酸酯，三缩乙二醇二硝酸酯，二缩乙二醇二硝酸酯，作为含能增塑剂，含量为8～12%;含有甘油三醋酸酯作为高含氧量的降温增塑剂，含量为10～20%;含有一种或多种铁族元素的金属粉(Ni、Fe、Co)、氧化物(Ni2O3，Fe2O3，Co2O3)，镁的氧化物(MgO)、氢氧化物(Mg(OH)2)、碳酸盐(MgCo3)、碱式碳酸盐(MgCo3、Mg(OH)2)作为弹道改良剂，总含量为1～5%最佳含量为1.0～2.5%，其中铁族元素与镁化物重量比为2∶1;含有中定剂1～3%及工艺附加物。作为一种可自持燃烧的固体燃料，其重量的性能之一是其燃烧速度与燃烧压力的关系，一般可表示为r＝APn关系，其中r为燃烧线速度，P为燃烧环境压力，A为比例系数，n为燃速的压力指数。理论指出压力指数n对维持燃烧稳定有重要意义，只有n＜1才能设计出有燃气排出并有稳定燃烧压力的燃烧装置。还指出压力指数愈小，燃烧速度受压力变化影响愈低，燃烧稳定性愈好，设计出的装置的保险系数可以取得更低些，因而可提高装置的效能。燃气发生剂的另一个重要性能是燃气的温度不可过高。由于黑色金属熔点约在1573°K(1300℃)左右，如燃气温度超过1473°K(1200℃)，工作时间稍长，则与燃气接触的管路，阀门等装置设备的热强度下降，易于破坏，需采用特殊耐热材料，这将使技术上产生困难和提高费用。燃气的化学腐蚀性要低，也具有同样的意义。以硝化纤维素为基的发生剂，只含有CHON四种元素，其燃气中无卤化氢类腐蚀性成份。常用的含能增塑剂是硝化甘油，此组份能量高，燃烧温度也高约4573°K(4300℃)，加入它以后就难于实现低燃温，故应避免引入，而代之以燃烧温度较低的，物理化学性能更好的组份。发生剂燃烧完全与否，与含氧量的比例有关，在为降低燃烧温度而引入降温剂时，应考虑含氧量高组份。为使燃烧压力指数降低，需引入合适的弹道改良剂。
本发明的新型固体燃气发生剂具有燃烧温度在1473°K(1200℃)以下，燃烧压力指数低，燃烧产物中无卤化氢类腐蚀性成份，物理化学安定性好，对湿度不敏感等性能。它与其它能源如高压貯气、化学电池相比具有较高的有效质量与装置重量之比，所以性能更优越。
本发明配方性能与现有技术对比见下表
本发明的新型固体燃气发生剂的实施例如下最佳实施例1(配料以7公斤为例)在35公斤水中，加入含氮量为12.0%的硝化纤维素4.76公斤(干量)，搅拌下依次加入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，中定剂0.07公斤，镍粉0.07公斤，碱式碳酸镁0.035公斤，凡士林0.014公斤，硬酯酸锌0.014公斤。然后离心驱水。驱水后的药料，放在双辊炼胶机内，在80-90℃下辊压，以进一步驱水、胶化。当药料胶化后，造粒，放入挤压机内，通过模具压伸成型。
此实施例配方的燃气发生剂的性能如下燃烧温度(°K)1417.6比冲量 1/70(kg-sec/kg)178.3燃气平均分子量(g/gmol)21.04燃气组份(mol/kg)CO 22.06CO23.34H213.69N23.94H2O 4.58固体残渣含量(%) 1.48燃烧速度3.12mm/sec(90kg/cm2);
3.01mm/sec(70kg/cm2);2.65mm/sec(50kg/cm2)。
燃速压力指数0.143(70-90kg/cm2)
燃速温度系数0.399(1/℃%)维也里化学安定性实验超过100小时冲击感度0%(2公斤落锤，25公斤落高)。
摩擦感度0%(96°摆角，50kg/cm2)强度抗压强度1072kg/cm2，压缩率84.5%，断裂功469kg-cm。
热分解温度(°K)477比重(g/cm3)1.53最佳实施例2硝化纤维素(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，中定剂1份，镍粉1份(外加)，氧化镁(外加)0.5份。压制成直径112mm，长度365mm药柱，在燃烧室内，74kg/cm2压力下平稳燃烧85秒，燃速为4.29mm/sec。
例3硝化纤维素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，中定剂1份，外加铁粉3份，氧化镁1份。燃速为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硝化纤维素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，中定剂1份，外加钴粉3份，氧化镁1份。燃速为5.26mm/sec(100kg/cm2)，4.20mm/sec(80kg/cm2)，5.21mm/sec(52kg/cm2)。
本发明的新型固体燃气发生剂，在燃烧后可以产生大量温度不过高的气体，可用以驱动涡轮、液压泵、发电机、作动筒等各种动力装置，也可作打开活门、推动活塞、充涨气囊或充气排水等各种动作。它广泛应用于航空部门的飞机、导弹、鱼雷上，也可用于水下打捞、海上救生等民用部门。
权利要求
1.一种可供动力装置用的固体燃料，特别是一种燃速压力响应小的新型固体燃气发生剂，其特征是含有(重量%)80-60 硝化纤维素(含氮量11.8-13.2%)；8-12 非硝化甘油类的硝酸酯；10-20 甘油三醋酸酯；1-5 铁族元素的弹道改良剂；1-3 中定剂。
2.根据权利要求
1所述的新型固体燃气发生剂，其特征是铁族元素的弹道改良剂是由一种或多种铁族元素的金属粉(Ni、Fe，Co)、氧化物(Ni2O3，Fe2O3，Co2O3)，镁的氧化物(MgO)、氢氧化物(Mg(OH)2)、碳酸盐(MgCo3)、碱式碳酸盐(MgCo3·Mg(OH)2)组成。
3.根据权利要求
1或2所述的新型固体燃气发生剂其特征是铁族元素弹道改良剂的最佳含量为1.0-2.5(重量%)，其中铁族元素与镁化物重量比为2∶1。
4.根据权利要求
1所述的新型固体燃气发生剂，其特征是含有一种或多种非硝化甘油类的硝酸酯，如N-硝基二乙醇胺二硝酸酯，三缩乙二醇二硝酸酯，二缩乙二醇二硝酸酯。
专利摘要
本发明涉及动力装置用的固体燃料，特别是一种燃速压力响应小的新型固体燃气发生剂。其特征是含有硝化纤维素，非硝化甘油类的硝酸酯，甘油三醋酸酯，铁族元素的弹道改良剂和中定剂。
文档编号C06D5/00GK86100451SQ86100451
公开日1987年8月5日 申请日期1986年1月20日
发明者曹贵桐 申请人:华东工学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan