微烟快速点火药剂及在引火线中的应用研究(3)
1.4 本课题拟解决的关键问题
本课题的关键技术在于：
（1）了解烟花点火药产生烟雾的原因；
（2）设计微烟快速点火药药剂配方，并通过实验测试其性能；
（3）优化配方设计，提高其燃烧速度改善燃烧性能。
2 微烟快速点火药药剂配方设计理论与制备工艺
2.1 微烟快速点火药剂组分的选择
微烟快速点火药药剂基本组成包括氧化剂、可燃剂和添加剂。而添加剂又包括了粘结剂、催化剂等。
2.1.1 氧化剂
氧化剂可以是有氧氧化剂，也可以是无氧氧化剂，例如CCl4+Zn烟雾剂中的无氧氧化剂就是CCl4。氧化剂为可燃剂的燃烧提供氧，使点火药组成自供氧系统，它能够在隔绝空气的情况下燃烧，将反应进行到底。所以对于氧化剂来说，它得有较高的有效含氧量，同时还需满足以下条件：
（1）性质稳定，应为固体且熔点不低于60℃；
（2）吸湿性小，遇水不分解；
（3）安全、无毒或低毒，机械感度和摩擦感度低；
（4）有适当的分解热。
氧化剂主要包括高氯酸铵、碱硝酸盐、碱式金属销酸盐、金属高氯酸盐、碱式金属硝酸盐、金属氯酸盐、硝酸铵、金属氧化物等。相关常用氧化剂的基本性能如表2.1所示：
表2.1 部分氧化剂的基本性能
名称 分子式 分子量 有效含氧量/% 标准摩尔生成焓/kJ•mol-1
硝酸钾 KNO3 101 39.60 -494.62
硝酸锶 Sr(NO3)2 211.6 37.81 -978.22
硝酸钡 Ba(NO3)2 261 30.65 -988.00
硝酸钠 NaNO3 85 47.06 -467.85
高氯酸钾 KClO4 138.5 46.21 -432.80
高氯酸铵 NH4ClO4 117.5 34.04 -295.30
氧化铁 Fe2O3 159.7 30.06 -824.20
氧化铜 CuO 79.5 20.12 -157.30
由于黑火药燃烧时产生的烟雾主要来自于硝酸钾钾盐，故本文拟采用氧化剂为硝酸钡和高氯酸铵，以此减少点火药燃烧时产生的烟雾。
2.1.2 可燃剂
可燃剂是微烟快速点火药燃烧时的燃料，使点火药获得最佳的烟火效应。对可燃剂的基本要求有：
（1）具有适当的燃烧热，保证最佳特种效应的获得；
（2）具有适当的易氧化性，且燃烧时需氧量要少；
（3）燃烧生成的产物要有利于烟火特种效应，例如不能在空气中形成太多烟雾；
（4）相对稳定的物化性质；
（5）安全无毒，摩擦感度和冲击感度要小；
（6）材料成本低，易于获得。
2.1.3 添加剂
配方中除氧化剂和可燃剂之外的物质就是添加剂，添加剂包括：催化剂、粘结剂、燃速调节剂和钝感剂等。它们的作用大都是改变点火药的燃烧性能、装药结构、力学性能和改善敏感度等。
2.2 氧平衡计算
氧平衡一般用OB（Oxygen Balance）来表示，它是指每克烟火药剂完全燃烧时，烟火药剂自身的有效含氧量与它包含的可燃物和黏合剂等可燃元素都氧化成为稳定的化合物所需要的氧量的差值，故氧平衡的单位为：克氧/克药剂。很明显，根据供需氧量之间的不同变化，氧平衡有正氧平衡、零氧平衡和负氧平衡三种状态，即OB>0、OB=0和OB<0这三种。如果烟火药为正氧平衡，由于其体系中含有过量的氧化剂，这会给燃速、烟火效应等造成负面的影响，所以通常设计时不采用正氧平衡。当OB=0（即正氧平衡）时，这种状态是一种理想状态，所以在密闭条件下燃烧或爆炸的药剂大都采用这一配比，比如笛音剂和动力药剂等。