CN107935799A - 基于静电喷雾法制备的钝感起爆药及其方法 - Google Patents

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昂秦
朱顺官
李燕
单聪明
李柠芮
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Abstract

本发明公开了一种基于静电喷雾法制备的钝感起爆药及其方法。所述的钝感起爆药由100重量份纳米铝热剂和0.5重量份硝化棉构成，其中，纳米铝热剂由重量百分比分别为54%~57%五水硫酸铜和43%~46%纳米铝粉构成，其制备步骤为：将五水硫酸铜作为氧化剂，纳米铝粉作为还原剂，用静电喷雾方法制备出在微观结构上形成以硫酸盐为核，以纳米铝粉为壳的包覆型结构，其独特的微观结构使其具备更高放热量和更高峰值压力的性能。本发明的钝感起爆药相比较于传统的起爆药，具有安全性高，无重金属离子等优点；解决了当前雷管用起爆药的安全问题，同时静电喷雾法制备工艺简单，生产过程不产生废水。

Description

基于静电喷雾法制备的钝感起爆药及其方法
技术领域
本发明属于含能材料技术领域，具体涉及到一种钝感起爆药及其制备方法。本发明所制备的钝感起爆药可解决现有起爆药在生产使用过程中的安全问题和环保问题。
背景技术
目前国内外军用和民用雷管中仍然广泛采用叠氮化铅、斯蒂芬酸铅、高氮酸·四氨·双(5－硝基四唑)(合钴)(Ⅲ)(BNCP)、二硝基重氮酚(DDNP)高氯酸三碳酰肼合镉(Ⅱ)(GTG)等安全性差、含有重金属成分或生产过程中产生大量有害废水的起爆药，制备、生产和运输这些起爆药的过程存在很大的安全风险和环境污染风险。
在含能材料领域，硫酸盐因为其含有有色金属离子可以作为焰火药剂使用，例如将硫酸铜、硫和氯酸钾混合会产生紫色的火焰。烟火药剂是指燃烧时产生光、声、烟、色、热和气体等烟火效应的混合物，而起爆药是在较弱外部激发能(如机械、热、电、光)的作用下，即可发生燃烧.并能迅速转变成爆轰的敏感药剂。起爆药需要在反应时产生大量的气体和热，从快速燃烧转变为爆轰，起爆猛炸药。
纳米铝热剂是由纳米级燃料和氧化剂组成的混合物，这类复合粒子由于其高反应活性、高能量密度成为如今含能材料研究领域中的重要方向。大多纳米铝热剂不含有重金属离子，在制备和使用的过程中要比起爆药环保。目前将纳米铝热剂作为含能材料使用，主要是将纳米铝热剂与猛炸药混合，作为起爆药的替代品，还未能完全独立起爆炸药。同时这些纳米铝热剂的静电、摩擦感度过高依旧影响了应用，如40nm Bi2O3/41nm的静电感度只有0.125μJ，甚至远高于斯蒂芬酸铅的静电感度(0.87mJ)。随着纳米铝热剂种类和制备方法的不断更新与发展，也使得其替代起爆药越来越具有可能性。
发明内容
本发明目的在于提供一种钝感起爆药及其制备方法。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种钝感起爆药，由100重量份纳米铝热剂和0.5重量份硝化棉构成，其中，纳米铝热剂由重量百分比分别为54％～57％五水硫酸铜和43％～46％纳米铝粉构成。
进一步的，五水硫酸铜纯度为99.9％，粒径为1-2微米。
进一步的，纳米铝粉中的活性铝占75wt％，纳米铝粉粒径为50纳米。
进一步的，硝化棉的含水量小于0.1wt％，其为醇溶性硝化棉。
上述钝感起爆药的制备方法，由以下步骤组成：(1)将硝化棉溶于异丙醇中，超声混合溶解；(2)然后将五水硫酸铜和纳米铝粉分散到上述溶液中，超声混合2h以上形成前驱液；(3)将前驱液置于静电喷雾装置的注射器中，将其喷涂到铝箔上，喷涂速度为4.5-5ml/h，静电压力为19-20kV，静电喷雾时间为40-50min，接收距离为10-12cm；最后将铝箔上收集到的复合粒子干燥30min。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.首次选用五水硫酸铜作为纳米铝热剂中的氧化剂起爆黑索金，主要是基于五水硫酸铜与纳米铝粉发生铝热反应时可以产生大量的气体和热质点，有利于黑索金的起爆。
2.本发明所述钝感起爆药相比较于现有的起爆药和金属氧化物纳米铝热剂，它的静电和摩擦感度低，在使用过程中更加安全，相比较于现有的起爆药不含有重金属离子，更加环保。
3.硝化棉在钝感起爆药中起到粘结剂的作用，在静电喷雾过程中将纳米铝粉和五水硫酸铜紧密结合，增加了可燃物与氧化剂的接触面积，提高了反应的热性能。
4.静电喷雾法操作简单，在喷涂过程中形成稳定的泰勒锥，喷出的复合粒子颗粒均匀，平均粒径为5微米。
附图说明
图1为实施例1所述钝感起爆药的扫描电镜图。
图2为不同重量比下在密闭爆发器中压力随时间变化曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
称取制备好的样品20mg置于密闭爆发器中，引燃后由示波器记录密闭爆发器中压力随时间变化得到P-t曲线。
硫酸盐一直作为一种烟火药剂是利用其发光效应作为焰火药剂使用，硫酸盐的吉布斯自由能低，比较稳定，并且含氧量高，将硫酸盐作为纳米铝热剂的氧化剂有利于纳米铝热剂在起爆反应中形成高温高压的环境，可作为起爆药的主要成分。
实施例1：
称取1.8mg溶解于2ml异丙醇中，将0.25g五水硫酸铜和0.108g纳米铝粉分散于硝化棉溶液中，超声形成前驱液。将前驱液加入静电喷雾装置的注射器中，用铝箔收集后干燥，其形貌如图1所示。将样品置于密闭爆发器点火得到P-t曲线如图2。
实施例2：
称取2.0mg溶解于2ml异丙醇中，将0.25g五水硫酸铜和0.135g纳米铝粉分散于硝化棉溶液中，超声形成前驱液。将前驱液加入静电喷雾装置的注射器中，用铝箔收集后干燥。将样品置于密闭爆发器点火得到P-t曲线如图2。
实施例3：
称取2.1mg溶解于2ml异丙醇中，将0.25g五水硫酸铜和0.162g纳米铝粉分散于硝化棉溶液中，超声形成前驱液。将前驱液加入静电喷雾装置的注射器中，用铝箔收集后干燥。将样品置于密闭爆发器点火得到P-t曲线如图2。
实施例4：
称取2.2mg溶解于2ml异丙醇中，将0.25g五水硫酸铜和0.189g纳米铝粉分散于硝化棉溶液中，超声形成前驱液。将前驱液加入静电喷雾装置的注射器中，用铝箔收集后干燥。将样品置于密闭爆发器点火得到P-t曲线如图2。
实施例5：
称取2.3mg溶解于2ml异丙醇中，将0.25g五水硫酸铜和0.216g纳米铝粉分散于硝化棉溶液中，超声形成前驱液。将前驱液加入静电喷雾装置的注射器中，用铝箔收集后干燥。将样品置于密闭爆发器点火得到P-t曲线如图2。
实施例6：
称取2.5mg溶解于2ml异丙醇中，将0.25g五水硫酸铜和0.243g纳米铝粉分散于硝化棉溶液中，超声形成前驱液。将前驱液加入静电喷雾装置的注射器中，用铝箔收集后干燥。将样品置于密闭爆发器点火得到P-t曲线如图2。
将实施例1-6用于起爆装置中起爆黑索金，该装置的装药结构包括三层：底部是压装黑索金(压药压力为40Mpa)，中间装药为松装黑索金；上层装药为松装钝感起爆药，采用电点火药头点火。起爆后得到的实验结果如表1。
将实施例4参照GJB 5891.27—2006火工品药剂试验方法第27部分：静电火花感度实验测定其在3.5kV和8kV下的发火率，每组实验测试25发。将氧化铜纳米铝热剂和氧化铋纳米铝热剂作为对比，实验结果如表2.
表1复合物实验结果
表2静电感度实验结果

