CN110105157A - 一种微胶囊型铝热剂及其制备方法 - Google Patents

一种微胶囊型铝热剂及其制备方法 Download PDF

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靳云鹤
关立峰
黄天一
殷明
王德海
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Abstract

本发明公开了一种微胶囊型铝热剂及其制备方法，其成分组成为铝粉54份、金属氧化物130～243份、石蜡2份、氟树脂4份，其中石蜡为第一层包覆材料包覆在铝粉和金属氧化物表面，氟树脂为第二层包覆材料，包覆在石蜡层的表面。采用本发明的方法制备的微胶囊型铝热剂，具有能量释放效率高且易于点火的特点，可以提升含铝热剂在混合炸药中的能量输出。

Description

一种微胶囊型铝热剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及军民两用含能材料领域，具体涉及一种微胶囊型铝热剂及其制备方法。
背景技术
金属粉能与炸药的爆轰产物反应释放大量的热量，因此在炸药中引入高热值金属粉能够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)及其低廉的价格成为混合炸药中常用的金属材料。但铝粉的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。
由活性金属和金属氧化物组成的混合物被称为铝热剂，其氧化还原反应过程中会放出大量的热量，传统铝热剂中活性金属和金属氧化物的混合为不规则的物理无序混合，导致其燃烧速率和能量释放速率较慢，限制了其在混合炸药中的应用。
微胶囊化技术是一种用包覆材料将固体或液体包覆起来形成微小粒子的技术，微胶囊技术起源于20世纪50年代，通过对物质的胶囊化可以实现许多功能，诸如：可改善被包覆物质的物理性质，提高物质稳定性，减少有毒物质对环境造成的不良影响等。
发明内容
为了促进铝粉的快速反应，提升铝粉在爆轰反应中的反应效率，提高炸药的能量输出，本发明提供一种微胶囊型铝热剂的制备及其在混合炸药中的应用。采用本发明的方法制备的微胶囊型铝热剂，具有能量释放效率高且易于点火的特点，可以提升含铝热剂在混合炸药中的能量输出。
为了达到上述技术效果，本发明采用如下技术方案：
一种微胶囊型铝热剂，包括以下重量份数的成分：铝粉54份、金属氧化物130～243份、石蜡2份，氟树脂4份。
进一步的技术方案为，所述铝粉的粒径为4μm～6μm。
进一步的技术方案为，所述金属氧化物选自氧化锌、三氧化二铁、氧化钼等常规金属氧化物。
进一步的技术方案为，所述石蜡的熔点为50～52℃。
本发明还提供一种微胶囊型铝热剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)氟树脂溶液的配制：按比例定量称取氟树脂和乙酸乙酯于烧杯中，配制成氟树脂溶液备用；
(2)石蜡溶液的配制：按比例定量称取石蜡和石油醚于烧杯中，配制成石蜡溶液备用；
(3)将铝粉和金属氧化物在正己烷溶液中通过磁力搅拌器均匀分散得到第一混合溶液；
(4)将石蜡溶液缓慢加入第一混合溶液中，开启磁力搅拌器使其混合均匀；石蜡溶液加入完毕后开始抽真空使溶剂挥发，至液面下降约1/3时，停止抽真空，得到第二溶液；
(5)将所述氟树脂溶液加入到第二溶液中，开启磁力搅拌器使其混合均匀；开启真空使溶剂挥发，待物料粘稠后，加入蒸馏水分散成粒，注意控制形成的颗粒大小；
(6)将步骤(5)得到的颗粒抽滤烘干，得到微胶囊型铝热剂。
进一步的技术方案为，所述氟树脂溶液中氟树脂的质量分数为4％，所述石蜡溶液中石蜡的质量分数为2％。
进一步的技术方案为，所述步骤(3)中磁力搅拌器的转速为360～480r/min，分散时间不小于1.1小时。
进一步的技术方案为，所述步骤(4)中磁力搅拌器的转速为300±50r/min，石蜡溶液的加入时间为15～20min。
进一步的技术方案为，所述步骤(5)中磁力搅拌器的转速为300±50r/min，氟树脂溶液的加入时间为20～30min。
进一步的技术方案为，所述步骤(5)中颗粒大小为10目～15目。
为保证本发明的可靠、有效，本发明选择使用添加2份的石蜡作为微胶囊第一层包覆材料；
通过选择氟树脂作为第二层胶囊包覆材料，实现微胶囊的稳定构筑，保证胶囊结构的稳定性和具备一定的结构强度；
通过严格控制铝粉与金属氧化物的比例，保证两者按照预定的规律燃烧，提高铝粉的利用效率。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
与现有利用简单物理混合方法制备的铝热剂相比，本发明的特色和创造性在于：使用氟树脂和石蜡将化学计量比的金属氧化物与铝粉团聚包覆制备成微胶囊型铝热剂，提升了氧化剂与铝粉的接触几率，缩短了反应通道，使铝热反应能够快速有效进行，提升了铝粉的反应效率和能量输出，同时，所有制备操作均在液相中完成，安全可靠。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的微胶囊型铝热剂的示意图；
图2为同等点火条件下，机械混合的铝热剂的激光点火图；
图3为同等点火条件下，微胶囊型铝热剂的激光点火图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1
一种微胶囊型铝热剂，其成分组成(重量份数)为：铝粉：54份，氧化锌(ZnO)：243份，石蜡：2份，氟树脂：4份；
铝粉(Al)控制的粒径范围为：4μm～6μm；
所述的微胶囊型铝热剂的制备方法，主要包括以下步骤：
(1)石蜡溶液的配制：按比例定量称取石蜡2g和98g石油醚烧瓶中，配制成石蜡的石油醚溶液备用；
(2)氟树脂溶液的配制：按比例定量称取氟树脂4g和96g乙酸乙酯于烧杯中，配制成氟树脂溶液备用；
(3)铝粉&金属氧化物在正己烷溶液中的均匀分散：按比例定量称取铝粉54g，氧化锌(ZnO)243g，置于500g正己烷溶液中，加入磁转子，置于磁力搅拌器上，转速为(360～480)r/min，进行分散，分散时间不小于1.1h；
(4)石蜡对铝热剂的包覆及微胶囊的初步构筑：将100g石蜡的石油醚溶液缓慢加入至铝粉和氧化锌(ZnO)的混合溶液，开启磁力搅拌器，转速(300±50)r/min，控制石蜡溶液的加入时间在(15～20)min；
(5)溶剂的第一次挥发：石蜡溶液加入完毕后，开启真空，抽真空，至液面下降约1/3时，停止抽真空；
(6)氟树脂对铝热剂的包覆及微胶囊的二次构筑：将100g氟树脂溶液缓慢加入步骤5的溶液中，开启磁力搅拌器，转速(300±50)r/min，控制氟树脂溶液的加入时间在(20～30)min；
(7)溶剂的第二次挥发：开启真空，开始挥发溶剂，待物料粘稠后，加入蒸馏水约2300mL分散成粒，注意控制成粒的大小。
(8)将造型粉抽滤烘干。
实施例2
一种微胶囊型铝热剂，其成分组成(重量份数)为：铝粉：54份，氧化钼(MoO3)：144份，石蜡：2份，氟树脂：4份；
铝粉(Al)控制的粒径范围为：4μm～6μm；
所述的微胶囊型铝热剂的制备方法，主要包括以下步骤：
(1)石蜡溶液的配制：按比例定量称取石蜡2g和98g石油醚烧瓶中，配制成石蜡的石油醚溶液备用；
(2)氟树脂溶液的配制：按比例定量称取氟树脂4g和96g乙酸乙酯于烧杯中，配制成氟树脂溶液备用；
(3)铝粉&金属氧化物在正己烷溶液中的均匀分散：按比例定量称取铝粉54g，氧化钼(MoO3)144g，置于500g正己烷溶液中，加入磁转子，置于磁力搅拌器上，转速为(360～480)r/min，进行分散，分散时间不小于1.1h；
(4)石蜡对铝热剂的包覆及微胶囊的初步构筑：将100g石蜡的石油醚溶液缓慢加入至铝粉和氧化钼(MoO3)的混合溶液，开启磁力搅拌器，转速(300±50)r/min，控制石蜡溶液的加入时间在(15～20)min；
(5)溶剂的第一次挥发：石蜡溶液加入完毕后，开启真空，抽真空，至液面下降约1/3时，停止抽真空；
(6)氟树脂对铝热剂的包覆及微胶囊的二次构筑：将100g氟树脂溶液缓慢加入步骤5的溶液中，开启磁力搅拌器，转速(300±50)r/min，控制氟树脂溶液的加入时间在(20～30)min；
(7)溶剂的第二次挥发：开启真空，开始挥发溶剂，待物料粘稠后，加入蒸馏水约2300mL分散成粒，注意控制成粒的大小。
(8)将造型粉抽滤烘干。
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 (9)

