HC基新型抗红外发烟剂研究
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３ ］ 一个明显的特征 吸 收 峰 ［ 这 一 现 象， 在 Ｈ Ｃ发 烟 剂 中
， 但 对 中 远 红 外 的 遮 蔽、 干扰作
， 尤其是 在 远 红 外 波 段 平 均 质 量 消 光 系
２ － １ ·ｇ 。为此， 世界各国的科学家和烟幕 数小于 ０ ． １ｍ
研究人员曾不断对其 进 行 改 进， 设计出了各种型号的 Ｈ Ｃ发烟剂， 但它们都是以氧化锌和卤素给予体作为 主要成分。表 １为两种有代表性的 Ｈ Ｃ发烟剂配方。
发烟剂 形 成 的 烟 幕 在 １ｍ ｉ ｎ时 的 红 外 透 过 光 谱， 表２ 是相应烟幕的红外消光系数的测试结果与对比情况。
图４ Ｈ Ｃ ０ ６号烟幕红外光谱图 Ｆ ｉ ｇ ． ４ Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍｏ ｆ Ｈ Ｃ ０ ６
图５ Ｈ Ｃ １ ０号烟幕红外光谱图 Ｆ ｉ ｇ ． ５ Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍｏ ｆ Ｈ Ｃ １ ０
（ １ ）
１ ７ ４
含 能 材 料
第１ ３卷
式中， Ｔ为红外穿透烟 幕 后 的 透 过 率；Ｍｃ为 烟 幕 对 红 外的 质 量 消 光 系 数， ｍ · ｇ ； Ｃ 为 烟 幕 的 浓 度， ｇ · ｍ ；Ｌ为红外穿透烟幕介质的长度， ｍ 。 对于在烟幕 试 验 柜 中 进 行 的 测 试， 通常情况下 Ｌ 是已知的， 经过搅拌后 烟 幕 的 浓 度 Ｃ可 以 认 为 是 均 匀 分布的， 于是： Ｍｃ ＝ １ １ Ｉ １ ｌ ｎ ０ ＝ ｌ ｎ Ｃ Ｌ Ｉ Ｃ Ｌ Ｔ
第１ ３卷 第 ３期 ２ ０ ０ ５年 ６月
文章编号： １ ０ ０ ６ ９ ９ ４ １ （ ２ ０ ０ ５ ） ０ ３ ０ １ ７ ３ ０ ３
Ｅ Ｎ Ｅ Ｒ Ｇ Ｅ Ｔ Ｉ ＣＭＡ Ｔ Ｅ Ｒ Ｉ Ａ Ｌ Ｓ
含 能 材 料
Ｖ ｏ ｌ ． １ ３ ，Ｎ ｏ ． ３ Ｊ ｕ ｎ ｅ ，２ ０ ０ ５
－３ ２ － １
２ ． ２ 测试方法 ( １ )在烟幕柜的一端窗口外安装黑体辐射炉和红 外光源， 将黑体辐射炉温度升至 ４ ０℃ 。对应的另一端 安装热像仪和红外光谱仪。 ( ２ )按比例 配 制 １ ０ｇ发 烟 剂 置 于 中 型 烟 幕 试 验 柜中， 接好点火用导线。 ( ３ )用事先选择的干净透明膜密封烟幕柜窗口。 ( ４ )记录烟幕柜内温、 湿度。 ( ５ )采集本底红外透过光谱和目标的热像图。 ( ６ )启动点火装 置 进 行 发 烟， 等发烟剂完全燃烧 后连续低速搅拌 １ｍ ｉ ｎ ， 之后由试验人员同步采集烟幕 浓度和红外透过光谱。必要时采集烟幕遮蔽红外目标 的热像图。 ( ７ )试验完成后排空烟幕试验柜。 重复( ２ )～( ７ ) 步， 对所研究的系列 Ｈ Ｃ抗 红 外 发
－ １ Ｆ Ｃ Ｉ Ｖ型粉尘采样器， 最大双道流量 ３ ５Ｌ ·ｍ ｉ ｎ
图２ 施放烟幕前黑体热像图 Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｉ ｍ ａ ｇ ｅｏ ｆ ｂ ｌ ａ ｃ ｋｂ ｏ ｄ ｙｗ ｉ ｔ ｈ ｏ ｕ ｔ ｓ ｍ ｏ ｋ ｅｓ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ
