CN111592435A - 一种轻质速燃材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种轻质速燃材料的制备方法，属于含能材料技术领域。其特征是：以质量分数为20～80％的轻质材料和20％～80％的速燃材料为主要基体，以厚度为1～2μm的聚四氟乙烯为界面层复合而成。轻质材料为碳纤维复合聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，速燃材料由质量分数分别为50～60％、30～70％和5～20％的金属粉、氟聚混合物和碳材料组成；金属粉为Al、Ti、B和Mg的混合粉末，氟聚混合物为聚四氟乙烯、六氟丙烯和聚氟乙烯的混合物，碳材料为碳纳米管、石墨烯和碳纤维的混合物。采用湿法工艺制备速燃材料，再将速燃材料和与刷涂了聚四氟乙烯的轻质材料进行复合并模压成型，获得常压燃速为100～1200mm/s、密度为0.1～1.0g/cm3的轻质速燃材料。该材料在药柱内填充、多脉冲发动机等领域有重要的应用潜力。

Description

一种轻质速燃材料的制备方法
技术领域
本发明属于含能材料技术领域，涉及一种轻质速燃材料的制备方法。
背景技术
随着现代武器性能的提高和发展，提出了如高速动能弹、火炮随行装药和高速拦截导弹等武器系统，这些武器都要求能瞬间产生大推力，具有高初速，因此对推进剂提出了远远超出常规推进剂燃速的要求，要求其燃速达到1000mm/s以上。另外，对于某些大长细比较大的药柱和燃面结构较复杂的药柱，为保证其结构的完整性和稳定性，需在其内部填充轻质速燃材料进行点火，保持一定结构完整性的同时实现速燃。
一般固体推进剂在其燃烧波传播过程中，都以热传导为其能量反馈的基础，因而燃烧速度都很低，即使加上燃烧催化剂、金属丝、超细颗粒等，线燃速也只能提高到200mm/s～300mm/s，无法达到瞬间燃烧的目的。阳世清等公开了一种高能、高燃速复合材料及其制备方法[阳世清，李义和，一种米级超高燃速高能致密复合材料及其制备方法，CN106518583A]。该材料燃速高达1000mm/s以上，但其密度较高达～2g/cm3，在某些对于轻质化要求较高的应用领域受到限制。
发明内容
本发明目的是制备一种轻质速燃材料，可应用在药柱内填充、多脉冲发动机等领域。
本发明提供的轻质速燃材料，其特征是：以质量分数为20～80％的轻质材料和20％～80％的速燃材料为主要基体，以厚度为1～2μm的聚四氟乙烯为界面层复合而成；
本发明提供上述轻质材料及界面层的制备方法如下：
轻质材料为碳纤维复合聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，表面刷涂1～2μm聚四氟乙烯层，干燥后备用；
本发明提供上述速燃材料的制备方法如下：
速燃材料原料为质量分数分别为50～60％、30～70％和5～20％的金属粉、氟聚混合物和碳材料。制备方法是将聚四氟乙烯、六氟丙烯和聚氟乙烯的混合物溶解至乙酸乙酯溶剂中，待氟聚混合物充分溶解后移至反应釜中，在100～500r/min的条件下充分搅拌1～2h，逐次加入Al、Ti、B和Mg的混合粉末和碳纳米管、石墨烯和碳纤维的混合物，继续搅拌1～2h至均匀，增加水浴温度至80℃除去部分乙酸乙酯溶剂，降低水浴温度至室温并搅拌1-4h停止加热，获得速燃材料浆料，放置待用；
本发明提供上述轻质速燃材料的制备方法如下：
将速燃材料浆料与干燥后的轻质材料及界面层复合物，在100℃～200℃的条件下复合并模压成型，获得轻质速燃材料。
目前，获得常压燃速为100～1200mm/s、密度为0.1～1.0g/cm3的轻质速燃材料未见报道。
具体实施方式
1.在碳纤维复合聚甲基丙烯酰亚胺泡沫表面刷涂1.0±0.2μm聚四氟乙烯层，干燥后备用；
按照质量分数分别为52％、40％和8％的金属粉、氟聚混合物和碳材料配比称量，将聚四氟乙烯、六氟丙烯和聚氟乙烯的混合物溶解至乙酸乙酯溶剂中，待氟聚混合物充分溶解后移至反应釜中，在400r/min的条件下充分搅拌1h，逐次加入Al、Ti、B和Mg的混合粉末和碳纳米管、石墨烯和碳纤维的混合物，继续搅拌2h至均匀，增加水浴温度至80℃除去部分乙酸乙酯溶剂，降低水浴温度至室温并搅拌3h停止加热，获得速燃材料浆料。将质量分数为24％的速燃材料浆料与质量分数为76％的表面刷涂聚四氟乙烯层的碳纤维复合聚甲基丙烯酰亚胺泡沫配比称量，在120℃的条件下模压成型，获得的密度为0.22g/em3、常压燃速为1120±30mm/s的轻质速燃材料。
2.在碳纤维复合聚甲基丙烯酰亚胺泡沫表面刷涂1.2±0.2μm聚四氟乙烯层，干燥后备用；按照质量分数分别为58％、38％和4％的金属粉、氟聚混合物和碳材料配比称量，将聚四氟乙烯、六氟丙烯和聚氟乙烯的混合物溶解至乙酸乙酯溶剂中，待氟聚混合物充分溶解后移至反应釜中，在450r/min的条件下充分搅拌1h，逐次加入Al、Ti、B和Mg的混合粉末和碳纳米管、石墨烯和碳纤维的混合物，继续搅拌2h至均匀，增加水浴温度至80℃除去部分乙酸乙酯溶剂，降低水浴温度至室温并搅拌2h停止加热，获得速燃材料浆料。将质量分数为42％的速燃材料浆料与质量分数为58％的表面刷涂聚四氟乙烯层的碳纤维复合聚甲基丙烯酰亚胺泡沫配比称量，在150℃的条件下模压成型，获得的密度为0.41g/cm3、常压燃速为320±30mm/s的轻质速燃材料。
3.在碳纤维复合聚甲基丙烯酰亚胺泡沫表面刷涂1.3±0.2μm聚四氟乙烯层，干燥后备用；
按照质量分数分别为53％、40％和7％的金属粉、氟聚混合物和碳材料配比称量，将聚四氟乙烯、六氟丙烯和聚氟乙烯的混合物溶解至乙酸乙酯溶剂中，待氟聚混合物充分溶解后移至反应釜中，在500r/min的条件下充分搅拌2h，逐次加入Al、Ti、B和Mg的混合粉末和碳纳米管、石墨烯和碳纤维的混合物，继续搅拌1h至均匀，增加水浴温度至80℃除去部分乙酸乙酯溶剂，降低水浴温度至室温并搅拌2h停止加热，获得速燃材料浆料。将质量分数为28％的速燃材料浆料与质量分数为72％的表面刷涂聚四氟乙烯层的碳纤维复合聚甲基丙烯酰亚胺泡沫配比称量，在190℃的条件下模压成型，获得的密度为0.92g/cm3、常压燃速为760±30mm/s的轻质速燃材料。