1.一种微胶囊型铝热剂，其特征在于，所述铝热剂包括以下重量份数的成分：铝粉54份、金属氧化物130～243份、石蜡2份，氟树脂4份。
2.根据权利要求1所述的微胶囊型铝热剂，其特征在于，所述铝粉的粒径为4μm～6μm。
3.根据权利要求1所述的微胶囊型铝热剂，其特征在于，所述石蜡的熔点为50～52℃。
4.一种微胶囊型铝热剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)氟树脂溶液的配制：按比例定量称取氟树脂和乙酸乙酯于烧杯中，配制成氟树脂溶液备用；
(2)石蜡溶液的配制：按比例定量称取石蜡和石油醚于烧杯中，配制成石蜡溶液备用；
(3)将铝粉和金属氧化物在正己烷溶液中通过磁力搅拌器均匀分散得到第一混合溶液；
(4)将石蜡溶液缓慢加入第一混合溶液中，开启磁力搅拌器使其混合均匀；石蜡溶液加入完毕后开始抽真空使溶剂挥发，至液面下降约1/3时，停止抽真空，得到第二溶液；
(5)将所述氟树脂溶液加入到第二溶液中，开启磁力搅拌器使其混合均匀；开启真空使溶剂挥发，待物料粘稠后，加入蒸馏水分散成粒，注意控制形成的颗粒大小；
(6)将步骤(5)得到的颗粒抽滤烘干，得到微胶囊型铝热剂。
5.根据权利要求4所述的微胶囊型铝热剂的制备方法，其特征在于，所述氟树脂溶液的中氟树脂的质量分数为4％，所述石蜡溶液中石蜡的质量分数为2％。
6.根据权利要求4所述的微胶囊型铝热剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中磁力搅拌器的转速为360～480r/min，分散时间不小于1.1小时。
7.根据权利要求4所述的微胶囊型铝热剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中磁力搅拌器的转速为300±50r/min，石蜡溶液的加入时间为15～20min。
8.根据权利要求4所述的微胶囊型铝热剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中磁力搅拌器的转速为300±50r/min，氟树脂溶液的加入时间为20～30min。
9.根据权利要求4所述的微胶囊型铝热剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中颗粒大小为10目～15目。
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