可调。采用超细纤维膜采样。 ２ ． １ ． ５ 天 平 Ａ Ｅ ２ ０ ０万分之一天平。
表２ ＨＣ 烟幕的红外消光系数测试结果 Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ２ Ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓｏ ｆ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄｅ ｘ ｔ ｉ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ＨＣ ｓ ｍｏ ｋ ｅ
ｓ ｍ ｏ ｋ ｅａ ｇ ｅ ｎ ｔ Ｈ Ｃ Ｈ Ｃ ０ ６ Ｈ Ｃ １ ０ Ｃ／ ｇ · ｍ－３ ０ ． ７ １ ７ ０ ． ９ ４ ０ ０ ． ７ ４ ６ ３～ ５μ ｍ Ｍｃ ／ ｍ ·ｇ ０ ． ２ １ ０ ０ ０ ． １ ７ １ ５ ０ ． ２ ９ ７ ９
添加适量的红磷； （ ４ ）添加蒽等富 碳 有 机 化 合 物， 通过该类物质的 不完全燃烧生成大量的直径为几个微米到数十个微米
４ ］ 的碳微粒加强对红外的消光作用 ［ ；
（ ５ ）添加氯酸钾等成分改善发烟剂性能。 实验时按一定规律改变发烟剂的成分和配比并进 行野外点火与发烟试 验， 然后根据各种配方的野外点 火特性、 成烟效果、 燃烧速度等直观现象确定若干个有 效配方， 并据此配制抗红外发烟剂试样， 样品编号依次 为Ｈ Ｃ ０ １号、 Ｈ Ｃ ０ ２号、 Ｈ Ｃ ０ ３号直至 Ｈ Ｃ １ ５号发烟剂。 红外辐射在烟幕 中 传 输 会 发 生 反 射、 散射及吸收 效应， 在一定浓度 条 件 下 红 外 透 过 烟 幕 后 的 强 度 Ｉ 与 入射强度 Ｉ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｔ Ｂ ｅ ｅ ｒ 定律： ０ 之比服从 Ｌ
２ － １
８～ １ ４μ ｍ ｒ ａ ｔ ｅｏ ｆ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ － － １ ８ ． ３ ３ ％ ４ １ ． ８ ６ ％ Ｍｃ ／ ｍ ·ｇ ０ ． ０ ７ １ ５ ０ ． １ ２ ７ ６ ０ ． １ ０ ３ ８
［ ２ ］ ２ － １［ １ ］
Ｃ ｌ Ｚ ｎ Ｏ→ ６ Ｚ ｎ Ｃ ｌ Ｃ Ｏ ２ Ｃ ２ ６ ＋６ ２ ＋３ ２ ＋Ｃ＋Δ 从上述 反 应 机 理 可 以 看 出， Ｈ Ｃ发 烟 剂 主 要 通 过 生成氯化锌并利用其 吸 湿 性 形 成 浓 密 烟 幕， 而产物中 细微的碳粒子是该类烟幕具有一定抗红外性能的主要 因素之一。 本文针对传统 Ｈ Ｃ烟幕在配方上的局限性 对 其 主 要成分进行更换并通过以下途径进行交叉试验： （ １ ）用镁粉代替锌粉或铝粉； （ ２ ）用氧Fra Baidu bibliotek锰代替氧化锌； （ ３ ）根据红磷烟幕在 ８～ １ １μ ｍ波段内对红外有
３ 体积 ５ ． ５ ８ｍ ， 最大光程 ２ ． ４ ２ｍ 。图 １为 该 烟 幕 柜 外
