专利名称：一种飞行表演用白烟拉烟剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及石油化工领域，涉及一种飞行表演用的白烟拉烟剂。
背景技术：
飞机尾部出现白烟主要有两种情况，一种情况是被动拉烟，飞机的发动机喷口喷出的高温气体主要成分是二氧化碳和水蒸气，水蒸气在空气中遇冷迅速凝结成小水珠或者冰晶漂浮在空中，形成白色的漂浮物，因为飞机的飞行速度远远大于这些漂浮物的消散的速度，所以形成一条白带，这称为飞机的“尾迹云”，俗称“飞机拉烟”。“尾迹云”必须在飞行环境温度足够低才可以形成，滞空时间短，极不稳定。另一种情况是主动拉烟，方法是将拉烟剂喷向发动机的尾喷口，形成白烟。用冷气源将吊舱内的拉烟剂吹出，拉烟剂在尾喷管喷出的尾气的高温作用下雾化、凝结，形成气溶胶，就形成了在地面上观察到的白烟。在飞行表演中，拉烟表演已经成为最重要的表演项目之一，烟带能记录飞机在空中的飞行姿态、轨迹和相互间的位置关系，能增强飞行表演的观赏性和艺术性，几乎所有的特技飞行表演队都会在表演过程中进行拉烟表演。通过调研，我们了解到国内研究机构一直没有开展白烟拉烟剂的研究。表演大队在成立之初，一直缺少白烟拉烟剂。表演大队查阅国外的拉烟剂资料，资料显示国外采用润滑油作为白烟拉烟剂，但规格型号不清楚，只能将各种润滑油进行拉烟实验，最终选择了拉烟效果较好的8号航空润滑油。因此多年来表演大队一直延用8号航空润滑油作为白烟拉烟剂。近年来，随着原油品质的下降，高比重、高酸值、高盐的“三高”原油占炼制原油中的比例不断增加，油料炼制的成本不断增加。且HP-8A号航空润滑油是以常压三线或减压一线润滑油馏分为原料，该馏分段是高品质柴油的关键馏分段，生产8号航空润滑油将严重影响柴油的收率，其经济效益大大降低，另一方面，由于8号航空润滑油是非专用拉烟剂，拉烟效果存在缺陷。目前的拉烟剂也有采用能发烟的化学物质的，如硫酸酐、四氯化钛等，但会对机身会造成腐蚀，不适于长期使用。因此，市场亟需一种新的白烟拉烟剂，以满足飞行表演的需要。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种飞行表演用白烟拉烟剂。为了解决本发明的目的，采用的技术方案为本发明涉及一种飞行表演用白烟拉烟剂，所述的白烟拉烟剂的组成包括基础组分、改性组分胶核、抗氧化剂、防锈剂和抗泡剂。所述的基础组分是馏程为200°C 350°C、密度为841. 4kg/m3、20°C运动粘度为 6. 3036mm2/s、闪点为135°C的矿物油； 改性组分是馏程为350 °C 500 °C、密度为0. 8657kg/m3、20 °C运动粘度为 51. 101mm2/s、闪点为285°C的矿物油。
本发明的第一优选技术方案为，所述的改性组分加入的重量比为基础组分重量的 2 40%，优选10 30%，更优选15 25%，最优选20%。本发明的第二优选技术方案为，所述的基础组分为馏程范围250°C 350°C的矿物油，优选馏程范围286°C 338°C的矿物油。本发明的第三优选技术方案为，所述的改性组分为馏程范围为360°C 420°C的矿物油，优选馏程范围为370°C 380°C的矿物油。本发明的第四优选技术方案为，所述的胶核选自水合金属氧化物的一种或几种的混合物，加入的重量比为基础组分重量的0. 1 10%，优选1 8%，更优选1 6%，最优选2%。本发明的第五优选技术方案为，所述的水合金属氧化物选自水合氧化铝、水合氧化钡、水合氧化钙、水合二氧化钛，优选水合氧化铁。本发明的第六优选技术方案为，所述的抗氧化剂选自酚型抗氧剂或胺型抗氧剂中的至少一种，所加入的重量比为基础组分重量的0. 5 5%，优选1 3% ；其中，胺型抗氧化剂选自双十二烷基二苯胺，酚型抗氧化剂选自2，6- 二叔丁基对甲酚。本发明的第七优选技术方案为，所述的防锈剂选自磺酸盐型防锈剂、羧酸类防锈剂、酯类防锈剂或有机磷酸类防锈剂中的至少一种，所加入的重量比为基础组分重量的 0. 5 5%，优选1 3% ；其中，磺酸盐型防锈剂选自二壬基萘磺酸锌，羧酸类防锈剂选自二壬基萘磺酸锌， 酯类防锈剂选自羊毛脂，有机磷酸类防锈剂选自双十三烷基磷酸十二烷氧基丙基异丙醇胺