Claims (1)

1.一种轻质速燃材料的制备方法，其特征是：以质量分数为20～80％的轻质材料和20％～80％的速燃材料为主要基体，以厚度为1～2μm的聚四氟乙烯为界面层复合而成。轻质材料为碳纤维复合聚甲基丙烯酰亚胺泡沫，表面刷涂1～2μm聚四氟乙烯层，干燥后放置备用；速燃材料由质量分数分别为50～60％、30～70％和5～20％的金属粉、氟聚混合物和碳材料组成，其制备方法是将聚四氟乙烯、六氟丙烯和聚氟乙烯的混合物溶解至乙酸乙酯溶剂中，待氟聚混合物充分溶解后移至反应釜中，在100～500r/min的条件下充分搅拌1～2h，逐次加入Al、Ti、B和Mg的混合粉末和碳纳米管、石墨烯和碳纤维的混合物，继续搅拌1～2h至均匀，增加水浴温度至80℃除去部分乙酸乙酯溶剂，降低水浴温度至室温并搅拌1-4h停止加热，获得速燃材料浆料，放置待用。将速燃材料浆料与轻质材料在100～～200℃的条件下复合并模压成型，获得常压燃速为100～1200mm/s、密度为0.1～1.0g/cm3的轻质速燃材料。
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