CN111302877A - 一种改性的hato炸药及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性的HATO炸药，按照质量百分比由以下成分组成：HATO95％～98％、聚四氟乙烯树脂2％～5％、明胶0～1％。解决了现有技术中存在的因HATO与CMDB推进剂的相容性差引起的安全性下降的问题。本发明还公开了一种改性的HATO炸药的制备方法，具体为：称取乙醇和去离子水配置乙醇溶液，在反应釜中加入乙醇溶液以及明胶和聚四氟乙烯树脂，在一定的转速下搅拌溶解明胶和聚四氟乙烯树脂，然后加入HATO，将反应釜温度至55‑65℃，转速90‑110r/min真空搅拌8‑12min，转入捏合机中捏合，形成药浆，将药浆加入到球磨机中研磨后室温真空干燥，获得改性的HATO炸药。

Description

一种改性的HATO炸药及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料技术领域，涉及一种改性的HATO炸药，本发明还涉及上述HATO炸药的制备方法。
背景技术
在现代战争环境下，高技术武器装备系统对含能材料的发展提出了更高的要求。一方面，需要使用能量水平及释能效率更高的新型含能材料以提高能量和毁伤威力；另一方面，需要使用不敏感含能材料，提高武器系统的安全性。
HATO炸药，化学名为1,1’-二羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐，徳国慕尼黑大学称之为TKX-50，是一种高能低易损的单质材料，兼顾了高能量和安全性的特点。
论文《高能不敏感含能材料—HATO》(葛忠学等，含能材料，Vol.22No.4,2014)，HATO的分子组成中氮氢元含量较高，用于推进剂中，具有较大的产气量，并有助于降低燃烧产物的平均分子量，进而提高比冲，在推进剂和发射药中具有广阔的应用前景。但是，HATO的离子盐结构导致其在与NC/NG，DINA等硝酸酯体系不相容。
论文《1,1’-ニ羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐和CMDB推进剂组分的相互作用研究》(毕福强等，固体火箭技术，Vol.37No.2,2014)报道了，HATO使得CMDB推进剂热分解温由203.4℃提前到167.8℃，安全性显著下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性的HATO炸药，解决了现有技术中存在的因HATO与CMDB推进剂的相容性差引起的安全性下降的问题。
本发明的另一目的是提供一种改性的HATO炸药的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种改性的HATO炸药，按照质量百分比由以下成分组成：HATO95％～98％、聚四氟乙烯树脂2％～5％、明胶0～1％，，以上各组分的质量百分比总和为100％。
本发明所采用的另一种技术方案是，一种改性的HATO炸药的制备方法，具体按照如下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：HATO95％～98％、聚四氟乙烯树脂2％～5％、明胶0～1％，以上各组分的质量百分比总和为100％；
步骤2，称取乙醇和去离子水配置乙醇溶液，乙醇溶液的质量为HATO、聚四氟乙烯树脂以及明胶质量之和的4-6倍；
步骤3，在反应釜中加入步骤2配置的乙醇溶液以及步骤1称取的明胶和聚四氟乙烯树脂，在一定的转速下搅拌溶解明胶和聚四氟乙烯树脂，形成乳液，然后加入步骤1称取的HATO，继续搅拌一定的时间；
步骤4，将反应釜温度至55-65℃，转速90-110r/min真空搅拌8-12min，转入捏合机中，捏合一定的时间，出料，形成药浆；
步骤5，将药浆加入到球磨机中研磨，研磨机转速900-1100r/min，研磨时间3.5-4.5h，研磨后室温真空干燥5-8h，获得改性的HATO炸药。
