CN106631639B - 提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、配置pH为8～11的碱性溶液；步骤二、在碱性溶液中溶解儿茶酚类物质，溶解后儿茶酚类物质的浓度为0.1g/L～20g/L，完全溶解后溶液pH值仍大于7；步骤三、将含能材料置于步骤二配置的溶液中，使用搅拌器搅拌混合分散液，搅拌时间为0.1h～48h；步骤四、将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗2～5遍；步骤五、将清洗后的材料置于50℃～80℃烘箱中1h～24h，得到改性含能材料。本发明改性含能材料制备方法工艺简单，改性含能材料均匀性和完整性良好，具有良好的润湿性能。

Description

提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法
技术领域
本发明涉及一种含能材料处理的方法，具体涉及提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，属于含能材料制备处理技术领域。
背景技术
随着现代武器系统和含能材料的发展，各个国家越来越关注钝感弹药和钝感材料的研究。1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)、奥克托今(HMX)等由于其具有良好的机械感度和高的爆轰能量而广泛应用于武器系统的压装炸药、浇注PBX炸药、推进剂和民用爆破炸药配方中，但其表面具有较低的表面能，与液相的浸润性较差，颗粒在胶液中容易出现脱粘的情况，导致其力学性能较差，限制了其在低易损弹药中的广泛应用。在研制钝感弹药的过程中，为了提高其炸药的力学性能，通常在配方中加入多种功能助剂以改变其表面的润湿性能，期望改善其体系的力学强度，但这些功能助剂的加入往往会降低炸药自身的爆轰性能，且功能助剂是否能真实改善其表面的润湿性能还有待进一步确认。因此，研究者希望通过改性含能材料自身特性达到改善其表面润湿性能，提高其体系的力学性能。
自然界中贻贝分泌的蛋白质具有强的黏附特性，研究者通过详细研究发现其中主要发挥黏附作用的是蛋白质中含有的儿茶酚类物质，这类物质在一定环境条件下可发生自聚反应，在多种物质表面形成紧密的包覆层，且包覆层可改变基体物质的表面能。因此，利用这种简单的自聚反应可在炸药晶体表面形成一层薄且致密的包覆层，可改善其表面润湿性能，增强炸药的力学强度。本发明的增加炸药力学性能的制备方法采用了简单的制备工艺条件，可规模化处理含能材料，使改性后的含能材料具有不变的爆轰性能和机械感度，且具有较好的润湿性能和力学强度，使其更能广泛的应用于炸药配方体系中。
发明内容
本发明的目的在于以应用广泛的含能材料为基体，将含能材料进行均匀包覆后，可改善其表面润湿性能，且其机械感度不会发生变化，使改性含能材料基炸药能承受更大强度的外界力学作用，为满足低易损性弹药提供一种性能良好的改性含能材料的原材料。
本发明采用的技术方案如下：
一种提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，包括以下步骤：
步骤一、配置pH为8～11的碱性溶液；
步骤二、在碱性溶液中溶解儿茶酚类物质，溶解后儿茶酚类物质的浓度为0.1g/L～20g/L，完全溶解后溶液pH值仍大于7；
步骤三、将含能材料置于上述配置的溶液中，使用搅拌器以100r/min～1000r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为0.1h～48h；
步骤四、将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗2～5遍；
步骤五、将清洗后的材料置于50℃～80℃烘箱中1h～24h，得到改性含能材料。
以本发明制备的改性含能材料为基础，制备浇注、压装或熔铸炸药，就能够得到力学性能提高的炸药件。
更进一步的方案是：步骤三中含能材料主要指1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯(TATB)、奥克托今(HMX)、黑索金(RDX)、CL-20等常用的含能材料。
更进一步的方案是：步骤一中配置的碱性溶液为三羟甲基氨基甲烷(Tris)碱性缓冲溶液、碳酸氢钠弱碱性溶液、氨水、氢氧化钠或氢氧化钾等强碱性溶液中的一种。
更进一步的方案是：步骤二中的儿茶酚类物质为具有儿茶酚官能团的多巴系列物质，如盐酸多巴胺、左旋多巴、多巴黑色素等。
更进一步的方案是：所述步骤二中的儿茶酚类物质为单宁酸，溶解后单宁酸的浓度为0.1g/L～10g/L，当儿茶酚类物质为单宁酸时，需配合加入FeCl3，加入FeCl3后FeCl3的浓度0.01g/L～0.5g/L，且加入单宁酸和FeCl3后步骤三中的分散液搅拌时间为0.1h～1h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明改性含能材料制备方法工艺简单，只需在配置的溶液中搅拌即可，可大规模批量制备，且不会改变含能材料自身的晶体形状、密度和机械感度等基本特性；
