CN111423293A - 一种提升含能材料中铝粉有效反应率的方法及产品 - Google Patents

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    • C06B45/18—Compositions or products which are defined by structure or arrangement of component of product comprising a coated component
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Abstract

本发明公开了一种提升含能材料中铝粉有效反应率的方法及产品，其包括如下步骤：（1）按配比分别称取铝粉、含氟材料，备用；（2）将称取的铝粉与无水溶液在40~80℃下混合搅拌均匀，得到第一中间体；（3）将含氟材料在40~80℃、搅拌条件下加入乙酸乙酯中，并使含氟材料均匀分散于乙酸乙酯中，得到第二中间体；（4）在40~80℃、搅拌条件下，将第二中间体滴加入第一中间体中；待第二中间体滴加完成后，继续搅拌溶液至含氟材料与铝粉包覆完全，得到第三中间体；（5）将第三中间体在40~90℃下动态干燥，得到包覆颗粒物。本申请能有效提升铝粉的反应率，进而改善含能材料的整体性能，且制备工艺合理，能够满足工业化应用的需求，具有较高的应用价值。

Description

一种提升含能材料中铝粉有效反应率的方法及产品
技术领域
本发明涉及化工领域，尤其是含能材料领域，具体为一种提升含能材料中铝粉有效反应率的方法及产品。
背景技术
高能量密度含能材料作为能够为现代武器提供精确打击和高效毁伤能力的能量载体，是目前研究的热点。其中，铝粉的熔点较低，金属活性适中，贮存稳定性好，且其耗氧量低，密度高，加上原材料丰富，成本较低，是一种理想的含能金属燃料，主要应用于烟火药、固体推进剂、火炸药等领域。然而，铝粉表面活性高，比表面积大，容易在其表面形成一层氧化膜，但这一层氧化膜对铝粉的燃烧性能并无帮助。
同时，氟橡胶作为一种烟火药常用粘合剂，具有负氧值高、易溶于有机溶剂、有良好的热稳定性和抗老化性，塑性好、与活泼组分相容性好等特点。以氟橡胶为粘结剂的含能材料，还具有良好的力学强度、较低的机械感度、良好的安定性。目前，已有部分专利申请将氟橡胶、铝粉联合用于含能材料中。
为此，本申请提供一种提升含能材料中铝粉有效反应率的方法及产品。
发明内容
本发明的发明目的在于，提供一种提升含能材料中铝粉有效反应率的方法及产品，其能有效提升铝粉的反应率，进而改善含能材料的整体性能。本申请制备工艺合理，能够满足工业化应用的需求，具有较高的应用价值。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提升含能材料中铝粉有效反应率的方法，包括如下步骤：
（1）按配比分别称取铝粉、含氟材料，备用，所述含氟材料的质量为铝粉与含氟材料质量之和的2%~30%；
（2）将称取的铝粉与无水溶液在40~80℃下混合搅拌均匀，得到第一中间体，并对第一中间体持续进行搅拌；
（3）将含氟材料在40~80℃、搅拌条件下加入乙酸乙酯中，并使含氟材料均匀分散于乙酸乙酯中，得到第二中间体；
（4）在40~80℃、搅拌条件下，将第二中间体滴加入第一中间体中；待第二中间体滴加完成后，继续搅拌溶液至含氟材料与铝粉包覆完全，得到第三中间体；
（5）将第三中间体在40~90℃下动态干燥，得到均匀包覆颗粒物，即可；
所述含氟材料为含氟有机物。
所述铝粉与含氟材料的质量百分比之和为100%。
所述无水溶液与乙酸乙酯互溶。
所述无水溶液不与铝粉发生化学反应。
所述第三中间体不能出现分层。
所述步骤2、3、4中，搅拌转速为60~1200rpm。
所述步骤5中，干燥时间为0.5~50h。
所述步骤5中，将得到的包覆颗粒物过筛，即得产品。
所述含氟材料为氟橡胶、聚四氟乙烯、全氟聚醚、全氟羧酸中的一种或多种。
