CN106083501A - 一种绿色环保炸药模拟材料及其制备方法 - Google Patents

一种绿色环保炸药模拟材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种绿色环保炸药模拟材料，包括如下重量份的组分：聚四氟乙烯：0～30份、三氧化二铝：0～35份、聚氯乙烯：0～14份、二氧化硅：19～30份、粘结剂：30～40份、固化剂：0.4～0.8份、着色剂：0.01～0.1份、表面活性剂：0.02～0.08份、稀释剂：0.25～2份。本发明还公开了所述绿色环保炸药模拟材料的制备方法。本发明通过使用绿色环保型模拟材料添加到粘结剂体系中，固化制备的炸药模拟材料不仅成型性能好，机加形稳性好，产品内部填充均匀，而且可以准确的模拟真实炸药的密度以及力学性能。

Description

一种绿色环保炸药模拟材料及其制备方法
技术领域
本发明属于民用含能材料领域，具体涉及一种绿色环保炸药模拟材料及其制备方法。
背景技术
炸药模拟材料主要是用于模拟炸药装药密度和力学性能的一种隋性材料，产品主要用于模拟装配、运输实验、环境试验、展览模型等。模拟材料装药密度、力学性能、导热性能需满足要求，即与被模拟炸药相当；配方中所用的惰性材料与接触材料相容；装药成型后不能有分层现象。
长期以来，普遍采用的炸药模拟材料的固相组分为硝酸钡(BN)和聚氯乙烯(PVC)，使用这些模拟材料可以模拟真实炸药装药的密度、力学性能等。然而，BN与其它所有可溶钡化合物类似，摄取或吸入是有毒的，中毒会出现肌肉收缩、呼吸吃力、心律不齐等症状。而且，BN与易燃品及有机物接触、摩擦或撞击能引起燃烧或爆炸。另外，由于在配方中会使用高分子聚合物作为粘结剂，对使用后的交联混合物的处理比较困难，目前常采用燃烧或者填埋的处理方法。因此，BN难以回收，污染环境。考虑到安全和环保问题，采用绿色环保型模拟材料用于模拟炸药的研究还未见报道。
发明内容
本发明的目的之一，在于提供一种安全、环保、模拟性能好的绿色环保炸药模拟材料。
本发明是这样实现的：
一种绿色环保炸药模拟材料，包括如下重量份的组分：聚四氟乙烯(PTFE)：0～30份、三氧化二铝(Al2O3)：0～35份、聚氯乙烯(PVC)：0～14份、二氧化硅(SiO2)：19～30份、粘结剂：30～40份、固化剂：0.4～0.8份、着色剂：0.01～0.1份、表面活性剂：0.02～0.08份、稀释剂：0.25～2份。
其中，所述绿色环保炸药模拟材料中，PTFE平均粒径为567.6μm；Al2O3平均粒径为97.4μm；PVC平均粒径为48.1μm；SiO2平均粒径为9.4μm，如图1和图2所示；
进一步地，所述的粘结剂为季戊四醇丙烯醛树脂。
进一步地，所述的固化剂为硫酸二乙酯(DES)。
进一步地，所述的着色剂为石墨。
进一步地，所述的表面活性剂为卵磷脂。
进一步地，所述的稀释剂为苯乙烯(BX)。
本发明的另一个目的，在于提供一种所述绿色环保炸药模拟材料的制备方法。
具体实现方式如下：
一种绿色环保炸药模拟材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：按照前述绿色环保炸药模拟材料的重量组分组成，称取聚四氟乙烯、三氧化二铝、聚氯乙烯、二氧化硅、粘结剂、固化剂、着色剂、表面活性剂和稀释剂，备用；
(2)采用分批投料和多段捏合的方式混合物料各组分：首先，第一批，将聚四氟乙烯、三氧化二铝、聚氯乙烯、二氧化硅、粘结剂、着色剂、表面活性剂和一半的稀释剂投入捏合机，在50℃～70℃的温度下常压捏合10～15min后停机清理捏合机桨叶及死角处物料；之后常压捏合两段，每段15～20min，每段结束后停机清理捏合机桨叶及死角处物料；随后，继续向第一批捏合后的物料中投入固化剂和另外一半稀释剂，常压捏合两段，每段5～10min，每段结束后停机清理捏合机桨叶及死角处物料，捏合过程实时调整加热器温度，使出料时物料温度控制在55±3℃、并且具有良好的流动性和流平性。将捏合后的物料转移出捏合机至提前预热的容器中，备用。
(3)真空处理及真空浇注：将混合好的物料置于真空浇注装置料斗中，控制物料温度55℃～65℃；当真空浇注装置的真空度≤－0.090Mpa时，物料在振幅为0.3±0.1mm、频率为30±2Hz的振动条件下流经孔径为Φ2.5～Φ6mm的多孔板，去除其中的空气及低分子物，再在同样的真空度和振动条件下浇注到模具中；
