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1前言

信号弹是用于远距离传递信号的一种武器，除军用外，亦广泛用于航运求救信号。其有色信号是由发光信号剂压制成的星光体燃烧产生的有色火焰所致。有色火焰源自气相或凝聚相原子或分子辐射，当原子或分子的辐射谱线或谱带位于光谱的某一部分上时，即在空中产生相应的颜色，形成有色信号，达到远距离传递信号的目的。最常见的发光信号弹有红、绿、黄、白四种光色，其中黄光信号剂为原子辐射显有色火焰；而红、绿、蓝光信号剂多采用氯基信号剂，为分子辐射显有色火焰。

2 问题的提出

我国现有红光、绿光信号弹多使用氯基信号剂，其中氯给予体多为六氯代苯。但因六氯代苯具有较高毒性，现国际和国内均已禁止生产，并且禁止使用。为保证氯基信号剂产品能够有效装备，需对六氯代苯类信号剂进行全面改进。

3 原因分析及解决方法

近年来针对六氯代苯类信号剂改进，开展了大量材料替代研究工作。其研究思路是选用另外一种的氯代烃取代六氯代苯，通过调整原发光信号剂的配方，使改进后信号剂形成与原信号剂同样鲜明的信号指示效果，达到远距离传递信号的目的。具体内容为，使用另一种氯代烃，作为氯提供体取代六氯代苯；用金属粉（多为镁粉）作还原剂；为提高药剂加工性能和贮存性能，配方中添加作为粘结剂的合成树脂等。

4 氯基信号剂作用原理

氯基信号剂是利用分子辐射光谱形成的，由碱金属盐在高温时分解产生金属离子，并与氯化物产生的游离氯结合，生成一氯化物。烟火技术上常借SrCl+（红光）、BaCl+（绿光）、CuCl+（蓝光）的分子辐射体，来制取有色火焰。同时当药剂为负氧平衡时，因火焰内存有还原气体（CO）,又可阻碍一氯化物的进一步氧化，形成色彩和比色纯度较高的有色火焰，达到传递信号的目的。

不同光色的信号剂其成分是不同的，但都不外乎氧化剂、可燃剂、粘合剂、染焰剂及改善火焰颜色的氯给予体。

氧化剂（染焰剂）是提供信号剂燃烧时所需要的氧，并提供金属离子，与氯离子形成稳定的有色火焰的辐射体。氧化剂应选择含氧量丰富，在火焰光谱规定段上能产生明亮谱线或谱带的物质。

可燃剂是在信号剂燃烧时产生规定光色效应所需的热量，可燃剂应选择具有较高的燃烧热值，温度适中物质。多选择细粒度镁粉作为可燃剂。

氯给予体是提供氯离子，与金属离子形成稳定的有色火焰的辐射体。金属氯化物的存在，会使火焰获得较好的色彩和比色纯度。烟火技术中常借红光辐射体SrCl+、绿光辐射体BaCl+、蓝光辐射体CuCl+的分子辐射来制取有色火焰，获得红、绿、蓝火焰的光谱均是带状光谱。其中红色火焰唯一获得方法是在药剂中加入锶化合物。绿色火焰唯一获得方法是基于钡化合物的辐射作用。到目前为止，尚未获得比色纯度高的蓝光剂。

氯给予体应选择含氯量较大、不易挥发的氯化物。如：六氯代苯、聚氯乙烯树等。早期氯基信号剂的氯给予体多使用六氯代苯。如现役某红光信号产品，其信号剂就是采用硝酸锶Sr（NO3）2、镁粉、六氯代苯C6Cl6、燃速调节剂和粘合剂混合而成。其中硝酸锶既是氧化剂又是染焰剂，镁粉为可燃剂，氯给予体为六氯代苯。

5 改进试验

5.1 某红光信号产品信号剂改进

现以某红光信号产品信号剂改进为例，阐述氯基信号剂改进及其应用。

5.1.1 氯给予体替代材料的选择

该产品红光信号剂为氯基信号剂，其中六氯代苯作为一种氯给予体，作用是提供游离的氯离子，与氧化剂中释放的锶离子结合，形成稳定的一氯化物SrCl+（SrCl+光谱在红色区域，是红色火焰的最良辐射体）。同时当药剂为负氧平衡时，因火焰内存有还原气体，又可阻碍SrCl+氧化成SrO（SrO光谱在橙色区域），形成色彩和比色纯度较高的红色火焰。

