研究发现,黑火药的燃烧性能受到碳含量、挥发分、孔隙率和比表面积等因素的影响,这些因素在很大程度上又受木材的树种、产地、生长年限以及炭化时的窑位等客观条件的制约,只有经过精挑细选后,才能获得高质量黑火药。虽然人们始终在尽力优化木炭原料,但由于对木炭了解不够彻底,难以形成统一标准,因此现行的材料标准中仅规定了木材的种类和碳含量,未对挥发分含量和其他因素予以限制,导致黑火药输出压力不稳定、能量不高,因此提高黑火药输出性能一致性的有效途径是木炭替代物筛选。
20世纪80年代开始,国外学者致力于寻求适宜的有机物来取代黑火药中的木炭。经过理论研究和试验摸索,研究人员认为黑火药中木炭替代物的选择应遵从以下四条原则:木炭替代物是一种多环结构的有机物；木炭替代物应具有较高的碳氢比率；含有活泼的羟基(或羧基),且易转化成金属盐；考虑材料的相容性,木炭替代物优先选用水溶性碱金属盐。据此可以推断天然木炭的替代物是染料或酚酞的碱金属盐。在众多工业有机还原剂中,研究较多、技术相对成熟的当属多酚及酚酞类有机物。用酚酞和酚酞钾盐取代木炭所制成的新型火药与传统黑火药相比,燃烧P-t曲线的斜率变化趋势相似,燃速也颇为相近,在进一步的应用试验考核中证实,酚酞火药能够替代传统黑火药。美国酚酞火药的组成为:硝酸钾75%,硫黄10%,氢氧化钾和酚酞15%,酚酞火药的燃烧性能可通过氢氧化钾和酚酞的物质的量之比(即酚酞盐的百分率)调节:当二者物质的量之比为0.87∶1时,能量输出效果较为理想。另外,降低酚酞火药中硫黄的含量,不仅可以减少腐蚀污染,而且能有效提高燃速。从国外武器弹药的装备情况看,酚酞火药在手持式信号炬等低压发射平台上成功取代了传统黑火药。(www.xing528.com)
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