(2)本发明改性含能材料均匀性和完整性良好，可在溶液中的每颗含能材料晶体表面均匀的进行包覆改性，不会出现局部包覆的情况，使材料的均匀性得到显著提升。
(3)本发明改性含能材料具有良好的润湿性能，与水的接触角只有0～55°。
附图说明
图1为实施例1中制备的改性TATB晶体表面的SEM照片。
图2为实施例1中制备的改性TATB晶体与水滴的接触角照片。
图3为实施例3中制备的改性HMX晶体与水滴的接触角照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，包括以下步骤：
步骤一：配置浓度为20mmol/L的Tris溶液200mL；
步骤二：在Tris溶液中溶解浓度为2g/L的盐酸多巴胺，完全溶解后溶液pH值为8.5；
步骤三：将20g TATB置于上述配置的溶液中，使用搅拌器以500r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为12h；
步骤四：将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗3遍；
步骤五：将清洗后的材料置于50℃烘箱中5h，得到改性TATB材料。
将实施例1获得的改性TATB以固含量为50％分散于123树脂和二硫酸二乙酯的混合液中，70℃下固化12h，得到力学性能提高的TATB基浇注炸药。
实施例2
一种提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，包括以下步骤：
步骤一：配置浓度为20mmol/L的Tris溶液200mL；
步骤二：在Tris溶液中溶解浓度为4g/L的盐酸多巴胺，完全溶解后溶液pH值为8.5；
步骤三：将20gTATB置于上述配置的溶液中，使用搅拌器以500r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为6h；
步骤四：将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗3遍；
步骤五：将清洗后的材料置于70℃烘箱中5h，得到改性TATB材料。
将实施例2获得的改性TATB以固含量为70％分散于123树脂和二硫酸二乙酯的混合液中，70℃下固化12h，得到力学性能提高的TATB基浇注炸药。
实施例3
一种提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，包括以下步骤：
步骤一：配置浓度为10mL/L的氨水溶液200mL；
步骤二：在氨水溶液中溶解浓度为2g/L的盐酸多巴胺，完全溶解后溶液pH值为10；
步骤三：将20gHMX置于上述配置的溶液中，使用搅拌器以500r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为12h；
步骤四：将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗3遍；
步骤五：将清洗后的材料置于50℃烘箱中5h，得到改性HMX材料。
将实施例3获得的改性HMX以固含量为50％分散于端羟基聚丁二烯和TDI的混合液中，70℃下固化36h，得到力学性能提高的HMX基浇注炸药。
实施例4
一种提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，包括以下步骤：
步骤一：配置浓度为5g/L的氢氧化钠溶液200mL；
步骤二：在氢氧化钠溶液中溶解浓度为4g/L的盐酸多巴胺，完全溶解后溶液pH值为11；
步骤三：将20g TATB置于上述配置的溶液中，使用搅拌器以500r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为6h；
步骤四：将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗5遍；
步骤五：将清洗后的材料置于70℃烘箱中5h，得到改性TATB材料。
将实施例4获得的改性TATB以固含量为70％分散于端羟基聚丁二烯和TDI的混合液中，70℃下固化36h，得到力学性能提高的TATB基浇注炸药。
实施例5
一种提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，包括以下步骤：
步骤一：配置浓度为10mmol/L的Tris溶液200mL；
步骤二：在Tris溶液中溶解浓度为1g/L的单宁酸，再加入0.1g/L FeCl3，完全溶解后溶液pH值大于8.5；
步骤三：将20g HMX置于上述配置的溶液中，使用搅拌器以800r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为0.2h；
步骤四：将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗3遍；
步骤五：将清洗后的材料置于70℃烘箱中5h，得到改性TATB材料。
将实施例5获得的改性HMX以固含量为70％分散于氟橡胶中进行压装，得到力学性能提高的HMX基压装炸药。