３ 图１ ５ ． ５ ８ｍ 烟幕试验柜示意图 ３ Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｓ ｋ ｅ ｔ ｃ ｈｍ ａ ｐｏ ｆ ５ ． ５ ８ｍ ｓ ｍ ｏ ｋ ｅｃ ｈ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ
２ ． １ ． ２ 热像仪 Ｓ Ａ Ｔ Ｈ Ｙ ６ ８ ０ ０型非 制 冷 焦 平 面 红 外 热 像 仪， 工作 波段 ８～ １ ４μ ｍ ， 温度分辨率 ０ ． ０ ８℃ ( 在３ ０℃ 时) ， 测 温范围 － １ ０～ １ ０ ０ ０℃ 。 采用 ＭＸ Ｙ ２ ０ ０ ５型面黑体， 有效辐射面为 Ф ５ ０ｍ ｍ 。 ２ ． １ ． ３ 红外光谱仪 ＷＱ Ｆ ４ ０ ０型傅立叶变 换 红 外 光 谱 仪。 波 数 范 围： ７ ８ ０ ０～４ ０ ０ｃ ｍ－１， 分 辨 率： ０ ． ６ ５ｃ ｍ－１， 波 数 精 度： ± ０ ． ０ １ｃ ｍ－１。 液氮制冷 ＭＣ Ｔ探 测 器， 高强度空气冷却红外光 源。 ２ ． １ ． ４ 浓度采样器
Ｈ Ｃ基新型抗红外发烟剂研究
， ２ 王玄玉 １ ，潘功配 １
（ １ ．南京理工大学化工学院，江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ４ ； ２ ．防化指挥工程学院烟火技术实验室，北京 １ ０ ２ ２ ０ ５ ） 摘要：分析了传统 Ｈ Ｃ烟幕对可见光和红外的遮蔽特性， 针对 Ｈ Ｃ发烟剂配方的局限性和发烟原理， 通过用镁粉 代替锌粉， 用氧化锰代替氧化锌， 添加红磷和富碳有机 化 合 物 等 途 径 并 结 合 大 量 实 验 确 定 了 系 列 抗 红 外 发 烟 剂 配 方。在中型烟幕试验柜中对该系列配方的发烟剂形成的烟幕的抗红外性能进行 了 测 试 评 价， 给出了具体的评价试 验方法和 典 型 烟 幕 对 红 外 目 标 进 行 遮 蔽 的 热 成 像 图。在 此 基 础 上 优 选 了 两 种 Ｈ Ｃ基 的 新 型 抗 红 外 发 烟 剂， 给出了 相应的红外消光系数测定数据与傅立叶变换红外光谱。与传统的 Ｈ Ｃ烟幕相比， 新研究的 Ｈ Ｃ １ ０号和 Ｈ Ｃ ０ ６号抗红 外发烟剂形成的烟幕在 ３～ ５μ ｍ 和 ８～ １ ４μ ｍ 波段的红外消光系数 分 别 增 大 了 ４ １ ． ８ ６ ％和 ７ ８ ． ４ ６ ％， 使传统 Ｈ Ｃ烟 幕的抗红外性能得到显著提高， 尤其是在远红外波段效果更为明显。 关键词：烟火技术；烟幕；Ｈ Ｃ ；发烟剂；气溶胶；消光系数；红外光谱
＋ 中图分类号：Ｔ Ｊ ５ ３ ６
文献标识码： Ａ
１ 引 言
Ｈ Ｃ （ ｈ ａ ｌ ｏ ｇ ｅ ｎ ａ ｔ ｅ ｄｏ ｒ ｇ ａ ｎ ｉ ｃｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｕ ｎ ｄ ） 是目前很多国 家装 备 的 主 要 发 烟 剂 种 类 之 一， 如美国 Ａ Ｂ Ｃ Ｍ ５发 烟 罐、 Ｍ ２ ２ ６发 烟 榴 弹， 俄罗斯 Ｃ Ｘ １ ５发 烟 弹、 英国 Ｈ Ｃ Ｆ 发烟榴弹、 德国弗斯 特 ７ ６ｍ ｍ发烟 榴 弹 等 均 将 Ｈ Ｃ作 为主要成分。大量实 验 表 明， 该发烟剂形成的烟幕能 够对可见光产生显著 的 遮 蔽 作 用， 总遮蔽能力可以达 ｇ 到４ ２ ９ ． ７ｍ · ｋ 用非常有限