采用前述方法制备的产品。
现有技术中，在铝粉表面设置防护剂，主要目的在于防止铝粉氧化，而本申请的目的在于提高铝粉的反应率。本申请的产品中，以铝粉作为含能材料主体，选用氟橡胶、聚四氟乙烯、全氟聚醚、全氟羧酸作为含氟材料，通过铝粉与含氟材料相配合，从而大幅提升含能材料中铝粉的有效反应率。
现有材料中，通常先将铝粉用硅烷偶联剂改性，以降低铝粉表面能，提高与包覆材料界面结合力，再用可溶性氟橡胶包覆，实现了氟橡胶在铝粉表面的有效包覆。该方法能够阻止铝粉的氧化并保持铝粉的活性，但其制备方法较为复杂，需要采用氮气保护、超声分散、真空干燥对操作，对反应条件的要求较高。而在实际应用中，对反应条件的简化，对于降低材料的生产、制造成本，具有重要的意义。为此，发明人通过多年探索和实践，提供一种提升含能材料中铝粉有效反应率的方法及产品。
本申请中，含氟材料的质量为铝粉与含氟材料质量之和的2%~30%；先将称取的铝粉与无水溶液在40~80℃下混合搅拌均匀，得到第一中间体，并对第一中间体持续进行搅拌，使其尽可能均匀分散；然后，在40~80℃、搅拌条件下，将含氟材料加入乙酸乙酯中，并使含氟材料均匀分散于乙酸乙酯中，得到第二中间体；接着，在40~80℃、搅拌条件下，将第二中间体滴加入第一中间体中；待第二中间体滴加完成后，继续搅拌溶液至含氟材料与铝粉包覆完全（搅拌时间可以为0.1~50h），得到第三中间体；最后，将第三中间体在40~90℃下动态干燥，得到均匀包覆颗粒物，即可。
本申请所制备的含能材料采用捏合造粒，其中不能有水，因此采用无水溶液作为溶剂，并与铝粉混匀。同时，以乙酸乙酯对含氟材料进行溶解，得到第二中间体。本申请中，第二中间体以溶液的形式加进去后，从微观层面而言，每一滴含氟材料溶液都是分散的，最开始分散在铝粉的表面；只有当含氟材料的浓度达到一定值时，其才能完全包覆在铝粉的表面，这就能保证含氟材料包覆的均匀度。而采用低温干燥的方式，能够使制备的产品包覆更致密。通过控制干燥温度，基于第三中间体中液体的量，干燥时间即可确定（即当干燥的温度确定后，干燥的时间就只跟溶剂的蒸发有关）。作为优选，将得到的包覆颗粒物过筛，即得产品。
与现有技术相比，本申请通过对反应原料、反应条件的控制，能够有效提升含能材料中铝粉的分散程度和有效反应率；同时，该方法简单，操作方便，成本低，制备周期短，反应条件温和，能够满足工业化应用的需求，适用于大规模生产和应用的需求。
进一步，本申请请求保护该方法制备的产品。该产品中，采用氟橡胶、聚四氟乙烯、全氟聚醚、全氟羧酸为含氟材料对铝粉进行包覆，并使得每个铝球上都能包覆上含氟材料，通过含氟材料在反应过程中对氧化铝壳层进行减薄甚至去除，提升铝粉在炸药爆炸中的反应效率。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为SEM测试结果图一。
图2为SEM测试结果图二。
图3为SEM测试结果图三。
图4为动态激光闪射图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
（一）产品制备
实施例1
（1）分别称取铝粉45kg、含氟材料5kg（本实施例的含氟材料采用全氟聚醚（其缩写为PFPE，CAS号为69991-67-9，全氟聚醚占铝粉与全氟聚醚质量之和的10wt%），备用。
（2）将称取的铝粉与40kg汽油在40~50℃下混合搅拌均匀，得到第一中间体，并对第一中间体持续进行搅拌。
（3）将称取的全氟聚醚在40~55℃、搅拌条件下加入15kg乙酸乙酯中，并使全氟聚醚均匀分散于乙酸乙酯中，得到第二中间体。
（4）在40~55℃、搅拌条件下，将第二中间体滴加入第一中间体中。待第二中间体滴加完成后，继续搅拌溶液至含氟材料与铝粉包覆完全，得到第三中间体。其中，第三中间体未出现分层现象。
（5）将第三中间体在40~90℃下动态干燥，得到包覆颗粒物，即可。
其中，步骤2、3、4中，搅拌转速为400~600rpm。
实施例2
