CN107245022B - 铝基高能粒子及其制备方法、应用 - Google Patents

铝基高能粒子及其制备方法、应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝基高能粒子及其制备方法、应用，所述的铝基高能粒子，包括下述质量份的组分：铝粉90～95份；含能粘接剂：4.7～4.75份；固化剂：0.25～0.3份；催化剂：0.1～0.15份。通过固化交联的方式将含能粘接剂包覆在铝粉表面，有效的提高了爆炸反应时铝粉表面的反应温度，提高了铝粉被点燃的几率，提升了铝粉的反应效率。

Description

铝基高能粒子及其制备方法、应用
技术领域
本发明属于含能材料技术领域，具体涉及一种铝基高能粒子及其制备方法，及其在金属化炸药中的应用。
背景技术
金属化炸药在军民领域均有大量使用。金属化炸药是在炸药中引入高热值金属粉而形成的一种特殊炸药。由于金属粉与爆轰产物反应释放了大量的热量，提高了金属化炸药爆轰过程的温度、延长了能量释放时间，因而显著增强了炸药的热效应和冲击波效应。铝由于其高质量热值(31kJ/g)成为金属化炸药中常用的金属材料。然而，铝在实际应用中却存在一系列的困难，其点火和燃烧性能都较差，不容易充分点燃，且燃烧时在粒子表面形成一层熔融的氧化层，必须有很高的温度使该氧化层以足够高的速度蒸发掉，才能使氧化层内的粒子快速燃烧。由于这一高温很难达到，因而降低了铝粉的燃烧效率及潜在的高热值的发挥。
发明内容
本发明的目的是提供一种铝基高能粒子。
本发明的又一目的是提供一种铝基高能粒子的制备方法。
本发明的另一目的是提供铝基高能粒子在金属化炸药中的应用。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
一种铝基高能粒子，包括下述质量份的组分：铝粉90～95份；含能粘接剂：4.7～4.75份；固化剂：0.25～0.3份；催化剂：0.1～0.15份。
进一步的技术方案是，所述的铝基高能粒子由下述质量份的组分组成：铝粉90～95份；含能粘接剂：4.7～4.75份；固化剂：0.25～0.3份；催化剂：0.1～0.15份。
进一步的技术方案是，所述的铝粉的粒径为4～6μm。
进一步的技术方案是，所述的含能粘接剂为3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚。
进一步的技术方案是，所述的固化剂为LMN-100。
进一步的技术方案是，所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡。
本发明还提供了所述的铝基高能粒子的制备方法，包括下述步骤：
步骤A：将3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚溶于四氢呋喃中，得到3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚溶液；
步骤B：将铝粉置于3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚溶液中混匀，得到铝粉和3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚溶液的混合溶液；
步骤C：将固化剂和催化剂加入至铝粉和3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚溶液的混合溶液中，然后于温度55～65℃下搅拌反应；
步骤D：将步骤C反应溶液于温度35～45℃下旋蒸至无溶剂，然后加水后再次旋蒸至无溶剂，反复几次；接着干燥，得到所述的铝基高能粒子。
进一步的技术方案是，步骤B中的混匀是在磁力搅拌器中于转速不低于300r/min的条件下混合不少于0.5h；步骤C中搅拌反应是在磁力搅拌器中于转速不低于300r/min的条件下反应不少于6小时。
进一步的技术方案是，步骤D中旋蒸的温度为35～45℃；步骤D中所述的干燥温度为55～60℃；干燥时间为不小于8小时。
本发明所述的铝基高能粒子在金属化炸药中的应用。
下面对本发明作进一步的解释和说明。
通过选择含有两个叠氮的3-3叠氮环氧丁烷四氢呋喃共聚醚作为含能粘接剂，包覆在铝粉的表面，增加点火几率，提升铝粉反应效率的目的。
通过选择固化交联的包覆方式，提高铝粉与包覆材料之间的界面作用强度，保证其具有良好的环境适应性。
通过严格控制反应溶液的水分，避免铝粉在较高温度下与水的反应，有效保证了铝粉活性。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
通过固化交联的方式将含能粘接剂包覆在铝粉表面，有效的提高了爆炸反应时铝粉表面的反应温度，提高了铝粉被点燃的几率，提升了铝粉的反应效率。
附图说明
图1为铝粉和本发明的铝基高能粒子的SEM图，左图为铝粉，右图为本发明的铝基高能粒子。
图2为铝粉和本发明的铝基高能粒子的激光点火图，左图为铝粉，右图为本发明的铝基高能粒子。
具体实施方式
下面结合本发明的实施例对本发明作进一步的阐述和说明。
实施例1：
一种铝基高能粒子，其成分组成为：铝粉：95g、含能粘接剂3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚(PBT)：4.7份、固化剂LMN-100：0.25份，催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTL)0.1份。铝粉的粒径为4～6μm。
所述的铝基高能粒子的制备方法，主要包括以下步骤：
(1)PBT溶液的配制：按比例定量称取3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚(PBT)4.7g和95g无水四氢呋喃于烧瓶中，配制成PBT溶液备用；
(2)铝粉在PBT溶液中的均匀分散：按比例定量称量铝粉95g，置于PBT溶液中，加入磁转子，置于磁力搅拌器上，设置转速为350r/min，进行分散，分散时间不小于0.5h，得到铝粉与PBT溶液的混合溶液；
(3)含能粘接剂在铝粉表面的交联固化：按比例定量称量0.25g固化剂LMN-100和催化剂二月桂酸二丁基锡0.1g，将其加入至铝粉和PBT的混合溶液，设置反应温度60±5℃，开启磁力搅拌器，设置搅拌速度为400r/min，反应时间不小于8小时；
(4)将步骤(3)反应溶液于温度35～45℃和真空下旋蒸至无溶剂；
(5)铝基高能粒子表面溶剂的清洗：向烧瓶中加入蒸馏水，轻晃形成悬浊液，再次悬蒸，重复此过程3至5次；
(6)铝基高能粒子的真空干燥：将清洗干净的铝基高能粒子置于真空干燥箱中，烘箱温度55～60℃，烘干时间8小时。
实施例2：
一种铝基高能粒子，其成分组成为：铝粉：95g、含能粘接剂3-3叠氮环氧丁烷四氢呋喃共聚醚(PBT)：4.75份、固化剂LMN-100：0.3份，催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTL)0.1份。
制备方法同实施例1。
其应用至奥克托今(HMX)基金属化炸药的具体方式为：
(1)含铝基高能粒子的奥克托今(HMX)基金属化炸药的主要组分为：HMX：56～60份，普通铝粉29～30份，铝基高能粒子5份，粘接剂及其他组分6份；
(2)含铝基高能粒子的奥克托今(HMX)基金属化炸药的制备方法为非水捏合造粒，通过非水捏合造粒获得奥克托今(HMX)基金属化炸药的造型粉；
(3)将制备好的含铝基高能粒子的奥克托今(HMX)基金属化炸药的造型粉压制成Φ25×30mm的标准爆热测试药柱，按照国军标GJB772A-701.1进行测试，爆热测试结果为7865.1KJ/kg，较不含铝基高能粒子的奥克托今(HMX)基金属化炸药得爆热提高215KJ/kg；
实施例3：
一种铝基高能粒子，其成分组成为：铝粉：92g、含能粘接剂3-3叠氮环氧丁烷四氢呋喃共聚醚(PBT)：4.7份、固化剂LMN-100：0.3份，催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTL)0.15份。
制备方法同实施例1。
其应用至黑索今(RDX)基金属化炸药的具体方式为：
(1)含铝基高能粒子的黑索今(RDX)基基金属化炸药的主要组分为：RDX：56～60份，普通铝粉29～30份，铝基高能粒子5份，粘接剂及其他组分6份；
(2)含铝基高能粒子的黑索今(RDX)基金属化炸药的制备方法为非水捏合造粒，通过非水捏合造粒获得黑索今(RDX)基金属化炸药的造型粉；
(3)将制备好的含铝基高能粒子的黑索今(RDX)基金属化炸药的造型粉压制成Φ25×30mm的标准爆热测试药柱，按照国军标GJB772A-701.1进行测试，爆热测试结果为7623.6KJ/kg，较不含铝基高能粒子的黑索今(RDX)基金属化炸药得爆热提高182.3KJ/kg。
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 (7)