()
()
( ２ )
因此， 只要测定红外穿透烟幕后的透过率 Ｔ ， 就可 以根据( ２ ) 式计算出烟幕 对 红 外 的 质 量 消 光 系 数 并 据 此对新型抗红外发烟剂配方进行选择和评价。
２ 试验部分
２ ． １ 测试设备 ２ ． １ ． １ 烟幕试验柜 采用自行设 计 的 中 型 烟 幕 试 验 柜 观结构示意图。
表１ ＨＣ 发烟剂配方 Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ１ Ｐ ｒ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓｏ ｆ ＨＣ ｓ ｍｏ ｋ ｅａ ｇ ｅ ｎ ｔ
ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｄ ｉ ｅ ｎ ｔ Ｚ ｎ Ｏ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ／ ％ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ／ ％ ４ ５ ． ５ ２ ２ Ｃ ｌ Ｃ ２ ６ ４ ６ ． ４ ５ ０ Ａ ｌ ５ ． ４ － Ｚ ｎ － ２ ８ ｉ ｍ ｐ ｕ ｒ ｉ ｔ ｙ ２ ． ７ －
图３ 施放烟幕后黑体热像图 Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｉ ｍ ａ ｇ ｅｏ ｆ ｂ ｌ ａ ｃ ｋｂ ｏ ｄ ｙｗ ｉ ｔ ｈａｔ ｈ ｉ ｃ ｋｓ ｍ ｏ ｋ ｅ
第 ３期 王玄玉等：Ｈ Ｃ基新型抗红外发烟剂研究
１ ７ ５
实验结果表明， Ｈ Ｃ ０ ６号和 Ｈ Ｃ １ ０号发烟剂形成的 烟幕在 ３～ ５μ ｍ 、 ８～ １ ４μ ｍ 波段对红外具有较好的消 光作用， 图４ 、 图 ５分 别 是 Ｈ Ｃ ０ ６号 发 烟 剂 和 Ｈ Ｃ １ ０号
［ ５ ］
。烟幕柜总
烟剂形成的烟幕进行测试评价。 ２ ． ３ 试验结果 利用热成像仪对烟幕遮蔽景象进行全程监控的结 果表明， 当 烟 幕 浓 度 较 低 时， 红外目标的热像十分清 楚， 随着发烟过程的 完 成 和 光 路 上 烟 幕 浓 度 的 不 断 增 加， 热像与背景逐渐融合， 从而表明所研究的配方具有 抗红外作用。图 ２ 、 图 ３是 在 施 放 烟 幕 ( Ｈ Ｃ ０ ６号 发 烟 剂) 前和施放烟幕后 １ｍ ｉ ｎ时对黑体( ４ ０℃ ) 拍摄的红 外热像图片。
－ Ｍｃ Ｃ Ｌ Ｉ＝Ｉ ／ Ｉ ０ ＝ｅ
由表 １可见， 传统 Ｈ Ｃ发烟剂 的 主 要 成 分 为 Ｚ ｎ Ｏ 、 Ｃ Ｃ ｌ 、 Ａ ｌ 或者 Ｚ ｎ粉， 其发烟过程为： ２ ６ ２ Ａ ｌ ＋Ｃ Ｃ ｌ Ｚ ｎ Ｏ→ ３ Ｚ ｎ Ｃ ｌ ｌ Ｏ Ｃ＋Δ ２ ６ ＋３ ２ ＋Ａ ２ ３ ＋２
收稿日期： ２ ０ ０ ４ １ １ ２ ２ ； 修回日期： ２ ０ ０ ５ １ ２ ４ 作者简介： 王玄 玉 （ １ ９ ６ ５ ） ， 男， 教 授， 博 士 研 究 生， 主要从事军事化学和 烟火技术研究。 ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｗ ｘ ｙ ｃ ｒ ｓ ＠ｙ ａ ｈ ｏ ｏ ． ｃ ｏ ｍ ． ｃ ｎ