Sr2+ + Cl- ——→ SrCl+

SrCl+  +  O-  ≒  SrO + Cl-

六氯代苯（C6Cl6）具有较高毒性，含氯量较高为70.4%，分解产物严重污染环境，分解温度较高，且禁止生产。聚氯乙烯树脂（C2H5Cl）n无毒，含氯量为58.6%，虽氯含量低于六氯代苯，但因分解产物较环保，分解温度较低，在100℃以上聚氯乙烯树脂就可分解释放氯离子，能较早的参与信号剂的反应，尽早与锶离子结合，生产SrCl+，且供货渠道广泛，质量稳定。故在理论上可以使用聚氯乙烯树脂替代六氯代苯，做为改进后红光信号剂的氯给予体。

5.1.2 改进配方设计及优化

通过对该信号产品红光信号剂的基本材料综合性能比较，经多轮配方选择试验，综合比较，选定了硝酸锶、聚氯乙烯树脂和镁粉为主要成分的红光信号剂的基本配方。为了调节控制信号弹燃烧速度，在此配方基础上，分别加入其它附加成分进行筛选，确定了红光信号的燃烧调节剂成分。

改进后红光信号剂理想状态下氯离子与锶离子生产大量的SrCl+，同时使药剂处于负氧平衡，使碳尽可能完全氧化成CO，使氧平衡向左，产生大量氯化物，阻碍SrCl+氧化成SrO，提高火焰比色纯度，保证火焰色彩鲜明，确保信号弹空中指示效果明显。改进后红光信号剂主要成分及功能见表1：

表1   信号剂成分及功能

对改进后红光信号剂进行配方优化设计，针对由硝酸锶、聚氯乙烯树脂、易燃镁粉组成的改进后红光信号剂进行了多种试验。通过配方优化设计，改进后红光信号剂的燃烧时间、主波长满足技术指标要求，光度和色纯度有一定幅度提高。

5.1.3 试验验证情况

5.1.3.1 星光体静态验证

将改进后红光信号剂与原红光信号剂分别压制成星光体，对两种信号剂进行对比试验，测试结果见表2。

表2 星光体静态对比试验

静态测试结果表明，改进后红光信号剂燃烧时间、主波长、光度和色纯度指标均满足图定指标要求，其中光度和色纯度略高于原红光信号剂指标要求。可见聚氯乙烯树脂因分解温度较低，能较早释放氯离子，与锶离子结合生成SrCl+，形成鲜明红色信号。

5.1.3.2 产品动态验证

静态试验合格后，将改进后的红光信号剂在该信号产品中进行应用试验。整个红光信号剂改进过程中，共进行了3000余发信号弹动态试验，试验结果均满足该产品动态试验指标。以下列举改进后红光信号剂改进过程中最后三次动态测试结果见表3。

表3 信号弹动态试验测试结果

动态测试结果表明，改进后红光信号剂燃烧时间大于8.0s，射高大于93m，改进后红光信号剂动态测试性能满足该产品图定指标。

5.2 某绿光信号产品氯基信号剂改进

某绿光信号产品信号剂也为六氯代苯类信号剂，信号剂改进过程中，也使用聚氯乙烯树脂代替六氯代苯，并调整配方满足产品指标。通过多次生产验证，改进后信号剂交验顺利，各项测试均满足指标要求。

6  主要技术进步点及推广前景

综上所述，氯基信号剂改进使用聚氯乙烯树脂代替六氯代苯方法可行，可以应用于信号弹。

6.1  主要技术进步点

此次研制过程，彻底解决原产品信号剂主要原材料替代问题。改进后药剂反应产物较原药剂的反应产物更具有环保性。后各项测试结果满足指标要求，并提高了星光体静态燃烧的光度和色纯度。较好的综合和继承了已有信号弹成熟技术，产品的标准化，通用化程度高，能更好地满足使用需求。

6.2  推广应用前景

该产品改进研制是以需求为索引，以满足用户需要而开展的一项课题研究。以氯代烃为基的信号剂是我国现有信号弹、信号器材中一种主要应用的信号剂。近年来国内针对含国际禁止使用和生产的六氯代苯类信号剂，已开展了大量材料替代研究工作。

该产品改进研制因其工艺成熟而且具有稳定的供货来源，可利用现有资源迅速形成规模生产能力。改进后的药剂彻底解决原信号剂六氯代苯替代问题，在满足原指标要求的基础上，进一步提高了光度和色纯度性能指标。其反应产物较原信号剂的反应产物更具有环保性。经改进鉴定试验验证，改进后的信号产品能够适应不同条件下需求，因此该成果具有较大的推广应用前景。

参考文献：

《烟火药设计手册第8部分：发光信号剂》   GJB5471.8-2005   作者：赵杰等

《烟火药技术基础与应用》   作者：潘功配   江苏科学技术出版社

作者简介：张敬慧，女，硕研，高级工程师，从事产品质量监督工作。