环保型黑火药的研究技术

环保型黑火药是指在燃烧时少产生或不产生硫氧化物及氮氧化物,以对发射或点火装置造成低污染、低腐蚀等。瑞典、瑞士等西欧国家已率先研究这类黑火药,并装备于部分点火结构中,之所以没有更大范围地推广使用,是由于制造工艺复杂,爆炸威力低。美国20世纪50年代确定了一种二元无硫黑火药配方,但产品燃烧性能与传统黑火药有很大差别,仅用于地面烟花的点火和发射；日本学者研究了硝酸钾和木炭按不同配比(60∶40、70∶30、75∶25和80∶20)组成的无硫黑火药,并就其点火—发射效应与传统黑火药进行了对比,结果表明:采用大麻木炭时,相应黑火药的点火—发射效应与传统黑火药基本一致。由此可见,改善无硫黑火药综合性能的关键在于木炭的选择。

由于传统黑火药烟雾的主要成分是钾盐和水分,所以有的研究人员尝试用硝酸铵或硝化甘油来部分或全部取代黑火药配方内的氧化剂,以此减少燃烧生成物中钾盐和水分的含量,从而降低可见烟雾的生成,但硝酸铵易潮解,硝化甘油太敏感,在混药前需预处理,因此制药工艺复杂,安全性较低,难以实现工业化生产。1994年世界专利公布了一个操作安全、简便的无硫、少烟高能黑火药替代物配方,其组分配比为:高氯酸钾6%～15%/硝酸钾(或硝酸铵)45%～55%/抗坏血酸(异抗坏血酸)30%～49%。其中,高氯酸钾用作增能剂,硝酸钾或硝酸铵为氧化剂,抗坏血酸或异抗坏血酸用作有机燃料替代硫黄。各种原料混合前的原始粒径为1～50μm。该药剂点火能力强,火焰感度适中,产气量大,燃烧过程中压力上升时间较短,P-t曲线与黑火药非常相近,是制式黑火药的理想替代物。从药剂配方可以看出,用硝酸铵或高氯酸铵部分或全部取代硝酸钾,燃烧产物易于实现“无烟洁净”的目标。在火炮发射中采用这种药剂作点火药,可以使炮膛清理的工作量减少。(www.xing528.com)

由于目前环保型黑火药配方中不含硫黄,高温压制过程中没有原材料的软化和微米量级的渗透,因此形成的药粒疏松,容易吸收周围环境中的水分。环保型黑火药的吸湿性是制约其广泛应用的重要因素,另外提高输出性能的稳健性也是开发环保黑火药必须解决的课题。