实施例6
一种提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，包括以下步骤：
步骤一：配置浓度为10mmol/L的Tris溶液200mL；
步骤二：在Tris溶液中溶解浓度为0.5g/L的单宁酸，再加入0.1g/L FeCl3，完全溶解后溶液pH值大于8.5；
步骤三：将20g RDX置于上述配置的溶液中，使用搅拌器以800r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为0.5h；
步骤四：将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗5遍；
步骤五：将清洗后的材料置于70℃烘箱中5h，得到改性RDX材料。
将实施例6获得的改性RDX以固含量为80％分散于氟橡胶中进行压装，得到力学性能提高的RDX基压装炸药。
实施例7
一种提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，包括以下步骤：
步骤一：配置浓度为5g/L的氢氧化钠溶液200mL；
步骤二：在氢氧化钠溶液中溶解浓度为1g/L的单宁酸，再加入0.1g/L FeCl3，完全溶解后溶液pH值大于8.5；
步骤三：将20g CL-20置于上述配置的溶液中，使用搅拌器以800r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为0.1h；
步骤四：将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗3遍；
步骤五：将清洗后的材料置于70℃烘箱中5h，得到改性CL-20材料。
将实施例7获得的改性CL-20以固含量为80％分散于TNT的熔化液中浇注，得到力学性能提高的CL-20基浇注炸药。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
对照附图对本发明实施例制备得到的材料进行分析，从附图1可以看出，改性TATB晶体表面均匀的包裹一层致密且薄的外层，在原始光滑的表面增加了许多纳米级的小突起。附图2可以看出，改性TATB材料与水的接触角只有55°，水滴可较好的在其表面进行浸润。附图3可以看出，改性HMX与水的接触角为0。
表1原始TATB和改性TATB材料的机械感度和力学性能测试数据
表1为实施例2中制备的改性TATB晶体与原始TATB的机械感度和力学性能对比数据。通过测试数据可知，改性后的TATB晶体的摩擦感度和撞击感度均不会发生改变，其机械感度均为0。改性TATB比原始TATB制备的药柱拉伸强度提高约19％。
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 (5)

1.一种提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、配置pH为8～11的碱性溶液；
步骤二、在碱性溶液中溶解儿茶酚类物质，溶解后儿茶酚类物质的浓度为0.1g/L～20g/L，完全溶解后溶液pH值仍大于7；
步骤三、将含能材料置于步骤二配置的溶液中，使用搅拌器以100r/min～1000r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为0.1h～48h；
步骤四、将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗2～5遍；
步骤五、将清洗后的材料置于50℃～80℃烘箱中1h～24h，得到改性含能材料；
将获得的改性含能材料以固含量50％至70％分散于123树脂和二硫酸二乙酯的混合液中，70℃固化12h，得到力学性能提高的浇注炸药；
步骤三中含能材料为1,3,5-三氨基-2,4,6-三硝基苯。
2.根据权利要求1所述提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，其特征在于：步骤一中配置的碱性溶液为三羟甲基氨基甲烷碱性缓冲溶液、碳酸氢钠弱碱性溶液、氨水、氢氧化钠或氢氧化钾溶液中的一种。
3.根据权利要求1所述提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，其特征在于：步骤二中的儿茶酚类物质为具有儿茶酚官能团的多巴系列物质或单宁酸。
4.根据权利要求3所述提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，其特征在于：所述具有儿茶酚官能团的多巴系列物质为盐酸多巴胺、左旋多巴或多巴黑色素。
5.根据权利要求3所述提高含能材料表面润湿性能和炸药力学性能的方法，其特征在于：所述儿茶酚类物质为单宁酸时，溶解后单宁酸的浓度为0.1g/L～10g/L，同时需配合加入FeCl3，加入FeCl3后FeCl3的浓度0.01g/L～0.5g/L，且加入单宁酸和FeCl3后步骤三中的分散液搅拌时间为0.1h～1h。
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