CN107986925A - 一种高能量密度反应性弹性体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高能量密度反应性弹性体,由如下重量份的组分组成:单质炸药:45~50份、活性金属:30~35份、粘结剂:15~17份、增塑剂:3~5份、催化剂:0.2~0.5份、稀释剂:10份、键合剂:0.006份。本发明还提供了所述高能量密度反应性弹性体的制备方法。与现有技术相比,本发明通过对炸药、活性金属和粘接剂的合理匹配设计和制备工艺改进使所得反应性弹性体具有较高能量密度和弹性性能,并且具有较好的安全性能和环境适应性能。
Description
技术领域
本发明属于含能材料制备技术领域,具体涉及一种高能量密度反应性弹性体及其制备方法。
背景技术
反应性材料是指在一定条件下能够发生化学反应并放出热量的材料,高能量密度材料是发展火炸药的关键材料。高能量密度材料性能的改进,将对含能材料的性能产生巨大的影响。在军事领域采用高能量密度反应性材料有利于提高射程、速度同时提高安全性、降低目标特征等性能。在民用领域高能量密度反应性材料在爆炸加工、焊接以及特殊爆破领域有广泛的需求。
目前我国在高能量密度材料研制方面发展很快,成功研制了许多特殊性能的高能量密度材料,反应性弹性体具有加工性能优良、可塑性强、安全性好的特点其在特殊民爆和军事领域有重要需求。然而目前对于高能量密度反应性弹性体及其制备方法的报道的不多。
发明内容
为了获得高能量密度反应性弹性体,满足特殊军事和民用的需求,本发明提供一种高能量密度反应性弹性体及其制备方法。采用本发明的方法制备的高能量密度反应性弹性体,具有较高的密度,较好的弹性性能同时具有较好的安全性能,该反应性弹性体可以满足特殊爆破作业及军事毁伤需求。
本发明采用的技术方案如下:
一种高能量密度反应性弹性体,由如下重量份的组分组成:单质炸药:45~50份、活性金属:30~35份、粘结剂:15~17份、增塑剂:3~5份、催化剂:0.2~0.5份、稀释剂:10份、键合剂:0.006份;
所述的单质炸药粒径为10~20μm,所述的活性金属粒径为20~100μm;
所述的单质炸药为三硝基三氨基甲苯(TATB);
所述的活性金属为微米铝(m-Al);
所述的粘接剂为室温硫化硅橡胶(PTV141);
所述的增塑剂为正硅酸乙酯(TEOS);
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡(DBTDL);
所述的稀释剂为苯乙烯(BX);
所述的键合剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560);
本发明还提供了高能量密度反应性弹性体的制备方法,主要包括以下步骤:
(1)配料:定量称取TATB、微米铝、PTV141、TEOS、催化剂、苯乙烯和KH560,备用;
(2)活性金属的预处理:将KH560溶于苯乙烯中搅拌均匀,然后在微米铝中加入KH560和苯乙烯的混合溶液,进一步搅拌均匀,在室温下静置2h,然后将混合物放入70±5℃烘箱中,放置5h使混合物中的苯乙烯挥发完全,预处理后的活性金属粉备用。
(3)原材料预混:增塑剂TEOS加入粘结剂PTV141中搅拌均匀,然后在真空度为-0.092Mpa下搅拌处理0.5h,除去粘结剂中的气泡和小分子组分。
(4)采用分批投料和捏合的方式进行混料:第一批:粘结剂和增塑剂的混合物、质量分数为50%的TATB炸药投入捏合机,在25±5℃的温度下捏合10~15min;第二批投入剩余的50%TATB炸药,在25±5℃的温度下捏合5~10min后停机清理捏合机桨叶及死角处物料;第三批投入经过预处理的微米铝在25±5℃的温度下捏合10~15min,结束后停机清理捏合机桨叶及死角处物料;第四批投入催化剂DBTDL,在25±5℃的温度下捏合5~7min,捏合完成后出料保持物料温度在15~30℃范围内使得物料具有良好的流动性;
(5)真空处理及真空浇注:用真空浇注装置对混合完成的物料进行浇注成型,控制物料温度15~30℃,设定真空浇注装置的真空度≤-0.090Mpa,振动台的振幅为0.3±0.1mm、频率为30±2Hz,在振动条件下将物料浇注到模具中直至物料完全填充满模具;
(6)固化:将物料连同模具放置在25±5℃的环境中,保持24~32小时,物料固化成型,开模、清理表面即得所需反应性弹性体。