Τττ . ο本发明的第八优选技术方案为，所述的抗泡剂选自含硅抗泡剂、非硅抗泡剂中的至少一种，加入量为每千克基础组分中添加10 50mg，优选为15mg/kg ；含硅抗泡剂选自甲基硅油，非硅抗泡剂选自T912丙烯酸酯与醚共聚物。下面对本发明的技术方案做进一步的解释和说明。本发明涉及一种飞行表演用白烟拉烟剂，其拉烟清晰度高，滞空时间适中，观赏效果好，并且具有很强的成本优势。飞行表演中形成的肉眼可见的白烟，是一种气溶胶，气溶胶由固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系，又称气体分散体系。其分散相为固体或液体小质点，其大小为IO-3Cm l(TCm，分散介质为气体。本发明的目的就是要在飞机的尾部形成稳定的气溶胶。拉烟剂在飞机尾喷口形成的白烟是典型的憎液溶胶，在真溶液中，分子或离子一般来说是比较简单的个体，而溶胶中胶团的结构较为复杂。从真溶液到溶胶是从均相到开始具有相界面的超微不均勻性，且由于分散相的颗粒小、表面积大、表面能高，所以胶粒具有不稳定性，具有趋势互相聚结起来变成较大的粒子而聚沉。因此，胶体中除了分散相和分散介质以外，还需要第三种物质即稳定剂存在。稳定剂可以起到保护离子的作用， 离子吸附在胶核表面上形成双电层的结构，由于带电和溶剂化作用，胶体才能够相对稳定的存在于分散相中。由于胶质比分散介质的分子大得多，而由难溶物构成的胶核又保持其原有的结构，所以尽管表面上看来是貌似均勻的气溶胶，而实际上粒子和介质之间存在着明显的物理分界面，是超微不均勻体系。气溶胶还具有聚结不稳定性，由于气溶胶高度分散又系多相，所以从热力学角度来看是不稳定体系。胶核离子有互相聚结而降低表面积的趋势，具有聚结不稳定性。因此，在拉烟剂的配方选择时必须综合考量气溶胶的上述三种特性才能得到合理的配方。飞机拉烟带的形成过程为由冷气罐(位于机身内)中的冷空气进入吊舱，将吊舱内的拉烟由压至喷嘴喷出。拉烟油在喷出过程中与尾喷管喷出的尾气相互作用，一部分拉烟油不完全燃烧，形成颗粒状碳，另一部分拉烟油蒸发形成气态。气态拉烟油和喷气燃料尾气中水蒸气以颗粒状碳和金属氧化物的为胶核液化，分散在空气中形成气溶胶，从该过程中可以看出，拉烟油形成的机理主要为拉烟剂气溶胶的形成。温度和氧气是白烟形成所不可缺少的条件，飞行表演所用机型的发动机尾喷口处的环境温度为827 1327°C之间。依据发动机尾喷口的温度分布和拉烟剂不同温度区内所发生的化学反应，一般把发动机尾喷口分为3个主要的反应区高温区、热解蒸馏区和低温区。表1 发动机尾喷口各区域的主要化学反应类型和产物
区域温度rc)主要化学反应类型产物高温区高于600氧化放热气相物CO、CO2. CH4, H2O2, H2O 自由基少量有机物热解蒸馏区600 100贫氧条件下的吸热反应、热解、聚合、缩合气、液、固二相井存的气溶胶许多复杂的烟气成分都在这里形成炭品体、金属氧化物低温区低于100粒相物和可凝聚蒸汽的冷凝形成气溶胶所以，拉烟剂能产生白烟的关键是拉烟剂在发动机尾烟的温度和环境下只进行部分燃烧，其它部分氧化、蒸发、冷凝形成胶核或形成可以包围在胶核周围的物质。