CN108687340B - 表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法 - Google Patents

表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法，它是在铝粉水相悬浊液中加入改性剂，改性剂为酸溶液或氟化物，使其对铝粉表面惰性氧化层进行微腐蚀，形成带孔粗糙表面的改性铝粉。该改性铝粉提升铝粉的高温氧化速率和热量释放速率，继而提高铝粉的高温氧化燃烧性能。

Description

表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法
技术领域
本发明涉及材料改性方法，具体涉及一种表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法。
背景技术
铝粉由于密度高、耗氧量低和高的燃烧热，对提高比冲的作用相当显著，再加上原材料丰富、成本较低，因此被作为金属燃料广泛地应用在推进剂、火炸药、铝热剂等含能材料领域。通常情况下，铝粉表面被一层光滑且致密氧化铝膜包裹，铝粉点火燃烧就需要使其表面的氧化膜破裂、蒸发。如何提高铝粉的氧化燃烧效率成为铝粉在实际使用过程中需要解决的重要问题。巩飞艳等（CN103772078A）公开一种含能高分子表面改性铝粉的制备方法，改性后铝粉提高了表面的疏水性、力学性能以及高温下的反应活性。叶明泉等（CN103506621A）公开了一种氟橡胶包覆纳米铝粉复合粒子的制备方法，包覆层氟橡胶可延缓纳米铝粉的常温氧化，提高纳米铝粉的高温氧化速率及热量释放速率。赵凤起等（CN103611943A）公开了一种碳包覆纳米铝粉的制备方法，包覆的碳在高温燃烧时提前引发纳米铝颗粒内部金属燃烧反应的快速发生，提高推进剂的燃烧性能。从已有文献不难看出，铝粉燃料通过表面改性提高了热反应性能，然而，含能体系是严格配比的多组分体系，作为铝粉表面改性试引入的高分子、氟橡胶或碳，本身燃烧热不高，在燃烧过程仅释放较少的能量，其成分却占有一定的质量份额，这对提高含能体系整体的能量性能并不有利。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法，在铝粉表面不引入任何一种包覆剂，即可提高铝粉高温热反应性能，为铝粉在含能材料中的应用提供技术支撑。
本发明的技术解决方案是：该表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法是在铝粉水相悬浊液中加入改性剂，使其对铝粉表面惰性氧化层进行微腐蚀，形成带孔粗糙表面的改性铝粉；其特征是该改性铝粉的改性方法的具体步骤如下：
（1）常温常压下，将一定量铝粉加入到水中进行超声分散，得到铝粉水相悬浊液；
（2）将一定量改性剂一次性加入铝粉悬浊液中，整个过程在500-1000转/分搅拌下进行，反应一定时间后，将产物进行离心和洗涤，45℃干燥，得到改性铝粉。
其中，步骤（1）中，所述铝粉的粒径范围为100纳米-10微米。
其中，步骤（1）中，所述铝粉水相悬浊液中铝粉与水的重量比值为0.005-0.020。
其中，步骤（1）中，超声分散的要求是：超声分散功率60-360瓦。
其中，步骤（2）中，所述改性剂是盐酸、硫酸中的一种，或是氟化铵、氟化钠中的一种。
其中，步骤（2）中，所述改性剂在铝粉悬浊液中的浓度控制为0.1-0.3 mol/L。
其中，步骤（2）中，所述反应时间为0.5-1小时。
本发明的原理是：采用酸溶液或氟化物对铝粉表面光滑且致密的氧化膜进行微腐蚀，使其表面形成带孔粗糙结构，增加高温下铝粉氧化反应的活性位点，提升熔化后铝冲破氧化铝膜的氧化效率，继而改善铝粉的高温热反应性能。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
1、采用酸溶液或氟化物对铝粉表面进行改性，改性后铝粉表面不引入任何一种包覆剂。
2、改性过程常温常压下进行，改性工艺和所需要生产设备简单，适合工业化生产；
3、改性后铝粉在其表面形成带孔粗糙结构，明显提升铝粉的高温氧化速率和热量释放速率，提高铝粉的高温热反应性能。
附图说明
图1盐酸改性后铝粉扫描电镜照片；
图2硫酸改性后铝粉扫描电镜照片；
图3氟化铵改性后铝粉扫描电镜照片；
图4氟化钠改性后铝粉扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明的技术方案，但这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。
实施例1：依以下步骤改性铝粉
（1）常温常压下，将5公斤铝粉加入到1000公斤水中，功率60瓦超声分散，得到铝粉水相悬浊液；所述铝粉的粒径范围为100纳米；
（2）将一定量改性剂一次性加入铝粉悬浊液中，整个过程在500转/分搅拌下进行，反应1小时后，将产物进行离心和洗涤，45℃干燥，得到改性铝粉；所述改性剂是盐酸，盐酸在铝粉悬浊液中的浓度为0.1mol/L。
实施例2：依以下步骤改性铝粉
（1）常温常压下，将12.5公斤铝粉加入到1000公斤水中，功率210瓦超声分散，得到铝粉水相悬浊液；所述铝粉的粒径范围为1微米；
（2）将一定量改性剂一次性加入铝粉悬浊液中，整个过程在750转/分搅拌下进行，反应0.75小时后，将产物进行离心和洗涤，45℃干燥，得到改性铝粉；所述改性剂是硫酸，硫酸在铝粉悬浊液中的浓度为0.2mol/L。
实施例3：依以下步骤改性铝粉
（1）常温常压下，将20公斤铝粉加入到1000公斤水中，功率360瓦超声分散，得到铝粉水相悬浊液；所述铝粉的粒径范围为10微米；
（2）将一定量改性剂一次性加入铝粉悬浊液中，整个过程在1000转/分搅拌下进行，反应0.5小时后，将产物进行离心和洗涤，45℃干燥，得到改性铝粉；所述改性剂是氟化铵，氟化铵在铝粉悬浊液中的浓度为0.3 mol/L。
实施例4：依以下步骤改性铝粉
（1）常温常压下，将12.5公斤铝粉加入到1000公斤水中，功率100瓦超声分散，得到铝粉水相悬浊液；所述铝粉的粒径范围为100纳米；
（2）将一定量改性剂一次性加入铝粉悬浊液中，整个过程在750转/分搅拌下进行，反应1小时后，将产物进行离心和洗涤，45℃干燥，得到改性铝粉；所述改性剂是氟化钠，氟化钠在铝粉悬浊液中的浓度为0.2 mol/L。
其中，图1盐酸改性后铝粉扫描电镜照片；图2硫酸改性后铝粉扫描电镜照片；图3氟化铵改性后铝粉扫描电镜照片；图4 氟化钠改性后铝粉扫描电镜照片。由实施例1-4所得的改性铝粉的高温氧化性能的理化指标如下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
注：上述铝粉粒径均为样品平均粒径。