(4)加热固化：将浇注完成后的模具放入70±2℃的恒温箱中，加热8～12h，物料中粘结剂交联固化成型，之后开模、清理表面即得所需模拟材料，如图3所示。
本发明通过选择绿色环保型模拟材料用作固相填料，并通过对其进行颗粒级配，获得浇注性能良好的炸药模拟材料；
通过选择含有大量C-O-H和C＝C基团的季戊四醇丙烯醛树脂基体，在DES催化作用下，可获得一种透明的、具有良好力学性质、抗热性、抗化学药品性及电性能的硬质材料；
通过添加各种功能助剂，如表面活性剂、稀释剂和固化剂，不仅改善物料在浇注过程中的流变性，同时显著增强粘结剂与固相填料间界面的粘结强度，提高固化成型后材料的力学性能；
通过添加着色剂，有效的与真实炸药区分开，另外可改善固化成型后材料的导热性能；
采用分批投料和多段捏合的混合方式，使得料浆各组分之间混合均匀，保证成型产品的密度均匀性；
采用真空处理和浇注装置进行浇注，去除料浆中的小分子物质，提高模拟材料的浇注质量；
采用在振动条件下进行浇注，一方面有助于料浆顺利通过多孔板，提高浇注效率，同时保证产品成型性能好，无气孔，提高浇注后产品的密度。
与现有技术相比，本发明通过使用绿色环保型模拟材料添加到粘结剂体系中，固化制备的炸药模拟材料不仅成型性能好，机加形稳性好，产品内部填充均匀，而且可以准确的模拟真实炸药的密度以及力学性能，如图4所示。
附图说明
图1为模拟材料的SEM图，其中1)PTFE；2)Al2O3；3)PVC；4)SiO2。
图2为模拟材料的粒径分布图。
图3为浇注固化后模拟材料图。
图4为机械加工后模拟材料图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细描述。
实施例1
一种绿色环保炸药模拟材料，其配方组成为：Al2O3：35份、PVC：10份、SiO2：23份、醇醛树脂：32份、DES：0.5份、石墨：0.01份、卵磷脂：0.06份、BX：0.25份。
固相填料颗粒级配及粒径分布为：Al2O3平均粒径为97.4μm；PVC平均粒径为48.1μm；SiO2平均粒径为9.4μm。
所述绿色环保炸药模拟材料的制备方法，主要包括以下步骤：
(1)配料：定量称取配方中的各组分，备用；
(2)采用分批投料和多段捏合的方式混合物料各组分：第一批：将Al2O3、PVC、SiO2、醇醛树脂、石墨、卵磷脂和一半的BX投入捏合机，在50℃～70℃的温度下常压捏合15min后停机清理捏合机桨叶及死角处物料；之后常压捏合两段，分别为15min和20min，每段结束后停机清理捏合机桨叶及死角处物料；随后，向第一批捏合后的物料中投入固DES和另外一半BX，常压捏合两段，分别为5min和10min，每段结束后停机清理捏合机桨叶及死角处物料，捏合过程实时调整加热器温度，使出料时物料温度控制在55±3℃、并且具有良好的流动性和流平性。
(3)真空处理及真空浇注：将混合好的物料置于真空浇注装置料斗中，控制物料温度55℃～65℃；当真空浇注装置的真空度≤－0.090Mpa时，物料在振幅为0.3±0.1mm、频率为30±2Hz的振动条件下流经Φ3.5mm的多孔板，去除其中的空气及低分子物，再在同样的真空度和振动条件下浇注到模具中；
(4)加热固化：将浇注完成后的模具放入70±2℃的恒温箱中，加热8～12h，物料中粘结剂交联固化成型，之后开模、清理表面即得所需模拟材料。
所得绿色环保炸药模拟材料的各项质量指标如下：
(1)固相含量68％，浇注流变性能优良，浇注固化后产品成型性能和机加性能好；
(2)Φ20mm×20mm药柱的实测密度ρ＝1.878～1.880g/cm3，达理论密度的98％以上；
(3)力学性能：抗压强度122.95MPa，压缩模量8.55Gpa；抗拉强度39.34MPa，拉伸模量9.3Gpa；抗剪强度53.53MPa；
(4)导热性能：比热(20℃)：0.838J/g·K；导热系数(20℃)：0.506W/m·K；热扩散系数(20℃)：0.321mm2/s；
实施例2
一种绿色环保炸药模拟材料，其配方组成为：PTFE：30份、SiO2：30份、醇醛树脂：40份、DES：0.8份、石墨：0.1份、卵磷脂：0.06份、BX：2份。
固相填料颗粒级配及粒径分布为：PTFE平均粒径为567.6μm；SiO2平均粒径为9.4μm。
