CN111925261A - 一种聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料及其制备方法，包括以下步骤：将含能材料分散于水相中，搅拌条件下加缓慢加入聚乙烯亚胺水溶液得到第一混合液，含能材料与聚乙烯亚胺的质量比为98：(0.05～1.95)；搅拌条件下，将石墨烯的分散水溶液加入到第一混合液中，得到第二混合液，其中聚乙烯亚胺与石墨烯的质量比为1.95:0.05～0.05:1.95；将第二混合溶液持续搅拌2～10小时得到悬浮液；将悬浮液过滤、洗涤、干燥即得聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料。该方法可以增强钝感剂与含能材料间的相互作用，降低了含能材料的机械感度。

Description

一种聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及含能复合材料技术领域，具体涉及一种聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料及其制备方法。
背景技术
为了满足现代战争对武器战斗部的需求，武器装备对单质含能材料综合性能的要求也越来越高。除了要考虑含能材料的能量性质以外，更要考虑含能材料的机械感度、热感度等性质对含能材料安全性的影响。特别是对于具有较高能量密度的硝胺类含能材料(如CL-20、HMX等)因其较高的机械感度，而限制了其在武器系统中的应用潜力。在含能材料安全使用方面首要考虑的因素就是含能材料的机械感度。在对低易损性含能材料的研制和改进过程中，高能低感含能材料成为我国军工实验中的重要研究目标。如何制备高能低感含能材料是目前含能材料研究领域最重要的课题之一。
对敏感含能材料颗粒进行有效包覆是降低其机械感度而普遍采取的方法之一，含能材料造型粉包覆质量直接关系到药柱的质量和感度。因此选择合适的钝感材料和包覆工艺是至关重要的。传统的包覆技术往往存在含能材料微粒与钝感剂包覆不均匀，降感剂与含能材料结合作用力弱的缺陷。基于此，开发增强含能材料界面活性，有效增强其与降感剂的包覆结合作用，使含能材料更好的运用到武器系统中，这将对含能材料安全发展有着重大的意义。
碳材料是重要的含能材料降感剂。其中，石墨烯材料因其优异的比表面积、良好的热导率和电导率等物理性能而备受关注。虽然表面包覆石墨烯材料已被证实可以改善含能材料的热稳定性和机械感度，但是其与含能材料较弱的相互作用使得其在造型粉、药柱等配方中易剥离，从而使得降感效果降低。因此，如何增强钝感剂和含能材料间的相互作用对于含能材料安全性的提高具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料及其制备方法，该方法可以增强钝感剂与含能材料间的相互作用，一方面通过聚乙烯亚胺与含能材料及钝感剂的静电作用增强材料间的相互作用力，另一方面增强的相互作用降低了含能材料的机械感度。
为了达到上述技术效果，本发明提供了如下技术方案：
一种聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将含能材料分散于水相中，搅拌条件下加缓慢加入聚乙烯亚胺水溶液得到第一混合液，含能材料与聚乙烯亚胺的质量比为98：(0.05～1.95)；
(2)搅拌条件下，将石墨烯的分散水溶液加入到所述第一混合液中，得到第二混合液，其中聚乙烯亚胺与石墨烯的质量比为1.95:0.05～0.05:1.95；
(3)将所述第二混合溶液持续搅拌2～10小时得到悬浮液；
(4)将所述悬浮液过滤、洗涤、干燥即得聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料。
进一步的技术方案为，所述含能材料为硝铵类含能材料中的一种或多种。
进一步的，所述含能材料为HMX和CL-20中的一种或以任意比例混合的混合物。
进一步的技术方案为，所述聚乙烯亚胺为分子量为600、1800或10000的聚乙烯亚胺中的一种或多种。
进一步的技术方案为，所述石墨烯为氧化石墨烯或还原氧化石墨烯中的任意一种或两者的混合物。
进一步的技术方案为，所述步骤(2)和步骤(3)中的搅拌温度为20～100℃。
本发明还提供了一种聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料，由上述的制备方法制备得到。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明通过在含能材料与钝感剂中添加一定量的聚乙烯亚胺后，可增强含能材料与钝感剂的相互作用，从而提高含能材料的包覆效果和降感效果；本发明的制备方法以水为反应溶剂，无需有机试剂，环境友好；本发明的制备方法适用于大部分不溶于水的含能材料颗粒，普适性强；与常规包覆工艺相比，本发明的制备方法工艺简单，只需在分散的配制溶液中搅拌即可，包覆过程不存在转晶的问题，可大规模批量制备，具有较好的实际应用前景。
附图说明
图1为超声后GO的SEM照片；
图2为超声后CL-20的SEM照片；
图3为超声后CL-20/GO的SEM照片；
图4为超声后CL-20/PEI/GO的SEM照片；
图5为原料HMX和HMX/PEI/GO的P-XRD照片；
图6为原料CL-20和CL-20/PEI/GO的P-XRD照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。
对比例1
将0.490g的CL-20分散在30ml H2O中超声2.0h，然后滴加20mL浓度0.5g/L GO分散液，继续搅拌10h。过滤反应液，超纯水洗涤滤饼8次后，60℃真空烘箱中干燥24小时即得CL-20/GO复合含能材料。其撞击感度为0.9J(原料CL-20为0.7J)，摩擦感度为56N(原料CL-20为48N)。