， 但 对 中 远 红 外 的 遮 蔽、 干扰作
， 尤其是 在 远 红 外 波 段 平 均 质 量 消 光 系
２ － １ ·ｇ 。为此， 世界各国的科学家和烟幕 数小于 ０ ． １ｍ
研究人员曾不断对其 进 行 改 进， 设计出了各种型号的 Ｈ Ｃ发烟剂， 但它们都是以氧化锌和卤素给予体作为 主要成分。表 １为两种有代表性的 Ｈ Ｃ发烟剂配方。
发烟剂 形 成 的 烟 幕 在 １ｍ ｉ ｎ时 的 红 外 透 过 光 谱， 表２ 是相应烟幕的红外消光系数的测试结果与对比情况。
图４ Ｈ Ｃ ０ ６号烟幕红外光谱图 Ｆ ｉ ｇ ． ４ Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍｏ ｆ Ｈ Ｃ ０ ６
图５ Ｈ Ｃ １ ０号烟幕红外光谱图 Ｆ ｉ ｇ ． ５ Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｕ ｍｏ ｆ Ｈ Ｃ １ ０
（ １ ）
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含 能 材 料
第１ ３卷
式中， Ｔ为红外穿透烟 幕 后 的 透 过 率；Ｍｃ为 烟 幕 对 红 外的 质 量 消 光 系 数， ｍ · ｇ ； Ｃ 为 烟 幕 的 浓 度， ｇ · ｍ ；Ｌ为红外穿透烟幕介质的长度， ｍ 。 对于在烟幕 试 验 柜 中 进 行 的 测 试， 通常情况下 Ｌ 是已知的， 经过搅拌后 烟 幕 的 浓 度 Ｃ可 以 认 为 是 均 匀 分布的， 于是： Ｍｃ ＝ １ １ Ｉ １ ｌ ｎ ０ ＝ ｌ ｎ Ｃ Ｌ Ｉ Ｃ Ｌ Ｔ
第１ ３卷 第 ３期 ２ ０ ０ ５年 ６月
文章编号： １ ０ ０ ６ ９ ９ ４ １ （ ２ ０ ０ ５ ） ０ ３ ０ １ ７ ３ ０ ３
Ｅ Ｎ Ｅ Ｒ Ｇ Ｅ Ｔ Ｉ ＣＭＡ Ｔ Ｅ Ｒ Ｉ Ａ Ｌ Ｓ
含 能 材 料
Ｖ ｏ ｌ ． １ ３ ，Ｎ ｏ ． ３ Ｊ ｕ ｎ ｅ ，２ ０ ０ ５
－３ ２ － １
２ ． ２ 测试方法 ( １ )在烟幕柜的一端窗口外安装黑体辐射炉和红 外光源， 将黑体辐射炉温度升至 ４ ０℃ 。对应的另一端 安装热像仪和红外光谱仪。 ( ２ )按比例 配 制 １ ０ｇ发 烟 剂 置 于 中 型 烟 幕 试 验 柜中， 接好点火用导线。 ( ３ )用事先选择的干净透明膜密封烟幕柜窗口。 ( ４ )记录烟幕柜内温、 湿度。 ( ５ )采集本底红外透过光谱和目标的热像图。 ( ６ )启动点火装 置 进 行 发 烟， 等发烟剂完全燃烧 后连续低速搅拌 １ｍ ｉ ｎ ， 之后由试验人员同步采集烟幕 浓度和红外透过光谱。必要时采集烟幕遮蔽红外目标 的热像图。 ( ７ )试验完成后排空烟幕试验柜。 重复( ２ )～( ７ ) 步， 对所研究的系列 Ｈ Ｃ抗 红 外 发
－ １ Ｆ Ｃ Ｉ Ｖ型粉尘采样器， 最大双道流量 ３ ５Ｌ ·ｍ ｉ ｎ
图２ 施放烟幕前黑体热像图 Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｉ ｍ ａ ｇ ｅｏ ｆ ｂ ｌ ａ ｃ ｋｂ ｏ ｄ ｙｗ ｉ ｔ ｈ ｏ ｕ ｔ ｓ ｍ ｏ ｋ ｅｓ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ
可调。采用超细纤维膜采样。 ２ ． １ ． ５ 天 平 Ａ Ｅ ２ ０ ０万分之一天平。
表２ ＨＣ 烟幕的红外消光系数测试结果 Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ２ Ｔ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓｏ ｆ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄｅ ｘ ｔ ｉ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎｃ ｏ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ＨＣ ｓ ｍｏ ｋ ｅ
ｓ ｍ ｏ ｋ ｅａ ｇ ｅ ｎ ｔ Ｈ Ｃ Ｈ Ｃ ０ ６ Ｈ Ｃ １ ０ Ｃ／ ｇ · ｍ－３ ０ ． ７ １ ７ ０ ． ９ ４ ０ ０ ． ７ ４ ６ ３～ ５μ ｍ Ｍｃ ／ ｍ ·ｇ ０ ． ２ １ ０ ０ ０ ． １ ７ １ ５ ０ ． ２ ９ ７ ９
添加适量的红磷； （ ４ ）添加蒽等富 碳 有 机 化 合 物， 通过该类物质的 不完全燃烧生成大量的直径为几个微米到数十个微米
４ ］ 的碳微粒加强对红外的消光作用 ［ ；
（ ５ ）添加氯酸钾等成分改善发烟剂性能。 实验时按一定规律改变发烟剂的成分和配比并进 行野外点火与发烟试 验， 然后根据各种配方的野外点 火特性、 成烟效果、 燃烧速度等直观现象确定若干个有 效配方， 并据此配制抗红外发烟剂试样， 样品编号依次 为Ｈ Ｃ ０ １号、 Ｈ Ｃ ０ ２号、 Ｈ Ｃ ０ ３号直至 Ｈ Ｃ １ ５号发烟剂。 红外辐射在烟幕 中 传 输 会 发 生 反 射、 散射及吸收 效应， 在一定浓度 条 件 下 红 外 透 过 烟 幕 后 的 强 度 Ｉ 与 入射强度 Ｉ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ ｔ Ｂ ｅ ｅ ｒ 定律： ０ 之比服从 Ｌ
２ － １
８～ １ ４μ ｍ ｒ ａ ｔ ｅｏ ｆ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ － － １ ８ ． ３ ３ ％ ４ １ ． ８ ６ ％ Ｍｃ ／ ｍ ·ｇ ０ ． ０ ７ １ ５ ０ ． １ ２ ７ ６ ０ ． １ ０ ３ ８
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Ｃ ｌ Ｚ ｎ Ｏ→ ６ Ｚ ｎ Ｃ ｌ Ｃ Ｏ ２ Ｃ ２ ６ ＋６ ２ ＋３ ２ ＋Ｃ＋Δ 从上述 反 应 机 理 可 以 看 出， Ｈ Ｃ发 烟 剂 主 要 通 过 生成氯化锌并利用其 吸 湿 性 形 成 浓 密 烟 幕， 而产物中 细微的碳粒子是该类烟幕具有一定抗红外性能的主要 因素之一。 本文针对传统 Ｈ Ｃ烟幕在配方上的局限性 对 其 主 要成分进行更换并通过以下途径进行交叉试验： （ １ ）用镁粉代替锌粉或铝粉； （ ２ ）用氧Fra Baidu bibliotek锰代替氧化锌； （ ３ ）根据红磷烟幕在 ８～ １ １μ ｍ波段内对红外有