1.一种铝基高能粒子，其特征在于包括下述质量份的组分：铝粉90～95份；含能粘接剂：4.7～4.75份；固化剂：0.25～0.3份；催化剂：0.1～0.15份；所述的含能粘接剂为3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚；所述的固化剂为LMN-100。
2.根据权利要求1所述的铝基高能粒子，其特征在于所述的铝基高能粒子由下述质量份的组分组成：铝粉90～95份；含能粘接剂：4.7～4.75份；固化剂：0.25～0.3份；催化剂：0.1～0.15份。
3.根据权利要求1所述的铝基高能粒子，其特征在于所述的铝粉的粒径为4～6μm。
4.根据权利要求1所述的铝基高能粒子，其特征在于所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡。
5.权利要求1～4任一项所述的铝基高能粒子的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
步骤A：将3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚溶于四氢呋喃中，得到3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚溶液；
步骤B：将铝粉置于3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚溶液中混匀，得到铝粉和3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚溶液的混合溶液；
步骤C：将固化剂和催化剂加入至铝粉和3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢呋喃共聚醚溶液的混合溶液中，然后于温度55～65℃下搅拌反应；
步骤D：将步骤C反应溶液于温度35～45℃下旋蒸至无溶剂，然后加水后再次旋蒸至无溶剂，反复几次；接着干燥，得到所述的铝基高能粒子。
6.根据权利要求5所述的铝基高能粒子的制备方法，其特征在于步骤B中的混匀是在磁力搅拌器中于转速不低于300r/min的条件下混合不少于0.5h；步骤C中搅拌反应是在磁力搅拌器中于转速不低于300r/min的条件下反应不少于6小时。
7.根据权利要求5所述的铝基高能粒子的制备方法，其特征在于步骤D中旋蒸的温度为35～45℃；步骤D中所述的干燥温度为55～60℃；干燥时间为不小于8小时。
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