降低镁/聚四氟乙烯类药剂紫外辐射的试验研究

宋东明，关 华，郜 永，刘 杰，刘 辉



降低镁/聚四氟乙烯类药剂紫外辐射的试验研究

宋东明，关 华，郜 永，刘 杰，刘 辉

（南京理工大学化工学院，江苏南京，210094）

为降低传统镁/聚四氟乙烯红外诱饵的紫外辐照度，采用改变镁粉含量、添加碳酸氢钠降温剂以及使用六亚甲基四胺代替部分镁粉等方法，以降低药剂燃烧温度。结果表明，在不引入新组分的前提下，降低镁粉含量可以有效抑制紫外辐射的产生；引入新组分时，紫外辐射的产生并非仅仅与燃烧温度有关，新组分本身在火焰中的行为对其影响更大。

红外诱饵；燃烧温度；紫外辐射；镁粉

飞机尾流的主要成分是CO2与H2O，其辐射能量主要分布在红外波段，而紫外波段基本无能量输出。传统红外诱饵主要由镁粉和聚四氟乙烯组成，其燃烧产物主要是CO2和高温固态粒子[1-2]，紫外辐射远高于飞机[3]。当飞机和诱饵同时出现在紫外探测器视场中时，目标呈现暗斑，产生负脉冲，而诱饵则显示亮点，产生正脉冲，对正负脉冲的分辨使得诱饵被轻易识别而失去干扰作用[4-5]。目前对此类低紫外辐射诱饵的研究多集中在理论探讨和战术使用上，而对于药剂的研究则鲜有涉及[6-7]。

根据维恩位移定律，在一定温度下，绝对黑体的温度与辐射本领最大值对应波长的乘积为一常数。因此，随着燃烧温度的降低，药剂紫外波段能量输出亦将随之减弱。本文以传统镁/聚四氟乙烯（Mg/PTFE）红外诱饵为基础，采用直接改变镁粉含量、以六亚甲基四胺代替部分镁粉以及加入碳酸氢钠等3种方法，探索了降低药剂紫外能量输出的途径，以期为低紫外辐照度诱饵的研究提供借鉴。

1 实验

1.1 仪器与材料

仪器：SC7000型红外热像仪（美国FLIR公司）；紫外光源辐照标准测试系统（北京师范大学光电仪器厂）；四柱式压机（合肥海德数控液压设备有限公司）。材料：聚四氟乙烯（PTFE），镁粉，六亚甲基四胺，碳酸氢钠，均为市售。

1.2 样品制备

经称量、混药后，压制成药柱。药柱直径均为Φ18mm，高27mm，装药量10g，由点火药、过渡药和基本药组成。

1.3 样品测试

测试系统示意图见图1。

图1 燃烧温度及紫外辐射照度测试示意图

使用红外热像仪记录药柱燃烧时火焰的热图像，给出燃烧温度随时间的变化曲线（——曲线）。使用紫外光源辐照标准测试系统给出在药柱燃烧时间内4个波长通道的紫外辐照度曲线。各通道波长范围见表1。

表1 各通道对应波长范围及峰值波长

Tab.1 Range and peak wavelength of four channels

2 典型红外诱饵燃烧温度及其紫外辐照度

以典型Mg/PTFE红外诱饵为例。图2为典型红外诱饵燃烧热图及——曲线，由图2可知药柱稳定燃烧时，温度为1 720℃。

图3为典型红外诱饵在各通道的紫外辐照度随时间的变化曲线。由图3可知，典型红外诱饵启动瞬间会产生强烈紫外信号，进入平稳燃烧阶段时，254通道和297通道的紫外辐照度均较小，可以忽略不计。365通道和420通道的紫外辐照度却非常强，而这两个通道正处于双色导引头所使用的波长范围。

图2 典型红外诱饵燃烧热图及T——t曲线

图3 典型红外诱饵各通道紫外辐照度曲线

3 改变镁粉含量对药剂紫外辐射的影响

镁在配方中的含量不仅与火焰温度密切相关，而且直接决定着火焰中辐射源的浓度。设计了如表2所示的4种配方，其燃烧温度亦见表2。

表2 不同Mg含量时药剂燃烧温度

Tab.2 Combustion temperature of pyrotechnics with different content of magnesium

由表2可知，当镁粉含量从30%增加到50%时，药柱燃烧温度随镁含量的增加而迅速增加；当镁含量进一步增加到60%时，燃烧温度仍在增加，但幅度已大大缩小。图4为不同Mg含量时药剂燃烧时，各波段紫外辐照度随时间的变化曲线。

由图4可知，除点火瞬间点火药产生的辐射外，4种药剂在254通道、297通道以及365通道的紫外辐照度均较小，但420通道测得的紫外辐照度却非常强，且随着镁含量增加，各药剂的紫外辐照度也有明显的增强。因此，降低药剂中镁的含量可以同时降低紫外辐照度和燃烧温度。

图4 不同Mg含量药剂各通道紫外辐照度曲线

4 NaHCO3的加入对药剂紫外辐射的影响

NaHCO3是烟火药中常见降温剂。以表2中3#为基础配方，在其配方中分别外加3%、5%、10%、15%的NaHCO3，其燃烧温度见表3。

表3 不同NaHCO3含量时药剂燃烧温度

Tab.3 Combustion temperature of pyrotechnics with different content of sodium bicarbonate

