CN108727145A - 一种三氢化铝超分子含能凝胶材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三氢化铝超分子含能凝胶材料及其制备方法，属于新型航天航空燃料的制备技术领域。将超分子凝胶材料升温至90℃～100℃后搅拌形成溶胶材料；高能燃料三氢化铝加入挂式四氢双环戊二烯溶胶体系，然后进行超声除去三氢化铝超分子含能溶胶中的气泡；制备好的溶胶材料冷却至室温形成三氢化铝超分子含能凝胶材料。

Description

一种三氢化铝超分子含能凝胶材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种三氢化铝超分子含能凝胶材料及其制备方法，属于新型航天航空燃料的制备技术领域。
背景技术
超分子凝胶材料主要是指有机小分子化合物通过分子间弱相互作用形成三维网络结构后将溶剂固定于其中所产生的一种介于固体与液体之间的物质形态，由于非共价键的动态可逆性，赋予了该类软材料优异的热加工性、自修复性及对环境的刺激响应性。利用有机小分子凝胶因子制备的含能凝胶材料尤其是凝胶推进剂领域有着广阔的应用前景。
但是单纯液体推进剂凝胶的能量密度离实用化仍有很大的差距。通过向凝胶推进剂添加金属纳米粉末(铝、铍、镁等)可以提高凝胶的密度与使用比冲，但是纳米金属粉末在凝胶推进剂的使用中存在沉降稳定性的问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种三氢化铝超分子含能凝胶材料及其制备方法。
本发明的技术解决方案是：
一种三氢化铝超分子含能凝胶材料，该材料包括三氢化铝、挂式四氢双环戊二烯和三脲基有机凝胶因子；以挂式四氢双环戊二烯的质量为100份计算，三氢化铝的质量为5-40份，三脲基有机凝胶因子的质量为1-4份。
一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将挂式四氢双环戊二烯和三脲基有机凝胶因子进行混合，加热使三脲基有机凝胶因子溶解，然后静置至室温形成凝胶材料；加热温度为90℃～100℃，加热时间为5-30min；
(2)对步骤(1)形成的凝胶材料进行加热搅拌，形成溶胶材料，搅拌的同时加入三氢化铝，使三氢化铝分散到溶胶材料中；加热搅拌的温度为90℃～100℃；搅拌时间为5-20min，搅拌速度为50-200转/min；
(3)对步骤(2)得到的分散有三氢化铝的溶胶材料进行超声处理，以除去溶胶材料中气泡；超声处理的功率为50-1000w，超声处理的时间为5-60min；
(4)将步骤(3)超声处理后的溶胶材料冷却至室温，得到三氢化铝超分子含能凝胶材料。
本发明的优点在于：
(1)A1H3应用于超分子含能凝胶材料提升了挂式四氢双环戊二烯有机小分子凝胶材料的能量水平；
(2)使用的有机小分子高密度碳氢燃料挂式四氢环戊二烯(JP-10)的溶胶-凝胶材料易于制备；
(3)制备A1H3超分子含能凝胶材料的工艺简单，可以大批量制备；
(4)该凝胶材料中的A1H3颗粒在贮存过程中没有沉降稳定性问题。
(5)将有机小分子凝胶因子在挂式四氢双环戊二烯(JP-10)中加热溶解后，静置至室温形成超分子凝胶材料，凝胶材料加热升温至一定温度后搅拌形成溶胶材料，加入高能金属燃料三氢化铝(AlH3)，通过超声除去体系中的气泡，静置至室温后形成三氢化铝超分子含能凝胶材料。
(6)本发明公开一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法。有机小分子凝胶因子加入挂式四氢双环戊二烯中加热溶解后静置至室温形成超分子凝胶材料；将超分子凝胶材料升温至90℃～100℃后搅拌形成溶胶材料；高能燃料三氢化铝加入挂式四氢双环戊二烯溶胶体系，然后进行超声除去三氢化铝超分子含能溶胶中的气泡；制备好的溶胶材料冷却至室温形成三氢化铝超分子含能凝胶材料。
具体实施方式
本发明制备三氢化铝超分子含能凝胶材料的技术方案包含以下工序：