本发明第二种技术方案的特征还在于，
步骤2中的乙醇溶液为质量分数45％的乙醇溶液。
步骤3中溶解明胶和聚四氟乙烯树脂为在转速1100-1300r/min下常温搅拌25-35min。
步骤3中加入HATO后以转速1100-1300r/min下常温搅拌25-35min。
步骤4中捏合机温度为55-65℃，转速为25-35r/min，真空捏合25-35min。
本发明的有益效果是：
本发明制备的HATO炸药与CMDB推进剂体系的相容性高，含本发明制备的HATO炸药的CMDB推进剂体热分解温度提高到200℃以上，安全性提高了。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种改性的HATO炸药，按照质量百分比由以下成分组成：HATO95％～98％、聚四氟乙烯树脂2％～5％、明胶0～1％，，以上各组分的质量百分比总和为100％。
本发明一种改性的HATO炸药的制备方法，具体按照如下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：HATO95％～98％、聚四氟乙烯树脂2％～5％、明胶0～1％，以上各组分的质量百分比总和为100％；
步骤2，称取乙醇和去离子水配置质量分数为45％的乙醇溶液，乙醇溶液的质量为HATO、聚四氟乙烯树脂以及明胶质量之和的4-6倍；
步骤3，在反应釜中加入步骤2配置的乙醇溶液以及步骤1称取的明胶和聚四氟乙烯树脂，在转速1100-1300r/min下常温搅拌25-35min，溶解明胶和聚四氟乙烯树脂，形成乳液，然后加入步骤1称取的HATO，以转速1100-1300r/min下常温搅拌25-35min；
步骤4，将反应釜温度至55-65℃，转速90-110r/min真空搅拌8-12min，转入捏合机中，合机温度为55-65℃，转速为25-35r/min，真空捏合25-35min，出料，形成药浆；
步骤5，将药浆加入到球磨机中研磨，研磨机转速900-1100r/min，研磨时间3.5-4.5h，研磨后室温真空干燥5-8h，获得改性的HATO炸药。
在本技术领域，通用认识是HATO导致CMDB推进剂的热安定性降低，其做法往往是提高HATO的热分解温度，但是效果并不明显。研究表明，HATO的热分解温度249.1℃，远高于200℃，导致CMDB推进剂热分解温度降低的原因是HATO的离子盐结构，该结构导致其与NC/NG，DINA等硝酸酯体系不相容。究其原因为：CMDB推进剂中的硝酸酯DINA、NC等溶解HATO，产生NO2；产生的气体又与HATO发生氧化还原反应，促进HATO分解；HATO分解放出的热量和气体产物又反过来加速了硝酸酯的分解。因此，解决HATO与CMDB推进剂的相容性问题，需要通过物理隔离或者化学作用，降低HATO在DINA、NC等硝酸酯中的溶解能力便可以提高HATO与CMDB推进剂的热安定性。
基于上述构思，本发明的设计思路是设计一种改性的HATO炸药，以HATO炸药为主体，加入聚四氟乙烯树脂和明胶，形成HATO@聚四氟乙烯结构，阻滞HATO在硝酸酯中的溶解。其中，聚四氟乙烯树脂起到涂膜作用，隔离HATO与硝酸酯的物理接触；聚四氟乙烯树脂与硝酸酯的相容性良好且不溶于硝酸酯。明胶属于多肽类高分子，常作为分散剂使用，其中的羧基团可以与HATO吸附，氨基酸结构与聚四氟乙烯树脂结合，促进聚四氟乙烯树脂在HATO表面涂膜，在改变HATO表面结构的基础上形成粒子团聚，可以扩大HATO粒度，进一步减小HATO与硝酸酯的接触。
实施例1
一种改性的HATO炸药的制备方法，具体按照如下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：HATO 98％、聚四氟乙烯树脂1.8％、明胶0.2％，以上各组分的质量百分比总和为100％，根据配方称量HATO、聚四氟乙烯树脂、明胶共100g；
步骤2，称取乙醇和去离子水配置质量分数为45％的乙醇溶液500g；