对比例2：
将0.490g的HMX分散在30ml H2O中超声2.0h，然后滴加20mL浓度0.5g/L GO分散液，继续搅拌10h。过滤反应液，超纯水洗涤滤饼8次后，60℃真空烘箱中干燥24小时即得HMX/GO复合含能材料。其撞击感度为10.6J(原料HMX为10J)，摩擦感度为144N(原料HMX为128N)。
实施例1：
将0.490g的CL-20分散在30ml H2O中超声2.0h，然后滴加4mL浓度为0.5g/L的PEI(分子量600)水溶液。室温搅拌4h后，滴加16mL浓度0.5g/L GO分散液，继续搅拌10h。过滤反应液，超纯水洗涤滤饼8次后，60℃真空烘箱中干燥24小时即得CL-20/PEI/GO复合含能材料。其撞击感度为1.6J(原料CL-20为0.7J)，摩擦感度为96N(原料CL-20为48N)。
实施例2：
将0.490g的CL-20分散在30ml H2O中超声2.0h，然后滴加4mL浓度为0.5g/L的PEI(分子量1800)水溶液。室温搅拌4h后，滴加16mL浓度0.5g/L GO分散液，继续搅拌10h。过滤反应液，超纯水洗涤滤饼8次后，60℃真空烘箱中干燥24小时即得CL-20/PEI/GO复合含能材料。其撞击感度为2.6J(原料CL-20为0.7J)，摩擦感度为128N(原料CL-20为48N)。
实施例3：
将0.490g的CL-20分散在30ml H2O中超声2.0h，然后滴加4mL浓度为0.5g/L的PEI(分子量10000)水溶液。室温搅拌4h后，滴加16mL浓度为0.5g/L的GO分散液，继续搅拌10h。过滤反应液，超纯水洗涤滤饼8次后，60℃真空烘箱中干燥24小时即得CL-20/PEI/GO复合含能材料。其撞击感度为3.4J(原料CL-20为0.7J)，摩擦感度为144N(原料CL-20为48N)。
实施例4：
将0.490g的CL-20分散在30ml H2O中超声2.0h，然后滴加4mL浓度为0.5g/L的PEI(分子量10000)水溶液。室温搅拌4h后，滴加16mL浓度0.5g/L GO分散液，90℃油浴继续搅拌10h。过滤反应液，超纯水洗涤滤饼8次后，60℃真空烘箱中干燥24小时即得CL-20/PEI/GO复合含能材料。其撞击感度为3.3J(原料CL-20为0.7J)，摩擦感度为144N(原料CL-20为48N)。
实施例5：
将0.490g的CL-20分散在30ml H2O中超声2.0h，然后滴加8mL浓度为0.5g/L的PEI(分子量10000)水溶液。室温搅拌4h后，滴加12mL浓度为0.5g/L的GO分散液，继续搅拌10h。过滤反应液，超纯水洗涤滤饼8次后，60℃真空烘箱中干燥24小时即得CL-20/PEI/GO复合含能材料。其撞击感度为3.2J(原料CL-20为0.7J)，摩擦感度为144N(原料CL-20为48N)。
实施例6：
将0.490g的HMX分散在30ml H2O中超声2.0h，然后滴加6mL浓度为0.5g/L的PEI(分子量10000)水溶液。室温搅拌4h后，滴加16mL浓度为0.5g/L的GO分散液，继续搅拌10.0h。过滤反应液，超纯水洗涤滤饼8次后，60℃真空烘箱中干燥24小时即得HMX/PEI/GO复合含能材料。其撞击感度为22.5J(原料HMX为10J)，摩擦感度为192N(原料HMX为128N)。
实施例7：
将0.490g的HMX分散在30ml H2O中超声2.0h，然后滴加6mL浓度为0.5g/L的PEI(分子量10000)水溶液。室温搅拌4h后，滴加16mL浓度为0.5g/L的GO分散液，90℃油浴继续搅拌10.0h。过滤反应液，超纯水洗涤滤饼8次后，60℃真空烘箱中干燥24小时即得HMX/PEI/GO复合含能材料。其撞击感度为30J(原料HMX为10J)，摩擦感度为216N(原料HMX为128N)。
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 (6)

1.一种聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将含能材料分散于水相中，搅拌条件下加缓慢加入聚乙烯亚胺水溶液得到第一混合液，含能材料与聚乙烯亚胺的质量比为98：(0.05～1.95)；
(2)搅拌条件下，将石墨烯的分散水溶液加入到所述第一混合液中，得到第二混合液，其中聚乙烯亚胺与石墨烯的质量比为1.95:0.05～0.05:1.95；
(3)将所述第二混合溶液持续搅拌2～10小时得到悬浮液；
(4)将所述悬浮液过滤、洗涤、干燥即得聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料的制备方法，其特征在于，所述含能材料为硝铵类含能材料中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯亚胺为分子量为600、1800或10000的聚乙烯亚胺中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯为氧化石墨烯或还原氧化石墨烯中的任意一种或两者的混合物。
5.根据权利要求1所述的聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)和步骤(3)中的搅拌温度为20～100℃。
6.一种聚乙烯亚胺增强石墨烯钝感化含能材料，其特征在于，所述含能材料由权利要求1～5任意一项权利要求所述的制备方法制备得到。
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