本发明通过选择单质炸药TATB为主体炸药,有利于提高反应性弹性体的安全性能和耐热性能;
通过选择微米铝作为活性金属,既能增加反应性弹性体的强度又能提高铝的燃烧效率进而提高能量密度;
通过选择室温硫化硅橡胶PTV141,可降低反应性弹性体在制备过程由温度带来的风险,同时由于PTV141与TATB和Al具有很好的相容性,采用PTV141可提高反应性弹性体的安定性;
通过选择KH560为键合剂,提高微米铝与PTV141的结合力,增加反应性弹性体的力学强度;
通过对微米铝进行预处理,增加键合剂对微米铝的包覆效果,充分发挥键合剂的粘接能力;
采用分批投料分段捏合的混合方式,先将TATB和粘结剂混合,能提高TATB与粘接剂的混合均匀性避免TATB出现灰包,同时降低捏合过程中的安全风险。
与现有技术相比,本发明通过对炸药、活性金属和粘接剂的合理匹配设计和制备工艺改进使所得反应性弹性体具有较高能量密度和弹性性能,并且具有较好的安全性能和环境适应性能。
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
一种高能量密度反应性弹性体,其配方组成为(重量份数):TATB:45份、微米铝:35份、PTV141:15份、正硅酸乙酯:5份、DBTDL:0.3份、苯乙烯:10份、KH560:0.006份。
制备方法如下:
(1)配料:按照上述配方定量称取TATB、微米铝、PTV141、正硅酸乙酯、DBTDL、苯乙烯和KH560;
(2)微米铝的预处理:将KH560溶于苯乙烯中搅拌均匀,然后在微米铝中加入KH560和苯乙烯的混合溶液,进一步搅拌均匀,在室温下静置2h,然后将混合物放入70℃烘箱中,放置5h使混合物中的苯乙烯挥发完全,预处理后的微米铝备用。
(3)原材料预混:将TEOS加入PTV141中搅拌均匀,然后在真空度为-0.092Mpa下搅拌处理0.5h,除去粘结剂中的气泡和小分子组分。
(4)采用分批投料和捏合的方式进行混料:第一批:PTV141和DBTDL的混合物、质量分数为50%的TATB投入捏合机,在23℃的温度下捏合12min;第二批投入剩余的50%TATB炸药,在23℃的温度下捏合8min后停机清理捏合机桨叶及死角处物料;第三批投入经过预处理的微米铝在23℃的温度下捏合15min,结束后停机清理捏合机桨叶及死角处物料;第四批投入DBTDL,在23℃的温度下捏合7min,捏合完成后出料保持物料温度为20℃
(5)真空处理及真空浇注:用真空浇注装置对混合完成的物料进行浇注成型,控制物料温度20℃,设定真空浇注装置的真空度≤-0.090Mpa,振动台的振幅为0.3mm、频率为31Hz,在振动条件下将物料浇注到模具中直至物料完全填充满模具;
(6)固化:将物料连同模具放置在28℃的环境中,保持24小时,物料固化成型,开模、清理表面即得所需反应性弹性体。
所得高能量密度反应性弹性体的各项指标如下:
(1)实测密度ρ=1.80~1.82g/cm3,为理论密度的98%;
(2)爆速:5630±25m/s爆热:5770±25kJ/kg;
(3)压缩强度:15MPa,压缩应变:30.5%;
(4)邵氏硬度:77;
(5)撞击感度:0%,摩擦感度:0%;
(6)反应性弹性体经过-16~65℃的温度冲击,外观无裂纹出现。
实施例2
一种高能量密度反应性弹性体,其配方组成为(重量份数):TATB:48份、微米铝:32份、PTV141:16份、正硅酸乙酯:4份、DBTDL:0.25份、苯乙烯:10份、KH560:0.006份。
制备方法如下:
(1)配料:按照上述配方定量称取TATB、微米铝、PTV141、正硅酸乙酯、DBTDL、苯乙烯和KH560;
(2)微米铝的预处理:将KH560溶于苯乙烯中搅拌均匀,然后在微米铝中加入KH560和苯乙烯的混合溶液,进一步搅拌均匀,在室温下静置2h,然后将混合物放入72℃烘箱中,放置5h使混合物中的苯乙烯挥发完全,预处理后的微米铝备用。
(3)原材料预混:将TEOS加入PTV141中搅拌均匀,然后在真空度为-0.092Mpa下搅拌处理0.5h,除去粘结剂中的气泡和小分子组分。
(4)采用分批投料和捏合的方式进行混料:第一批:PTV141和DBTDL的混合物、质量分数为50%的TATB投入捏合机,在28℃的温度下捏合10min;第二批投入剩余的50%TATB炸药,在28℃的温度下捏合5min后停机清理捏合机桨叶及死角处物料;第三批投入经过预处理的微米铝在28℃的温度下捏合12min,结束后停机清理捏合机桨叶及死角处物料;第四批投入DBTDL,在28℃的温度下捏合5min,捏合完成后出料保持物料温度为25℃