所以对拉烟剂的燃点、碳氢比等有特殊的需要，这就要求拉烟剂所采用的基础油馏程分段适中，本发明通过反复的研究和实验，通过对烟雾离子运动模型的计算和分析以及实际的实验数据的统计，最终确定了采用馏程范围200°C 350°C的矿物油和馏程范围350°C 500°C的矿物油通过一定的比例配合，从而可达到部分燃烧的效果，产生足够量的离子以形成胶粒。气溶胶中的分散质为燃烧尾气和拉烟剂，分散质的浓度决定着白烟的深度，即决定着拉烟剂的清晰度；胶核为碳颗粒、金属氧化物和空气灰尘等，胶核决定气溶胶形成的难易程度和气溶胶分子的结构，即胶核决定拉烟剂是否成烟；因此本发明选用了水合金属氧化物作为胶核，水合金属氧化物在尾气的作用下，可形成金属氧化物和水蒸气，金属氧化物可作为气溶胶的胶核，通过胶核选择性的吸附不完全燃烧产物中的离子，形成紧密吸附层， 再通过正负电荷吸引，在紧密层外边有相反电荷离子的包围，从而形成胶粒，可以为地面上的肉眼看到。气溶胶中的稳定剂主要为电解质，稳定剂主要决定着气溶胶稳定存在的时间，即稳定剂决定着拉烟剂的滞空时间。本发明中防锈剂的燃烧产物可以起到稳定剂的作用，并且在高温下稳定性能良好。本发明所采用的矿物油是石油通过精炼的纯净油料，本发明通过反复的研究和实验，最终确定了采用馏程为200°C 350°C、密度为841.4kg/m3、20°C运动粘度为6. 3036mm2/ s、闪点135°C的矿物油和馏程为350°C 500°C、密度为0. 8657kg/m3、20°C运动粘度为 51. 101mm2/s、闪点为285°C的矿物油，并通过添加一定比例的胶核物质，从而得到了一种可用于飞行表演的白烟拉烟剂。同时，为了进一步提高本发明的白烟拉烟剂的性能，还添加了抗氧化剂、防锈剂、抗泡剂。
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本发明的有益效果为本发明涉及的拉烟剂替代原来使用的8号航空润滑油作白烟拉烟剂，保障表演大队飞行训练和飞行表演任务，具有重大的军事效益。本发明涉及的拉烟剂采用常用矿物油为基础组分，原料易得，调配工艺简单，成本低，仅8号航空润滑油的三分之一，由于每年的白烟拉烟剂的用量较大，使用本发明的白烟拉烟剂可以节约大量的油料采购经费，具有很大的经济效益。另外，本发明的白烟拉烟剂的拉烟清晰度高，滞空时间适中，观赏效果很好。
图1为试验例1中为检测拉烟剂的效果设计的模拟发动机的装置，其中，1为发动机尾喷口，2为发射光源，3为光线接收器，4、5为滑槽。本发明的具体实施方式
仅限于进一步解释和说明本发明，并不对本发明的内容构成限制。
具体实施例方式实施例1白烟拉烟剂的组成包括基础组分、改性组分、胶核、抗氧化剂、防锈剂、抗泡剂基础组分是馏程为286°C 338°C、密度为842. 5kg/m3、20°C运动粘度8. 2125mm2/ s、闪点的矿物油，改性组分为馏程为370 °C 380 °C、密度为0. 8558kg/m3、20 °C运动粘度为 21. 3642mm2/s、闪点为288°C的矿物油。改性组分的加入的重量比为基础组分重量的15% ；胶核为水合氧化铁、水合氧化铝和水合氧化钡的混合物，加入的重量比为基础组分重量的0. 1% ；抗氧化剂为双十二烷基二苯胺，所加入的重量比为基础组分重量的0. 5% ；防锈剂为双十三烷基磷酸十二烷氧基丙基异丙醇胺盐，所加入的重量比为基础组分重量的5% ；抗泡剂为甲基硅油，加入量为每千克基础组分中添加15mg/kg。实施例2白烟拉烟剂的组成包括基础组分、改性组分、胶核、抗氧化剂、防锈剂、抗泡剂基础组分是馏程为286°C 338°C密度为842. 5kg/m3、20°C运动粘度为8. 2125mm2/ s、闪点为的矿物油，改性组分是馏程为370 °C 380 °C、密度为0. 