步骤3，在反应釜中加入步骤2配置的乙醇溶液以及步骤1称取的明胶和聚四氟乙烯树脂，在转速1200r/min下常温搅拌30min，溶解明胶和聚四氟乙烯树脂，形成乳液，然后加入步骤1称取的HATO，以转速1200r/min下常温搅拌30min；
步骤4，将反应釜温度至60℃，转速100r/min真空搅拌10min，转入捏合机中，合机温度为60℃，转速为30r/min，真空捏合30min，出料，形成药浆；
步骤5，将药浆加入到球磨机中研磨，研磨机转速1000r/min，研磨时间4h，研磨后室温真空干燥6h，获得改性的HATO炸药。
实施例2
一种改性的HATO炸药的制备方法，具体按照如下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：HATO97％、聚四氟乙烯树脂2％、明胶1％，以上各组分的质量百分比总和为100％，根据配方称量HATO、聚四氟乙烯树脂、明胶共100g；
步骤2，称取乙醇和去离子水配置质量分数为45％的乙醇溶液500g；
步骤3，在反应釜中加入步骤2配置的乙醇溶液以及步骤1称取的明胶和聚四氟乙烯树脂，在转速1200r/min下常温搅拌30min，溶解明胶和聚四氟乙烯树脂，形成乳液，然后加入步骤1称取的HATO，以转速1200r/min下常温搅拌30min；
步骤4，将反应釜温度至60℃，转速100r/min真空搅拌10min，转入捏合机中，合机温度为60℃，转速为30r/min，真空捏合30min，出料，形成药浆；
步骤5，将药浆加入到球磨机中研磨，研磨机转速1000r/min，研磨时间4h，研磨后室温真空干燥6h，获得改性的HATO炸药。
实施例3
一种改性的HATO炸药的制备方法，具体按照如下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：HATO95％、聚四氟乙烯树脂5％、明胶0％，以上各组分的质量百分比总和为100％，根据配方称量HATO、聚四氟乙烯树脂、明胶共100g；
步骤2，称取乙醇和去离子水配置质量分数为45％的乙醇溶液500g；
步骤3，在反应釜中加入步骤2配置的乙醇溶液以及步骤1称取的明胶和聚四氟乙烯树脂，在转速1200r/min下常温搅拌30min，溶解明胶和聚四氟乙烯树脂，形成乳液，然后加入步骤1称取的HATO，以转速1200r/min下常温搅拌30min；
步骤4，将反应釜温度至60℃，转速100r/min真空搅拌10min，转入捏合机中，合机温度为60℃，转速为30r/min，真空捏合30min，出料，形成药浆；
步骤5，将药浆加入到球磨机中研磨，研磨机转速1000r/min，研磨时间4h，研磨后室温真空干燥6h，获得改性的HATO炸药。
实施例4
一种改性的HATO炸药的制备方法，具体按照如下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：HATO96％、聚四氟乙烯树脂3％、明胶1％，以上各组分的质量百分比总和为100％；
步骤2，称取乙醇和去离子水配置质量分数为45％的乙醇溶液，乙醇溶液的质量为HATO、聚四氟乙烯树脂以及明胶质量之和的4-6倍；
步骤3，在反应釜中加入步骤2配置的乙醇溶液以及步骤1称取的明胶和聚四氟乙烯树脂，在转速1100/min下常温搅拌35min，溶解明胶和聚四氟乙烯树脂，形成乳液，然后加入步骤1称取的HATO，以转速1100r/min下常温搅拌35min；
步骤4，将反应釜温度至55℃，转速110r/min真空搅拌12min，转入捏合机中，合机温度为55℃，转速为35r/min，真空捏合35min，出料，形成药浆；
步骤5，将药浆加入到球磨机中研磨，研磨机转速900r/min，研磨时间4.5h，研磨后室温真空干燥8h，获得改性的HATO炸药。
实施例5
一种改性的HATO炸药的制备方法，具体按照如下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：HATO96％、聚四氟乙烯树脂3％、明胶1％，以上各组分的质量百分比总和为100％；