Claims (7)

1.表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法，其是在铝粉水相悬浊液中加入改性剂，使其对铝粉表面惰性氧化层进行微腐蚀，形成带孔粗糙表面的改性铝粉；其特征是该改性铝粉的改性方法的具体步骤如下：
（1）常温常压下，将一定量铝粉加入到水中进行超声分散，得到铝粉水相悬浊液；
（2）将一定量改性剂一次性加入铝粉水相悬浊液中，整个过程在500-1000转/分搅拌下进行，反应一定时间后，将产物进行离心和洗涤，45℃干燥，得到改性铝粉。
2.根据权利要求1所述的表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法，其特征是：步骤（1）中，所述铝粉的粒径范围为100纳米-10微米。
3.根据权利要求1所述的表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法，其特征是：步骤（1）中，所述铝粉水相悬浊液中铝粉与水的重量比值为0.005-0.020。
4.根据权利要求1所述的表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法，其特征是：步骤（1）中，超声分散的要求是：超声分散功率60-360瓦。
5.根据权利要求1所述的表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法，其特征是：步骤（2）中，所述改性剂是盐酸、硫酸中的一种，或是氟化铵、氟化钠中的一种。
6.根据权利要求1所述的表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法，其特征是：步骤（2）中，所述改性剂在铝粉悬浊液中的浓度控制为0.1-0.3 mol/L。
7.根据权利要求1所述的表面改性改善铝粉高温热反应性能的方法，其特征是：步骤（2）中，所述反应的时间为0.5-1小时。
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