(5)真空处理及真空浇注:用真空浇注装置对混合完成的物料进行浇注成型,控制物料温度25℃,设定真空浇注装置的真空度≤-0.090Mpa,振动台的振幅为0.4mm、频率为30Hz,在振动条件下将物料浇注到模具中直至物料完全填充满模具;
(6)固化:将物料连同模具放置在25℃的环境中,保持24小时,物料固化成型,开模、清理表面即得所需反应性弹性体。
所得高能量密度反应性弹性体的各项指标如下:
(1)实测密度ρ=1.81~1.83g/cm3,为理论密度的98%;
(2)爆速:5630±25m/s爆热:5770±25kJ/kg;
(3)压缩强度:16MPa,压缩应变:28.3%;
(4)邵氏硬度:78;
(5)撞击感度:0%,摩擦感度:0%;
(6)反应性弹性体经过-16~65℃的温度冲击,外观无裂纹出现。
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 (10)
1.一种高能量密度反应性弹性体,其特征在于:由如下重量份的组分组成:单质炸药:45~50份、活性金属:30~35份、粘结剂:15~17份、增塑剂:3~5份、催化剂:0.2~0.5份、稀释剂:10份、键合剂:0.006份。
2.根据权利要求1所述高能量密度反应性弹性体,其特征在于:所述的单质炸药粒径为10~20μm,所述的活性金属粒径为20~100μm。
3.根据权利要求1所述高能量密度反应性弹性体,其特征在于:
所述的单质炸药为三硝基三氨基甲苯。
4.根据权利要求1所述高能量密度反应性弹性体,其特征在于:
所述的活性金属为微米铝。
5.根据权利要求1所述高能量密度反应性弹性体,其特征在于:
所述的粘接剂为室温硫化硅橡胶。
6.根据权利要求1所述高能量密度反应性弹性体,其特征在于:
所述的增塑剂为正硅酸乙酯。
7.根据权利要求1所述高能量密度反应性弹性体,其特征在于:
所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡。
8.根据权利要求1所述高能量密度反应性弹性体,其特征在于:
所述的稀释剂为苯乙烯。
9.根据权利要求1所述高能量密度反应性弹性体,其特征在于:
所述的键合剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
10.权利要求1至9任一权利要求所述高能量密度反应性弹性体的制备方法,其特征在于主要包括以下步骤:
(1)配料:定量称取TATB、微米铝、PTV141、TEOS、催化剂、苯乙烯和KH560,备用;
(2)活性金属的预处理:将KH560溶于苯乙烯中搅拌均匀,然后在微米铝中加入KH560和苯乙烯的混合溶液,进一步搅拌均匀,在室温下静置2h,然后将混合物放入70±5℃烘箱中,放置5h使混合物中的苯乙烯挥发完全,预处理后的活性金属粉备用;
(3)原材料预混:增塑剂TEOS加入粘结剂PTV141中搅拌均匀,然后在真空度为-0.092Mpa下搅拌处理0.5h,除去粘结剂中的气泡和小分子组分;
(4)采用分批投料和捏合的方式进行混料:第一批:粘结剂和增塑剂的混合物、质量分数为50%的TATB炸药投入捏合机,在25±5℃的温度下捏合10~15min;第二批投入剩余的50%TATB炸药,在25±5℃的温度下捏合5~10min后停机清理捏合机桨叶及死角处物料;第三批投入经过预处理的微米铝在25±5℃的温度下捏合10~15min,结束后停机清理捏合机桨叶及死角处物料;第四批投入催化剂DBTDL,在25±5℃的温度下捏合5~7min,捏合完成后出料保持物料温度在15~30℃范围内使得物料具有良好的流动性;
(5)真空处理及真空浇注:用真空浇注装置对混合完成的物料进行浇注成型,控制物料温度15~30℃,设定真空浇注装置的真空度≤-0.090Mpa,振动台的振幅为0.3±0.1mm、频率为30±2Hz,在振动条件下将物料浇注到模具中直至物料完全填充满模具;
(6)固化:将物料连同模具放置在25±5℃的环境中,保持24~32小时,物料固化成型,开模、清理表面即得所需反应性弹性体。
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