第一步有机小分子凝胶因子加入挂式四氢双环戊二烯中加热溶解，静置至室温形成凝胶材料；第二步将凝胶材料升温至90℃～100℃；第三步开启搅拌器搅拌挂式四氢双环戊二烯凝胶，形成可流动的溶胶；第四步搅拌状态下加入金属燃料三氢化铝；第五步三氢化铝超分子含能溶胶进行超声，除去三氢化铝超分子含能溶胶中的气泡；第六步将制备好的溶胶材料冷却至室温成为三氢化铝超分子含能凝胶材料。
本发明所述的三氢化铝加入温度90℃～100℃。
本发明所述的搅拌器搅拌转速50～200转/分钟。
本发明所述的搅拌器搅拌时间5～20分钟。
本发明所述的超声方式，功率50～1000W。
本发明所述的超声时间5～60分钟。
本发明以一类三脲基有机小分子为凝胶因子，挂式四氢双环戊二烯(JP-10)为液体燃料制备凝胶材料。
三脲基有机凝胶因子的结构式如下：
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将100g挂式四氢双环戊二烯和1g三脲基有机凝胶因子进行混合，加热使三脲基有机凝胶因子溶解，然后静置至室温形成凝胶材料；加热温度为90℃，加热时间为5min；
(2)对步骤(1)形成的凝胶材料进行加热搅拌，形成溶胶材料，搅拌的同时加入10g三氢化铝，使三氢化铝分散到溶胶材料中；加热搅拌的温度为90℃；搅拌时间为5min，搅拌速度为50转/min；
(3)对步骤(2)得到的分散有三氢化铝的溶胶材料进行超声处理，以除去溶胶材料中气泡；超声处理的功率为50w，超声处理的时间为60min；
(4)将步骤(3)超声处理后的溶胶材料冷却至室温，得到三氢化铝超分子含能凝胶材料。
将得到的三氢化铝超分子含能凝胶材料进行倒置，结果为：不流动；
将得到的三氢化铝超分子含能凝胶材料放置10天后未发生沉降现象。
实施例2
一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将100g挂式四氢双环戊二烯和2g三脲基有机凝胶因子进行混合，加热使三脲基有机凝胶因子溶解，然后静置至室温形成凝胶材料；加热温度为96℃，加热时间为5min；
(2)对步骤(1)形成的凝胶材料进行加热搅拌，形成溶胶材料，搅拌的同时加入20g三氢化铝，使三氢化铝分散到溶胶材料中；加热搅拌的温度为96℃；搅拌时间为10min，搅拌速度为100转/min；
(3)对步骤(2)得到的分散有三氢化铝的溶胶材料进行超声处理，以除去溶胶材料中气泡；超声处理的功率为200w，超声处理的时间为40min；
(4)将步骤(3)超声处理后的溶胶材料冷却至室温，得到三氢化铝超分子含能凝胶材料。
将得到的三氢化铝超分子含能凝胶材料进行倒置，结果为：不流动；
将得到的三氢化铝超分子含能凝胶材料放置10天后未发生沉降现象。
实施例3
一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将100g挂式四氢双环戊二烯和4g三脲基有机凝胶因子进行混合，加热使三脲基有机凝胶因子溶解，然后静置至室温形成凝胶材料；加热温度为100℃，加热时间为5min；
(2)对步骤(1)形成的凝胶材料进行加热搅拌，形成溶胶材料，搅拌的同时加入40g三氢化铝，使三氢化铝分散到溶胶材料中；加热搅拌的温度为100℃；搅拌时间为15min，搅拌速度为200转/min；
(3)对步骤(2)得到的分散有三氢化铝的溶胶材料进行超声处理，以除去溶胶材料中气泡；超声处理的功率为1000w，超声处理的时间为5min；
(4)将步骤(3)超声处理后的溶胶材料冷却至室温，得到三氢化铝超分子含能凝胶材料。
将得到的三氢化铝超分子含能凝胶材料进行倒置，结果为：不流动；
将得到的三氢化铝超分子含能凝胶材料放置10天后未发生沉降现象。
实施例4
一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将100g挂式四氢双环戊二烯和1.5g三脲基有机凝胶因子进行混合，加热使三脲基有机凝胶因子溶解，然后静置至室温形成凝胶材料；加热温度为93℃，加热时间为5min；