３ 体积 ５ ． ５ ８ｍ ， 最大光程 ２ ． ４ ２ｍ 。图 １为 该 烟 幕 柜 外
３ 图１ ５ ． ５ ８ｍ 烟幕试验柜示意图 ３ Ｆ ｉ ｇ ． １ Ｓ ｋ ｅ ｔ ｃ ｈｍ ａ ｐｏ ｆ ５ ． ５ ８ｍ ｓ ｍ ｏ ｋ ｅｃ ｈ ａ ｍ ｂ ｅ ｒ
２ ． １ ． ２ 热像仪 Ｓ Ａ Ｔ Ｈ Ｙ ６ ８ ０ ０型非 制 冷 焦 平 面 红 外 热 像 仪， 工作 波段 ８～ １ ４μ ｍ ， 温度分辨率 ０ ． ０ ８℃ ( 在３ ０℃ 时) ， 测 温范围 － １ ０～ １ ０ ０ ０℃ 。 采用 ＭＸ Ｙ ２ ０ ０ ５型面黑体， 有效辐射面为 Ф ５ ０ｍ ｍ 。 ２ ． １ ． ３ 红外光谱仪 ＷＱ Ｆ ４ ０ ０型傅立叶变 换 红 外 光 谱 仪。 波 数 范 围： ７ ８ ０ ０～４ ０ ０ｃ ｍ－１， 分 辨 率： ０ ． ６ ５ｃ ｍ－１， 波 数 精 度： ± ０ ． ０ １ｃ ｍ－１。 液氮制冷 ＭＣ Ｔ探 测 器， 高强度空气冷却红外光 源。 ２ ． １ ． ４ 浓度采样器
Ｈ Ｃ基新型抗红外发烟剂研究
， ２ 王玄玉 １ ，潘功配 １
（ １ ．南京理工大学化工学院，江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ４ ； ２ ．防化指挥工程学院烟火技术实验室，北京 １ ０ ２ ２ ０ ５ ） 摘要：分析了传统 Ｈ Ｃ烟幕对可见光和红外的遮蔽特性， 针对 Ｈ Ｃ发烟剂配方的局限性和发烟原理， 通过用镁粉 代替锌粉， 用氧化锰代替氧化锌， 添加红磷和富碳有机 化 合 物 等 途 径 并 结 合 大 量 实 验 确 定 了 系 列 抗 红 外 发 烟 剂 配 方。在中型烟幕试验柜中对该系列配方的发烟剂形成的烟幕的抗红外性能进行 了 测 试 评 价， 给出了具体的评价试 验方法和 典 型 烟 幕 对 红 外 目 标 进 行 遮 蔽 的 热 成 像 图。在 此 基 础 上 优 选 了 两 种 Ｈ Ｃ基 的 新 型 抗 红 外 发 烟 剂， 给出了 相应的红外消光系数测定数据与傅立叶变换红外光谱。与传统的 Ｈ Ｃ烟幕相比， 新研究的 Ｈ Ｃ １ ０号和 Ｈ Ｃ ０ ６号抗红 外发烟剂形成的烟幕在 ３～ ５μ ｍ 和 ８～ １ ４μ ｍ 波段的红外消光系数 分 别 增 大 了 ４ １ ． ８ ６ ％和 ７ ８ ． ４ ６ ％， 使传统 Ｈ Ｃ烟 幕的抗红外性能得到显著提高， 尤其是在远红外波段效果更为明显。 关键词：烟火技术；烟幕；Ｈ Ｃ ；发烟剂；气溶胶；消光系数；红外光谱
＋ 中图分类号：Ｔ Ｊ ５ ３ ６
文献标识码： Ａ
１ 引 言
Ｈ Ｃ （ ｈ ａ ｌ ｏ ｇ ｅ ｎ ａ ｔ ｅ ｄｏ ｒ ｇ ａ ｎ ｉ ｃｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｕ ｎ ｄ ） 是目前很多国 家装 备 的 主 要 发 烟 剂 种 类 之 一， 如美国 Ａ Ｂ Ｃ Ｍ ５发 烟 罐、 Ｍ ２ ２ ６发 烟 榴 弹， 俄罗斯 Ｃ Ｘ １ ５发 烟 弹、 英国 Ｈ Ｃ Ｆ 发烟榴弹、 德国弗斯 特 ７ ６ｍ ｍ发烟 榴 弹 等 均 将 Ｈ Ｃ作 为主要成分。大量实 验 表 明， 该发烟剂形成的烟幕能 够对可见光产生显著 的 遮 蔽 作 用， 总遮蔽能力可以达 ｇ 到４ ２ ９ ． ７ｍ · ｋ 用非常有限
