[发明专利]清洁型低压低温燃烧的固体燃料

说明书

技术领域

本发明属于固体燃料技术领域，主要涉及在低压低温条件下稳定清洁燃烧的固体燃料配方和制备方法。

背景技术

固体燃料的使用已有多年历史，人们在日常生活中经常会用到这种燃料，它具有便携、适合野外使用的优点。目前，常用的固体燃料主要有固体酒精型、乌洛托品型、煤炭型、植物粉型和纤维素型等几种类型，由于它们自身组成体系中含氧量较低，限制了燃烧的使用，普遍存在有热值相对较低、抗风性能差、使用环境窄的缺点，仅适合在低海拔(3000m以下)地区的室内或风力不超过7级的野外环境使用。尤其是目前的固体燃料不适合在低气压、低气温(高寒地区)野外条件下使用，极大地限制了固体燃料的使用范围。虽然国外开发有适合野外登山和探险使用的固体燃料，但其仍不能满足高海拔(海拔高度4000m以上)严寒地区的野外使用需要。随着人们野外活动(登山、野外探险、科学考察、高原地区野战训练、高峰火炬传递)的日益频繁，迫切需要一种可在地球大陆上任何环境下使用的安全可靠能稳定燃烧的固体燃料。

经检索，国内外未见有低气压、低气温燃烧的固体燃料的公开资料。

发明内容

本发明的目的是提供一种在高寒地区野外条件下能够使用的固体燃料，尤其适用于地球陆地上任何高海拔、低气压、低气温环境，并使其具有燃烧清洁、无烟、无毒、燃烧热值高、抗风性强、安全性好的优点。

本发明提出的清洁型低压低温燃烧的固体燃料中所含的组分包括有：端羟基聚丁二烯(HTPB)、高氯酸铵(AP)、硝酸铵(AN)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、硝化棉(NC)、增塑剂、安定剂和硝酸钾(KNO₃)；其组分配比的重量百分比依次为：7～16％，3～50％，16～68％，0.2～0.8％，10～30％，1.5～7％，0.2～0.8％和0.6～3％。其中所述的增塑剂可以是三乙酸甘油酯(TA)、或邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、或邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、或二硝基甲苯(DNT)的任一种或几种的混合物；所述的安定剂可以是二苯胺(DPA)、或二乙基二苯脲、或二甲基二苯脲的任一种或几种的混合物。另外，本发明固体燃料中，还可以根据需要按重量百分比加有燃烧气味调节剂0.1～0.5％和/或火焰颜色调节剂0.1～2％；所述的气味调节剂是风油精、或玫瑰香精、或百合香精或是其他植物香精的任一种；所述的火焰颜色调节剂可以是硝酸锶(Sr(NO₃)₂)、或松香、或是它们的混合物。加入硝酸锶后火焰颜色呈红色，加入松香后火焰颜色呈金黄色，若将两者混合加入，可将火焰颜色从红色至金黄色调节。

本发明所提出清洁型低压低温燃烧固体燃料的制备方法，包括硝化棉基固体颗粒的制备和固体燃料的制备；具体步骤如下：

硝化棉基固体颗粒的制备：将所述组分中硝酸钾、硝酸铵、硝化棉搅拌混合均匀，另将增塑剂和安定剂用有机溶剂溶解后加入，混合搅拌不低于1小时；将混合均匀的物料挤压制成尺寸为0.5mm～4mm的颗粒，晾干后再烘干，得到硝化棉基固体颗粒，备用；其中，所述硝酸铵的量为硝酸铵总量的20～40％。所述的有机溶剂包括乙醇、乙醚、丙酮的任一种或是几种的混合。

固体燃料的制备：将所述的端羟基聚丁二烯、高氯酸铵、硝酸铵、硝化棉基固体颗粒、甲苯二异氰酸酯混合搅拌均匀；将混合后的物料加压浇注成型，于65～72℃下固化，即得到固体燃料成品；其中，所述硝酸铵的量为余量。

本发明制备的固体燃料先后在关中平原、华北平原、东北漠河、青藏高原、珠峰大本营等地区经过多次实地使用试验，并在海拔8300m处进行了实地使用。结果表明，本发明固体燃料具有燃烧火焰高(在专用燃烧器中高度大于30cm)，火焰可视性好(适合拍摄、展示)，燃烧残渣小(小于0.5％)燃烧清洁，燃烧热值高(2000kJ/kg～3000kJ/kg)、无烟、无毒、抗风性强、安全性好的优点；尤其是在0.02Mpa的-40℃环境条件下能够持续稳定燃烧(燃速0.1～0.5mm/s)，在该环境下配合专用燃烧器使用时，在30m/s风速及50mm/h雨雪量的条件下能够燃烧不灭；为在各大高峰峰顶(包括珠穆朗玛峰)上火炬的传递提供了性能良好可靠的固体燃料。本发明填补了在高寒地区使用固体燃料的技术空白，可以在地球的任何陆地上，海拔10000m(0.2大气压)以下、环境温度-45℃以上的任何环境下燃烧使用，是迄今为止，唯一能够在地球陆地上无限制使用的固体燃料。本发明特别适合于高寒地区(海拔高度4000m以上，环境温度0℃以下)的野外使用，为野外生活和野外登山、探险、取暖、野战训练及燃放信号提供了便携可靠的高热值固体燃料。