由表3可知，当NaHCO3外加量较低时，药柱燃烧温度下降很少，当其外加量增加到10%以上时，燃烧温度才会有明显下降，外加量达到15%时，燃烧温度的下降幅度与镁含量减少10%相当。图5为不同NaHCO3含量的药剂燃烧时，各波段紫外辐照度随时间的变化曲线。

图5 不同NaHCO3含量时药剂各通道紫外辐照度曲线

由图5可知，254通道各配方紫外辐照度均与背景值相当；297通道和365通道紫外辐照度从大到小依次为9#＞12#＞11#＞10#＞3#，NaHCO3的加入使得药剂紫外辐射呈现先减弱后增强的趋势，但辐照度均高于基础配方； 420通道紫外辐照度从大到小依次为3#＞9#＞12#≈10#≈11#，基础配方的紫外辐射远高于加入NaHCO3的药剂。由此可见，NaHCO3的引入使得火焰成分不再是原有体系中相对简单的几种燃烧产物，不仅钠原子在火焰中会发射出不同波长的线光谱，NaHCO3分解过程中可能存在的各种基团也使得光辐射的产生更为复杂。因此，NaHCO3的加入虽然降低了药剂燃烧温度，但是药剂紫外辐射的降低并不仅仅是降低体系燃烧温度就可以做到的。

5 六亚甲基四胺的加入对药剂紫外辐射的影响

NaHCO3属于碱金属无机盐，它的引入使得光辐射的产生更为复杂，本文尝试在基本配方中引入六亚甲基四胺，以有机可燃剂代替部分镁粉。以表2中3#为基础配方，在其配方中分别外加8%、10%、15%和20%的六亚甲基四胺，其燃烧温度见表4。

表4 不同六亚甲基四胺含量时药剂燃烧温度

Tab.4 Combustion temperature of pyrotechnics with different content of hexamethylene tetramine

由表4可知，除8#配方无法点燃外，随着六亚甲基四胺含量的增加，药剂燃烧温度逐渐降低。图6为不同六亚甲基四胺含量的药剂燃烧时，各波段紫外辐照度随时间的变化曲线。254通道紫外辐照度从大到小依次为6#＞7#＞5#≈3#；在297通道和365通道，紫外辐照度从大到小依次为5#＞6#＞7#＞3#；在420通道，含六亚甲基四胺的药剂均大大低于基本配方。由于六亚甲基四胺在分解过程中会生成CO和游离的OH-，而CO在230nm处、OH-在300nm处均有较强的紫外辐射谱带，导致前3个通道的紫外辐照度均大于基本配方，但其绝对值依然与背景值处于同一数量级。因此，以六亚甲基四胺代替部分镁粉，可以有效抑制Mg/ PTFE体系紫外辐射的产生。

图6 不同六亚甲基四胺含量时药剂各通道紫外辐照度曲线

6 结论

（1）在不加入新组分的前提下，降低镁/聚四氟乙烯体系中镁粉含量，不但可以降低燃烧温度，而且可以有效降低整个紫外波段的辐照度；

（2）在镁/聚四氟乙烯体系中加入NaHCO3作为降温剂，燃烧温度随着NaHCO3含量的增加而降低，但各通道紫外辐照度却变化不一，说明紫外辐射不仅仅与燃烧温度有关，新组分的引入可能使光辐射的产生更为复杂；

（3）在镁/聚四氟乙烯体系中，使用六亚甲基四胺代替部分镁粉作为可燃剂，能够有效降低燃烧温度，同时抑制了Mg/ PTFE体系紫外辐射的产生。

[1] 潘功配,杨硕.烟火学[M].北京:北京理工大学出版社,1997.

[2] 王伟健,黄雄哲,黄建新,章静.紫外/红外准成像双色导引头技术研究[J].上海航天,2003(1):1-5.

[3] 朱学峰,周鼎新,关润畴.双色技术是抗光电干扰的重要途径[J].红外与激光技术,1989(2):7-12.

[4] 汪涛,樊详.双色导引头的光电对抗与双色干扰诱饵[J].红外与激光工程,1999,28(2):28-32.

[5] 沈均平,刘建永,胡江华,王健.武装直升机一体化复合对抗红外-紫外双色指导研究[J].红外技术,2005,27(6):505-509.

[6] 朱晨光,潘功配,关华,周遵宁.烟光箔片的红外-紫外辐射特性研究[J].火工品,2004(6):34-38.

[7] 朱晨光,卢君,毛鸣.烟火技术对抗双色制导导弹的方法研究[J].光电技术应用,2004,19(6):13-16.

Research on Reducing Ultraviolet Radiation of Magnesium/Teflon Infrared Decoy

SONG Dong-ming, GUAN Hua, GAO Yong, LIU Jie, LIU Hui

(College of Chemistry Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Nanjing，210094)

To reduce the ultraviolet radiation of conventional infrared decoy magnesium/Teflon pyrotechnics, several methods such as changing the content of magnesium directly, adding sodium bicarbonate as cooling agent and mixing hexamethylenetetramine to replace part of magnesium were proposed, which aimed to lower the combustion temperature of the powders. The results showed that, without additional components, ultraviolet radiation could be suppressed effectively by decreasing magnesium content. While adding new material to the formula, the production of ultraviolet radiation depended more on its own behavior in fire.

Infrared decoy；Combustion temperature；Ultraviolet radiation；Magnesium

1003-1480（2016）05-0042-04

TQ567.5

A

2016-05-27

宋东明（1971- ），男，讲师，主要从事军事化学与烟火技术方面的研究。

预研基金资助项目（9140A05070314BQ02076）