8558kg/m3、20 °C运动粘度为 21. 3642mm2/s、闪点为288°C的矿物油，改性组分的加入的重量比为基础组分重量的10% ；胶核为水合氧化钙、水合二氧化钛，优选水合氧化铁的混合物，加入的重量比为基础组分重量的2% ；抗氧化剂选自2，6- 二叔丁基对甲酚。所加入的重量比为基础组分重量的5% ；防锈剂选自二壬基萘磺酸锌，所加入的重量比为基础组分重量的2% ；抗泡剂选自T912丙烯酸酯与醚共聚物，加入量为每千克基础组分中添加30mg。实施例3
白烟拉烟剂的组成包括基础组分、改性组分、胶核、抗氧化剂、防锈剂、抗泡剂基础组分为是馏程为250 °C 350 °C、密度为841. 9kg/m3,20 °C运动粘度为 6. 3544mm2/S、闪点为149°C的矿物油；改性组分是馏程为360 °C 420 °C、密度为0. 8599kg/m3、20 °C运动粘度为 28. 366mm2/s、闪点为282°C的矿物油；改性组分的加入的重量比为基础组分重量的22. 5% ；胶核为水合氧化钙，加入的重量比为基础组分重量的3% ；抗氧化剂选自2，6- 二叔丁基对甲酚，所加入的重量比为基础组分重量的2. 5% ；防锈剂为二壬基萘磺酸锌，所加入的重量比为基础组分重量的1. 5% ；抗泡剂为甲基，加入量为每千克基础组分中添加25mg/kg。实施例4白烟拉烟剂的组成包括基础组分、改性组分、胶核、抗氧化剂、防锈剂、抗泡剂基础组分是馏程为200 °C 350 °C、密度为841. 4kg/m3、20 °C运动粘度为 6. 3036mm2/s、闪点为135°C的矿物油，改性组分是馏程为350 °C 500 °C、密度为0. 8657kg/m3、20 °C运动粘度为 51. 101mm2/s、闪点为285°C的矿物油；改性组分的加入的重量比为基础组分重量的20%。胶核为水合氧化铁，加入的重量比为基础组分重量的2%。抗氧化剂为双十二烷基二苯胺，所加入的重量比为基础组分重量的；防锈剂为二壬基萘磺酸锌，所加入的重量比为基础组分重量的；抗泡剂为甲基硅油，加入量为每千克基础组分中添加15mg/kg。实施例5白烟拉烟剂的组成包括基础组分、改性组分、胶核、抗氧化剂、防锈剂、抗泡剂基础组分是馏程为250°C 350°C、密度为841. 9kg/m3、20°C运动粘度6. 3544mm2/ s、闪点149°C的矿物油；改性组分是馏程360°C 420°C、密度为0. 8599kg/m3、20°C运动粘度为28. 366mm2/ s、闪点为282°C的矿物油；改性组分的加入的重量比为基础组分重量的25% ；胶核为水合氧化铁和水合氧化铝，加入的重量比为基础组分重量的6% ；氧化铁和水合氧化铝的重量比为1:1;抗氧化剂为2，6- 二叔丁基对甲酚，所加入的重量比为基础组分重量的2% ；防锈剂选自羊毛脂，所加入的重量比为基础组分重量的2% ；抗泡剂为T912丙烯酸酯与醚共聚物，加入量为每千克基础组分中添加30mg。实验例1 对实施例制备的白烟拉烟剂进行检测实验过程为采用图1所示的装置，模拟发动机的试验条件为空气消耗0. 25m3/ s，空气温度60°C，空气压力0. IMPa，燃油温度为15°C 20°C，燃油消耗0. 001m3/S。滑槽之间的间距为2m，滑槽与发动机尾喷口的中轴平行且与中轴线相距lm。发射光源与光线接收器的距尾喷管后截面的距离为0. 5m。检测装置采用德国Lorenz公司商用烟雾浓度计AML，其设计完全符合EN 54-7 的要求，测量光程为1.951m，说明书给出的响应指标为分辨率0. 0006dB/m;重复性 0.005dB/m。试验时，首先开启发动机，使之燃烧平稳，达到发动机尾喷口处的环境温度后开启发射光源与光线接收器，然后拉烟剂在0. 5MPa的压力作用下以ISOmL/min的流速喷向发动机尾喷口，测定发射光线的透过率。实验结果见表2:表2