步骤2，称取乙醇和去离子水配置质量分数为45％的乙醇溶液，乙醇溶液的质量为HATO、聚四氟乙烯树脂以及明胶质量之和的4-6倍；
步骤3，在反应釜中加入步骤2配置的乙醇溶液以及步骤1称取的明胶和聚四氟乙烯树脂，在转速1300/min下常温搅拌25min，溶解明胶和聚四氟乙烯树脂，形成乳液，然后加入步骤1称取的HATO，以转速1300r/min下常温搅拌25min；
步骤4，将反应釜温度至65℃，转速90r/min真空搅拌8min，转入捏合机中，合机温度为65℃，转速为25r/min，真空捏合25min，出料，形成药浆；
步骤5，将药浆加入到球磨机中研磨，研磨机转速1100r/min，研磨时间3.5h，研磨后室温真空干燥5h，获得改性的HATO炸药。
为验证本发明的一种改性的HATO炸药的与CMDB推进剂的相容性进行试验，如下：
参考文献《1,1’-ニ羟基-5,5’-联四唑二羟胺盐和CMDB推进剂组分的相互作用研究》中“1.3推进剂固化试验，”方法制备CMDB推进剂药浆和HATO复合物，其中CMDB推进剂药浆和本发明制备的HATO炸药质量比与文献一致(10：3)，测试CMDB推进剂药浆和HATO复合物的DSC曲线，结果如下表1所示。
表1含HATO的CMDB推进剂分解温度
实验组 条件 分解温度
参考例 无HATO 203.4℃
对比例 外加30％未改性HATO 167.8℃
实施例1 外加30％的本发明实施例1制备的HATO炸药 201.6℃
实施例2 外加30％的本发明实施例2制备的HATO炸药 202.1℃
实施例2 外加30％的本发明实施例3制备的HATO炸药 200.7℃
从上表可以看出，采用本发明改性后的HATO和CMDB推进剂体系的相容性良好，含HATO的CMDB推进剂体热分解温度提高到200℃以上。

Claims (6)

1.一种改性的HATO炸药，其特征在于，按照质量百分比由以下成分组成：HATO 95％～98％、聚四氟乙烯树脂2％～5％、明胶0～1％，，以上各组分的质量百分比总和为100％。
2.一种改性的HATO炸药的制备方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：
步骤1，按照质量百分比称取以下组分：HATO95％～98％、聚四氟乙烯树脂2％～5％、明胶0～1％，以上各组分的质量百分比总和为100％；
步骤2，称取乙醇和去离子水配置乙醇溶液，乙醇溶液的质量为HATO、聚四氟乙烯树脂以及明胶质量之和的4-6倍；
步骤3，在反应釜中加入步骤2配置的乙醇溶液以及步骤1称取的明胶和聚四氟乙烯树脂，在一定的转速下搅拌溶解明胶和聚四氟乙烯树脂，形成乳液，然后加入步骤1称取的HATO，继续搅拌一定的时间；
步骤4，将反应釜温度至55-65℃，转速90-110r/min真空搅拌8-12min，转入捏合机中，捏合一定的时间，出料，形成药浆；
步骤5，将药浆加入到球磨机中研磨，研磨机转速900-1100r/min，研磨时间3.5-4.5h，研磨后室温真空干燥5-8h，获得改性的HATO炸药。
3.根据权利要求2所述的一种改性的HATO炸药的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的乙醇溶液为质量分数45％的乙醇溶液。
4.根据权利要求2所述的一种改性的HATO炸药的制备方法，其特征在于，所述步骤3中溶解明胶和聚四氟乙烯树脂为在转速1100-1300r/min下常温搅拌25-35min。
5.根据权利要求4所述的一种改性的HATO炸药的制备方法，其特征在于，所述步骤3中加入HATO后以转速1100-1300r/min下常温搅拌25-35min。
6.根据权利要求2所述的一种改性的HATO炸药的制备方法，其特征在于，所述步骤4中捏合机温度为55-65℃，转速为25-35r/min，真空捏合25-35min。
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