(2)对步骤(1)形成的凝胶材料进行加热搅拌，形成溶胶材料，搅拌的同时加入35g三氢化铝，使三氢化铝分散到溶胶材料中；加热搅拌的温度为93℃；搅拌时间为20min，搅拌速度为100转/min；
(3)对步骤(2)得到的分散有三氢化铝的溶胶材料进行超声处理，以除去溶胶材料中气泡；超声处理的功率为800w，超声处理的时间为15min；
(4)将步骤(3)超声处理后的溶胶材料冷却至室温，得到三氢化铝超分子含能凝胶材料。
将得到的三氢化铝超分子含能凝胶材料进行倒置，结果为：不流动；
将得到的三氢化铝超分子含能凝胶材料放置10天后未发生沉降现象。
实施例5
一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将100g挂式四氢双环戊二烯和3g三脲基有机凝胶因子进行混合，加热使三脲基有机凝胶因子溶解，然后静置至室温形成凝胶材料；加热温度为98℃，加热时间为5min；
(2)对步骤(1)形成的凝胶材料进行加热搅拌，形成溶胶材料，搅拌的同时加入10g三氢化铝，使三氢化铝分散到溶胶材料中；加热搅拌的温度为98℃；搅拌时间为20min，搅拌速度为150转/min；
(3)对步骤(2)得到的分散有三氢化铝的溶胶材料进行超声处理，以除去溶胶材料中气泡；超声处理的功率为500w，超声处理的时间为30min；
(4)将步骤(3)超声处理后的溶胶材料冷却至室温，得到三氢化铝超分子含能凝胶材料。
将得到的三氢化铝超分子含能凝胶材料进行倒置，结果为：不流动；
将得到的三氢化铝超分子含能凝胶材料放置10天后未发生沉降现象。

Claims (10)

1.一种三氢化铝超分子含能凝胶材料，其特征在于：该材料包括三氢化铝、挂式四氢双环戊二烯和三脲基有机凝胶因子。
2.根据权利要求1所述的一种三氢化铝超分子含能凝胶材料，其特征在于：以挂式四氢双环戊二烯的质量为100份计算，三氢化铝的质量为5-40份，三脲基有机凝胶因子的质量为1-4份。
3.一种权利要求1-2任一所述的三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)将挂式四氢双环戊二烯和三脲基有机凝胶因子进行混合，加热，然后静置；
(2)对步骤(1)形成的凝胶材料进行加热搅拌，加入三氢化铝；
(3)对步骤(2)得到的材料进行超声处理；
(4)将步骤(3)超声处理后的溶胶材料冷却至室温，得到三氢化铝超分子含能凝胶材料。
4.根据权利要求3所述的一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，加热温度为90℃～100℃。
5.根据权利要求3或4所述的一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，加热时间为5-30min。
6.根据权利要求3或4所述的一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，加热搅拌的温度为90℃～100℃。
7.根据权利要求3或4所述的一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，加热搅拌时间为5-20min。
8.根据权利要求3或4所述的一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，加热搅拌速度为50-200转/min。
9.根据权利要求3或4所述的一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，超声处理的功率为50-1000w。
10.根据权利要求3或4所述的一种三氢化铝超分子含能凝胶材料的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，超声处理的时间为5-60min。
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