Claims (7)

1.钝感起爆药，其特征在于，由100重量份纳米铝热剂和0.5重量份硝化棉构成，其中，纳米铝热剂由重量百分比分别为54%~57%五水硫酸铜和43%~46%纳米铝粉构成。
2.如权利要求1所述的钝感起爆药，其特征在于，五水硫酸铜纯度为99.9%，粒径为1-2微米。
3.如权利要求1所述的钝感起爆药，其特征在于， 纳米铝粉中的活性铝占75wt%。
4.如权利要求1所述的钝感起爆药，其特征在于，纳米铝粉粒径为50±2纳米。
5.如权利要求1所述的钝感起爆药，其特征在于，硝化棉的含水量小于0.1wt%。
6.如权利要求1所述的钝感起爆药，其特征在于，硝化棉采用醇溶性硝化棉。
7.如权利要求1-6任一所述的钝感起爆药的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将硝化棉溶于异丙醇中，超声混合溶解；（2）然后将五水硫酸铜和纳米铝粉分散到上述溶液中，超声混合2h以上形成前驱液；（3）将前驱液置于静电喷雾装置的注射器中，将其喷涂到铝箔上，喷涂速度为4.5-5ml/h，静电压力为19-20kV，静电喷雾时间为40-50min，接收距离为10-12cm；最后将铝箔上收集到的复合粒子干燥30min。
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