烟火气体发生剂技术

　　烟火型气体发生剂是一种能快速燃烧产生大量气体的烟火药剂，通常用于制造需要快速充气的装置。其具有产气量大、燃速快、残渣少、燃气多为对人体无害的氮气二氧化碳灯清洁气体等特点。 大多数人对气体发生剂的了解主要是从汽车安全气囊开始，事实上，它还广泛应用于诸如推动飞机涡轮、鱼雷的导向叶片等的旋转，各种救生筏和民航应急安全滑梯的快速充气，铁路运输的紧急制动系统，石油、天然气输送管道紧急关闸系统等。近年来，其在航天器变轨、无人机着陆、巡飞弹翼展等方面也在不断获得新的重要应用。烟火技术在中国已有上千年的历史，但烟火型气体发生剂在我国的研究与应用尚处于起步阶段。近年来，世界各国的气体发生剂研究工作非常活跃，配方专著如雨后春笋，经过20多年的发展，我国产气药剂配方技术达到了较高水平，配方设计的目的和重心也逐渐从追求高产气量、低燃温、高燃速转移为追求高燃气成分洁净、残渣量少、产气清洁环保等性能。但是，对于气体发生剂的研究过程，目前市面上并未见系统描述的课本或专著。因此，本专著弥补了该方面的空白，首次对气体发生剂从合成到配方制备再到实际充气展开这一系列过程进行了系统的论述。 烟火型气体发生器是一门综合性应用的研究，涉及化学、物理、力学等多学科的交叉科学。它所研究的主要内容涉及：以无机和有机化学为基础的产气药剂的分子设计与合成；以物理化学理论为基础的氧化还原反应效应以及分散成型技术为基础的混合烟火药剂配方设计与制备研究；以流体力学以及热动力学为基础的气体发生器的机械设计和气囊充气展开模拟研究等。

　　韩志跃，任教于北京理工大学安全工程专业，从事烟火火工安全方面的教学和科研工作。主讲研究生课程《危险化学品概论及应用》和本科生双语课程《应用有机化学》。以第一和通讯作者发表40余篇高水平的SCI学术文章，以第一发明人授权中国发明专利3项、实用新型专利2项，主编出版校级十三五规划研究生教材1部和学术专著1部，参编行业培训教材3部。承担国家、国防和省部级项目多项。

第１ 章　绪　　论
　１.１　烟火药剂概述………………………………………………… (１)
　　１.１.１　烟火药的分类…………………………………………… (１)
　　１.１. ２　烟火药的用途…………………………………………… (２)
　１.２　烟火气体发生剂及用途……………………………………… (５)
第２ 章　产气剂………………………………………………………… (９)
　２. １　产气剂研究发展概况………………………………………… (９)
　　２. １. １　火药型产气剂…………………………………………… (９)
　　２.１. ２　烟火型产气剂………………………………………… (１２)
　２.２　富氮产气剂要求…………………………………………… (２１)
　２.３　典型气体发生剂种类及配方……………………………… (２１)
　　２.３.１　叠氮化物类气体发生剂……………………………… (２１)
　　２.３.２　非叠氮化物类气体发生剂配方……………………… (２３)
　２.４　本课题组典型气体发生剂配方及其性能………………… (３０)
　　２.４.１　偶氮四唑胍…………………………………………… (３０)
　　２.４.２　5－ 氨基四唑硝酸盐………………………………… (３４)
　　２.４.３　４,５ － 二四唑基－ １, ２,３ － 三唑………………… (３８)
第３ 章　烟火气体发生剂配方……………………………………… (４３)
　３.１　烟火气体发生剂配方设计………………………………… (４３)
　　３.１.１　原材料筛选…………………………………………… (４３)
　　３.１.２　气体发生剂配方设计基本原则……………………… (４８)
　３.２　烟火气体发生剂制备方法…………………………………(４９)
３.2.１　成分的准备…………………………………………… (５０)
　　３.２.２　混药、造粒及干燥…………………………………… (５３)
　３. ３　烟火气体发生剂性能测试………………………………… (５９)
　　３.３.１　药剂燃烧温度………………………………………… (５９)
　　３.３.２　燃烧速度……………………………………………… (６４)
　　３.3.３　产气量………………………………………………… (６７)
　　３.３.４　压力—时间曲线测试………………………………… (６８)
　　３.３.５　吸湿性测试…………………………………………… (６９)
　　３.３.６　感度测试……………………………………………… (７１)
　　３. ３.７　热重差热分析………………………………………… (７２)
　　３.３. ８　安定性和相容性测试………………………………… (７３)
　　３.3 . ９　气体成分检测………………………………………… (７５)
　　３.３.１０　ＰＭ２.５ 和ＰＭ１０ 测试……………………………… (７７)
　３.４　典型的应用配方…………………………………………… (７９)
第４ 章　高温燃气快速冷却技术…………………………………… (８１)
　４. １　冷却技术…………………………………………………… (８１)
　　４.１.１　化学冷却剂…………………………………………… (８１)
　　４.１.２　物理冷却剂…………………………………………… (８４)
　４.２　冷却剂的使用方式………………………………………… (８７)
　　４.２.１　内冷却………………………………………………… (８７)
　　４.２.２　外冷却的装药方式…………………………………… (８９)
　４. ３　过滤网技术………………………………………………… (９２)
　　４.３.１　过滤网的种类………………………………………… (９２)
　　４.３.２　过滤介质对比………………………………………… (９４)
　４.４　其他冷却技术……………………………………………… (９７)
　　４.４.１　自由装填式过滤冷却设计…………………………… (９７)
　 ４.４.２　迷宫式过滤冷却设计………………………………… (９７)
　　４.４.３　迷宫式过滤冷却与传统冷却对比…………………… (９９)
第５ 章　烟火气体发生器设计…………………………………… (１０１)
　５.１　烟火气体发生器…………………………………………… (１０１)
　５.２　烟火气体发生器结构…………………………………… (１０３)
　５.３　典型气体发生器设计计算……………………………… (１０５)
　５.４　烟火式气体发生器点火及气囊技术…………………… (１１０)
　　５.４.１　点火…………………………………………………… (１１０)
　　５.４.２　气囊…………………………………………………… (１１２)
　５.５　气体发生器的应用………………………………………… (１１９)
　　５.５. １　汽车气囊气体发生器……………………………… (１１９)
　　５.５.２　火星探测气体发生器……………………………… (１２０)
　　５.５.３　水下打捞……………………………………………… (１２１)
　　５.５.４　其他应用场合………………………………………… (１２２)
第６ 章　烟火气体发生剂技术展望……………………………… (１２８)
　６.１　气体发生剂技术发展趋势……………………………… (１２９)
　６.２　气体发生器技术的发展………………………………… (１２９)
　６.３　气体发生器技术的应用展望…………………………… (１３０)
参考文献……………………………………………………………… (１３２)