（一）配方设计

1.组分选择

由表8.2可知，常见发光信号剂为零氧平衡或稍微负氧平衡，但选用HTPB推进剂为基体后，必须考虑整体的氧平衡问题。HTPB推进剂在设计之初，无须氧气便可发生燃烧，在空气中燃烧速度增大，其反应产物主要为气体和固体，燃烧的反应方程式如下：

由于HTPB推进剂为严重的负氧平衡，改制过程中选用的黏合剂通常也为负氧平衡，因此要保证改制发光信号剂配方整体的零氧平衡，必须添加正氧平衡的焰色剂，通常选择含氧量较高的硝酸盐类。本章以改制红色发光信号剂为例，选择硝酸锶为焰色剂，虫胶为黏合剂。因为AP中含有相当的氯离子，因此就氯离子的引入不必加入六氯苯等添加剂，发光效果由焰色剂单独实现。同时，焰色剂作为氧化剂改善整体的氧平衡，用于提高燃烧热。

2.计算过程

根据零氧平衡及最大放热规则，分别计算HTPB、Sr（NO3）2、C16 H 24 O5的氧平衡系数OB1、OB2和OB3：

OB1=-36.82%

OB2=49.38%

OB3=-210.81%

得到它们为主体成分的发光信号剂的理论配方，如表8.3所示。

表8.3　改制发光信号剂的配方设计

（二）工艺流程

1.粉碎工艺研究

HTPB推进剂由于其结构致密，必须进行粉碎，方能作为原材料完成后续改制工作。HTPB推进剂对撞击和摩擦都较为敏感，其中的Al和AP晶体在扭曲或剪切力的作用下，易于产生热点，因此进行粉碎、混合以及其他操作会面临燃烧和爆炸等安全问题。对一般物质而言，有多种方法和设备进行微米级别的粉碎，HTPB推进剂粉碎的关键在于既要给予足够的粉碎能量，又要避免燃烧和爆炸。

撞击或摩擦等机械感度试验可以与燃烧、爆炸的危险性很好地联系起来。根据《QJ 3039—1998丁羟推进剂落锤撞击感度试验方法》和《QJ 2913—1997复合固体推进剂摩擦感度测定方法》，分别测定HTPB推进剂各个粒度下的撞击感度与摩擦感度。总结之前的试验经验，选用二级粉碎方式，即首先采用CNC远程切割机床将其切割为3 mm的正方体，再通过控制转速的方式利用旋风粉碎机将其粉碎至1 mm左右的颗粒，如图8.1所示。在此粒度下，基本可以满足后续改制的需要。

图8.1　HTPB推进剂的二级粉碎效果(www.daowen.com)

2.其他工艺研究

（1）筛选。用80目的金属筛或丝绢筛，筛取所需粒度的推进剂和焰色剂。

（2）烘干。药剂中过量的水分存在将影响药剂的长贮安定性及其性能，凡超过规定含水量的材料都需烘干。烘干设备通常采用水浴或蒸汽烘箱。烘干温度以50℃～80℃为宜，烘干时间视其含水量而定。

（3）混合。将药剂各组分混匀，以获得预期最佳的烟火效应。通常采用搅拌式混药机，该机搅拌桨和内壁均用有色金属材料制成，避免由于摩擦、碰撞发生火花而造成燃烧或爆炸事故。混合程序通常先将粉碎后的HTPB推进剂与虫胶混合，后加入硝酸锶，直到混合均匀为止。

（4）造粒。烟火药中各成分的比重不同，易造成药剂分层，影响性能，因此药剂须进行造粒以改善流散性。造粒是将药剂加入丙酮混合成湿润的面团状后，通过一定的网目筛获得粒度均匀的颗粒，经烘干即成。

（5）压药。一般都加压装填到金属、塑料或纸管中。小型烟火制品可直接压制成药柱或药饼，经压制后的药剂具有较高的机械强度与稳定的燃烧速度并具有良好的烟火效应。整体工艺流程如图8.2所示。

图8.2　改制流程

（三）相容性测试

1.试验标准

为了增加制备的安全系数和储存的可靠性，焰色剂的选择应符合相容性原则，因此必须对二者的相容性进行测试。采用美国Honeywell公司F.D.Swanson所提出的标准，以差示扫描量热仪DSC测定HTPB推进剂分解放热峰温度漂移值ΔT作为判断相容性的依据，如表8.4所示。

表8.4　相容性判断标准

2.试验结果

对测试量约为3 mg的HTPB推进剂试样进行差示扫描量热实验。测试条件为①样品氮气保护；②升温速率为10℃·min-1。试验结果如图8.3所示。

图8.3　DSC测试结果

从图8.3可以看出，HTPB推进剂最后的放热峰，与文献记载的热分解温度（382℃）基本吻合。HTPB推进剂与硝酸锶混合体系的放热峰较前者的放热峰向前漂移了2℃，即ΔT=2℃。依据相关标准可知，该体系的相容性良好，性能稳定。