制备方法同实施例1。
所得绿色环保炸药模拟材料的各项质量指标如下：
(1)固相含量60％，浇注流变性能优良，浇注固化后产品成型性能和机加性能好；
(2)Φ20mm×20mm药柱的实测密度ρ＝1.662～1.666g/cm3，达理论密度的98％以上；
(3)力学性能：抗压强度84.90MPa，压缩模量6.21Gpa；抗拉强度31.27MPa，拉伸模量5.06Gpa；泊松比：0.33；
实施例3
一种绿色环保炸药模拟材料，其配方组成为：PTFE：16份；Al2O3：18份、PVC：14份、SiO2：20份、醇醛树脂：32份、DES：0.5份、石墨：0.01份、卵磷脂：0.06份、BX：0.5份。
固相填料颗粒级配及粒径分布为：PTFE平均粒径为567.6μm；Al2O3平均粒径为97.4μm；PVC平均粒径为48.1μm；SiO2平均粒径为9.4μm。
制备方法同实施例1。
实施例4
一种绿色环保炸药模拟材料，其配方组成为：PTFE：9份；Al2O3：32份、PVC：7份、SiO2：19份、醇醛树脂：33份、DES：0.5份、石墨：0.1份、卵磷脂：0.06份、BX：2份。
固相填料颗粒级配及粒径分布为：PTFE平均粒径为567.6μm；Al2O3平均粒径为97.4μm；PVC平均粒径为48.1μm；SiO2平均粒径为9.4μm。
制备方法同实施例1。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (8)

1.一种绿色环保炸药模拟材料，其特征在于包括如下重量份的组分：聚四氟乙烯：0～30份、三氧化二铝：0～35份、聚氯乙烯：0～14份、二氧化硅：19～30份、粘结剂：30～40份、固化剂：0.4～0.8份、着色剂：0.01～0.1份、表面活性剂：0.02～0.08份、稀释剂：0.25～2份。
2.根据权利要求1所述绿色环保炸药模拟材料，其特征在于：所述绿色环保炸药模拟材料中，聚四氟乙烯平均粒径为567.6μm；三氧化二铝平均粒径为97.4μm；聚氯乙烯平均粒径为48.1μm；二氧化硅平均粒径为9.4μm。
3.根据权利要求1或2所述绿色环保炸药模拟材料，其特征在于：所述的粘结剂为季戊四醇丙烯醛树脂。
4.根据权利要求1或2所述绿色环保炸药模拟材料，其特征在于：所述的固化剂为硫酸二乙酯(DES)。
5.根据权利要求1或2所述绿色环保炸药模拟材料，其特征在于：所述的着色剂为石墨。
6.根据权利要求1或2所述绿色环保炸药模拟材料，其特征在于：所述的表面活性剂为卵磷脂。
7.根据权利要求1或2所述绿色环保炸药模拟材料，其特征在于：所述的稀释剂为苯乙烯。
8.权利要求2至7任一权利要求所述绿色环保炸药模拟材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)配料：按照前述绿色环保炸药模拟材料的重量组分组成，称取聚四氟乙烯、三氧化二铝、聚氯乙烯、二氧化硅、粘结剂、固化剂、着色剂、表面活性剂和稀释剂，备用；
(2)采用分批投料和多段捏合的方式混合物料各组分：首先，第一批，将聚四氟乙烯、三氧化二铝、聚氯乙烯、二氧化硅、粘结剂、着色剂、表面活性剂和一半的稀释剂投入捏合机，在50℃～70℃的温度下常压捏合10～15min后停机清理捏合机桨叶及死角处物料；之后常压捏合两段，每段15～20min，每段结束后停机清理捏合机桨叶及死角处物料；随后，继续向第一批捏合后的物料中投入固化剂和另外一半稀释剂，常压捏合两段，每段5～10min，每段结束后停机清理捏合机桨叶及死角处物料，捏合过程实时调整加热器温度，使出料时物料温度控制在55±3℃、并且具有良好的流动性和流平性；将捏合后的物料转移出捏合机至提前预热的容器中，备用；
(3)真空处理及真空浇注：将混合好的物料置于真空浇注装置料斗中，控制物料温度55℃～65℃；当真空浇注装置的真空度≤－0.090Mpa时，物料在振幅为0.3±0.1mm、频率为30±2Hz的振动条件下流经孔径为Φ2.5～Φ6mm的多孔板，去除其中的空气及低分子物，再在同样的真空度和振动条件下浇注到模具中；
(4)加热固化：将浇注完成后的模具放入70±2℃的恒温箱中，加热8～12h，物料中粘结剂交联固化成型，之后开模、清理表面即得所需模拟材料。
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