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因此， 只要测定红外穿透烟幕后的透过率 Ｔ ， 就可 以根据( ２ ) 式计算出烟幕 对 红 外 的 质 量 消 光 系 数 并 据 此对新型抗红外发烟剂配方进行选择和评价。
２ 试验部分
２ ． １ 测试设备 ２ ． １ ． １ 烟幕试验柜 采用自行设 计 的 中 型 烟 幕 试 验 柜 观结构示意图。
表１ ＨＣ 发烟剂配方 Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ１ Ｐ ｒ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓｏ ｆ ＨＣ ｓ ｍｏ ｋ ｅａ ｇ ｅ ｎ ｔ
ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｄ ｉ ｅ ｎ ｔ Ｚ ｎ Ｏ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ／ ％ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ／ ％ ４ ５ ． ５ ２ ２ Ｃ ｌ Ｃ ２ ６ ４ ６ ． ４ ５ ０ Ａ ｌ ５ ． ４ － Ｚ ｎ － ２ ８ ｉ ｍ ｐ ｕ ｒ ｉ ｔ ｙ ２ ． ７ －
图３ 施放烟幕后黑体热像图 Ｆ ｉ ｇ ． ３ Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｉ ｍ ａ ｇ ｅｏ ｆ ｂ ｌ ａ ｃ ｋｂ ｏ ｄ ｙｗ ｉ ｔ ｈａｔ ｈ ｉ ｃ ｋｓ ｍ ｏ ｋ ｅ
第 ３期 王玄玉等：Ｈ Ｃ基新型抗红外发烟剂研究
１ ７ ５
实验结果表明， Ｈ Ｃ ０ ６号和 Ｈ Ｃ １ ０号发烟剂形成的 烟幕在 ３～ ５μ ｍ 、 ８～ １ ４μ ｍ 波段对红外具有较好的消 光作用， 图４ 、 图 ５分 别 是 Ｈ Ｃ ０ ６号 发 烟 剂 和 Ｈ Ｃ １ ０号
［ ５ ］
。烟幕柜总
烟剂形成的烟幕进行测试评价。 ２ ． ３ 试验结果 利用热成像仪对烟幕遮蔽景象进行全程监控的结 果表明， 当 烟 幕 浓 度 较 低 时， 红外目标的热像十分清 楚， 随着发烟过程的 完 成 和 光 路 上 烟 幕 浓 度 的 不 断 增 加， 热像与背景逐渐融合， 从而表明所研究的配方具有 抗红外作用。图 ２ 、 图 ３是 在 施 放 烟 幕 ( Ｈ Ｃ ０ ６号 发 烟 剂) 前和施放烟幕后 １ｍ ｉ ｎ时对黑体( ４ ０℃ ) 拍摄的红 外热像图片。
－ Ｍｃ Ｃ Ｌ Ｉ＝Ｉ ／ Ｉ ０ ＝ｅ
由表 １可见， 传统 Ｈ Ｃ发烟剂 的 主 要 成 分 为 Ｚ ｎ Ｏ 、 Ｃ Ｃ ｌ 、 Ａ ｌ 或者 Ｚ ｎ粉， 其发烟过程为： ２ ６ ２ Ａ ｌ ＋Ｃ Ｃ ｌ Ｚ ｎ Ｏ→ ３ Ｚ ｎ Ｃ ｌ ｌ Ｏ Ｃ＋Δ ２ ６ ＋３ ２ ＋Ａ ２ ３ ＋２
收稿日期： ２ ０ ０ ４ １ １ ２ ２ ； 修回日期： ２ ０ ０ ５ １ ２ ４ 作者简介： 王玄 玉 （ １ ９ ６ ５ ） ， 男， 教 授， 博 士 研 究 生， 主要从事军事化学和 烟火技术研究。 ｅ ｍ ａ ｉ ｌ ：ｗ ｘ ｙ ｃ ｒ ｓ ＠ｙ ａ ｈ ｏ ｏ ． ｃ ｏ ｍ ． ｃ ｎ