权利要求
1.一种飞行表演用白烟拉烟剂，其特征在于，所述的白烟拉烟剂的组成包括基础组分、 改性组分、胶核、抗氧化剂、防锈剂、抗泡剂；所述的基础组分是馏程为200°C 350 °C、密度为841.4kg/m3、20°C运动粘度为 6. 3036mm2/s、闪点 1!35°C的矿物油，改性组分是馏程为350°C 500°C、密度为0. 8657kg/m3、20°C运动粘度为51. 101mm2/s、 闪点为285°C矿物油。
2.根据权利要求1所述的飞行表演用白烟拉烟剂，其特征在于，所述的改性组分的加入的重量比为基础组分重量的2 40 %，优选10 30 %，更优选15 25 %，最优选20 %。
3.根据权利要求1所述的飞行表演用白烟拉烟剂，其特征在于，所述的基础组分为馏程250°C 350°C的矿物油，优选馏程286°C 338°C的矿物油。
4.根据权利要求1所述的飞行表演用白烟拉烟剂，其特征在于，所述的改性组分为馏程为360°C 420°C的矿物油，优选馏程为370°C 380°C的矿物油。
5.根据权利要求1所述的飞行表演用白烟拉烟剂，其特征在于，所述的胶核选自水合金属氧化物的一种或几种的混合物，加入的重量比为基础组分重量的0. 1 10%，优选1 8%，更优选1 6%，最优选2%。
6.根据权利要求5所述的飞行表演用白烟拉烟剂，其特征在于，所述的水合金属氧化物选自水合氧化铝、水合氧化钡、水合氧化钙、水合二氧化钛，优选水合氧化铁。
7.根据权利要求1所述的飞行表演用白烟拉烟剂，其特征在于，所述的抗氧化剂选自酚型抗氧剂或胺型抗氧剂中的至少一种，所加入的重量比为基础组分重量的0. 5 5%，优选1 3%;其中，胺型抗氧化剂选自双十二烷基二苯胺，酚型抗氧化剂选自2，6_ 二叔丁基对甲酚。
8.根据权利要求1所述的飞行表演用白烟拉烟剂，其特征在于，所述的防锈剂选自磺酸盐型防锈剂、羧酸类防锈剂、酯类防锈剂或有机磷酸类防锈剂中的至少一种，所加入的重量比为基础组分重量的0. 5 5%，优选1 3% ；其中，磺酸盐型防锈剂选自二壬基萘磺酸锌，羧酸类防锈剂选自二壬基萘磺酸锌，酯类防锈剂选自羊毛脂，有机磷酸类防锈剂选自双十三烷基磷酸十二烷氧基丙基异丙醇胺盐。
9.根据权利要求7所述的飞行表演用白烟拉烟剂，其特征在于，所述的抗泡剂选自含硅抗泡剂、非硅抗泡剂中的至少一种，加入量为每千克基础组分中添加10 50mg，优选为 15mg/kg ；含硅抗泡剂选自甲基硅油，非硅型抗泡剂选为T912丙烯酸酯与醚共聚物。
全文摘要
本发明涉及石油化工领域，涉及一种飞行表演用的白烟拉烟剂。所述的白烟拉烟剂的组成包括基础组分、改性组分和胶核；所述的基础组分是馏程为200℃～350℃、密度为841.4kg/m3、20℃为运动粘度6.3036mm2/s、闪点为135℃的矿物油，改性组分是馏程为350℃～500℃、密度为0.8657kg/m3、20℃运动粘度为51.101mm2/s、闪点为285℃的矿物油。本发明的白烟拉烟剂替代原来使用的8号航空润滑油，保障表演大队飞行训练和飞行表演任务，具有重大的军事效益和经济效益，且拉烟清晰度高，滞空时间适中，观赏效果很好。
文档编号C10N40/00GK102382708SQ201110274958
公开日2012年3月21日 申请日期2011年9月16日 优先权日2011年9月16日
发明者刘婕, 张怀安, 曹文杰, 朱志谦, 李志军, 李辉, 林军, 王树雷, 王清亮, 赵升红 申请人:中国人民解放军空军油料研究所