（1）分别称取铝粉48kg、含氟材料2kg（本实施例采用氟橡胶F2601，其占铝粉与含氟材料质量之和的4wt%），备用。
（2）将称取的铝粉与40kg辛烷在40~80℃下混合搅拌均匀，得到第一中间体，并对第一中间体持续进行搅拌。
（3）将称取的氟橡胶F2601在40~80℃、搅拌条件下加入4kg乙酸乙酯中，并使氟橡胶F2601均匀分散于乙酸乙酯中，得到第二中间体。
（4）在40~80℃、搅拌条件下，将第二中间体滴加入第一中间体中。待第二中间体滴加完成后，继续搅拌溶液至含氟材料与铝粉包覆完全，得到第三中间体。其中，第三中间体未出现分层现象。
（5）将第三中间体在40~90℃下动态干燥，得到包覆颗粒物，即可。
其中，步骤2、3、4中，搅拌转速为60~1200rpm。
实施例3
（1）分别称取铝粉40kg、含氟材料10kg（本实施例采用F246氟橡胶，其占铝粉与含氟材料质量之和的20wt%），备用。
（2）将称取的铝粉与35kg正庚烷在60~65℃下混合搅拌均匀，得到第一中间体，并对第一中间体持续进行搅拌。
（3）将称取的F246氟橡胶在65~70℃、搅拌条件下加入15kg乙酸乙酯中，并使F246氟橡胶均匀分散于乙酸乙酯中，得到第二中间体。
（4）在65~70℃、搅拌条件下，将第二中间体滴加入第一中间体中。待第二中间体滴加完成后，继续搅拌溶液至含氟材料与铝粉包覆完全，得到第三中间体。其中，第三中间体未出现分层现象。
（5）将第三中间体在40~90℃下动态干燥，得到包覆颗粒物，即可。
其中，步骤2、3、4中，搅拌转速为200~300rpm。
（二）试验测定
对本申请制备的包覆颗粒物进行SEM测试，其测试结果如图1、图2、图3所示。同时，发明人对本申请制备的包覆颗粒物进行了激光散射测试，其动态激光闪射图如图4所示。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种提升含能材料中铝粉有效反应率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按配比分别称取铝粉、含氟材料，备用，所述含氟材料的质量为铝粉与含氟材料质量之和的2%~30%；
（2）将称取的铝粉与无水溶液在40~80℃下混合搅拌均匀，得到第一中间体，并对第一中间体持续进行搅拌，使其尽可能均匀分散；
（3）将含氟材料在40~80℃、搅拌条件下加入乙酸乙酯中，并使含氟材料均匀分散于乙酸乙酯中，得到第二中间体；
（4）在40~80℃、搅拌条件下，将第二中间体滴加入第一中间体中；待第二中间体滴加完成后，继续搅拌溶液至含氟材料与铝粉包覆完全，得到第三中间体；
（5）将第三中间体在40~90℃下动态干燥，得到均匀包覆颗粒物，即可；
所述含氟材料为含氟有机物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无水溶液与乙酸乙酯互溶。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无水溶液不与铝粉发生化学反应。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述步骤2、3、4中，搅拌转速为60~1200rpm。
5.根据权利要求1~4任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤5中，干燥时间为0.5~50h。
6.根据权利要求1~5任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤5中，将得到的包覆颗粒物过筛，即得产品。
7.根据权利要求1~6任一项所述的方法，其特征在于，所述含氟材料为氟橡胶、聚四氟乙烯、全氟聚醚、全氟羧酸中的一种或多种。
8.采用前述权利要求1~7任一项所述方法制备的产品。
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