CN115160093A - 一种浇注型自修复模拟炸药及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种浇注型自修复模拟炸药及其制备方法，包括按质量配比计的以下组分：环氧树脂33.0％‑58.0％、阻燃剂10.0％‑27.0％、金属粉7.0％‑28.0％、固化剂5.0％‑10.0％、工艺调节剂4.0％‑10.8％、微胶囊修复剂0.2％‑2.5％；其制备方法为将环氧树脂、工艺调节剂按质量配比称量入混合容器，将阻燃剂、金属粉按质量配比单独称量，通过筛网依次将阻燃剂、金属粉筛入盛装环氧树脂、工艺调节剂的混合容器中，混合均匀，将固化剂、微胶囊修复剂按质量配比称量入混合容器中，混合均匀，形成料浆，将料浆在常温常压下灌注于装药容腔或试件内，常温下固化36h‑48h，料浆固化成型即可。本发明的模拟炸药具有自修复功能，使用寿命长，原材料廉价易得。

Description

一种浇注型自修复模拟炸药及其制备方法

技术领域

本发明涉及含能材料领域，具体涉及一种浇注型自修复模拟炸药及其制备方法。

背景技术

现代战争模式逐步向智能化、精准化转变，使得武器系统必须具备远程精确打击、高效毁伤的能力。因此，对作为毁伤元的战斗部要求日益提高。

相应地，战斗部装药结构设计同样日趋复杂，模拟炸药的功能由过去单一替代真实炸药密度、质量等参数逐步向战斗部整弹结构体过渡。传统由造型粉通过压制成型工艺制备的模拟炸药，由于工艺限制，难以与装药结构复杂的异型战斗部相适应，由于材料限制，难以满足高结构强度要求。所以，研制浇注固化模拟炸药具有必要性。

浇注固化型模拟炸药具有流动性好、可塑性强等优点，能够适应复杂战斗部装药结构。粘合剂体系是模拟炸药的重要组分，是使流散的料浆形成具有一定机械强度整体的关键。目前，浇注固化模拟炸药粘结体系分为硅橡胶体系、聚氨酯体系与环氧树脂体系。硅橡胶体系物理化学性质稳定，具备较好的耐高低温性能，可在-50℃～200℃范围内长期工作。缺点在于，固化后材质较软，结构强度低。聚氨酯体系具有优异的耐低温性能，缺点在于耐高温能力差、固化后胶体表面不平滑且容易起泡、结构强度低。其中，环氧树脂本体作为热固性材料，环氧树脂体系模拟炸药具有强度高、形变低、耐酸碱性强等优点。据文献报道，引入阻燃剂后可显著提高环氧树脂本体热安定性。可以有效抵抗整弹发射过程中高温、高过载工况。

模拟战斗部装药主要应用于战斗部研制阶段，使用目的在于考察战斗部装药结构之外其他组件性能。采用环氧树脂体系能有效避免因装药结构强度低影响其他组件性能验证。在环境试验中会不可避免的经历反复施加-解除力载荷、反复高温-低温循环等场景，将导致装药结构中出现微裂纹，为保证结构体强度、延长使用寿命，引入自修复材料对解决这一问题具有重要意义。微胶囊自修复属于在本体材料微结构发生破坏时通过释放事先植入修复材料实现固化的一种被动自修复机理。目前，微胶囊自修复材料，制造工艺成熟、成本低廉，是一类具有一定应用前景的自修复材料。

发明内容

针对现有模拟炸药材料与工艺适应范围有限的问题，提供了一种浇注型自修复模拟炸药及其制备方法。本发明的第一个目的在于提供一种浇注型自修复模拟炸药。本发明的第二个目的在于提供一种浇注型自修复模拟炸药的制备方法。

本发明技术方案如下：

一种浇注型自修复模拟炸药，包括按质量百分比计的以下组分：

环氧树脂：33.0％-58.0％；

阻燃剂：10.0％-27.0％；

金属粉：7.0％-28.0％；

固化剂：5.0％-10.0％；

工艺调节剂：4.0％-10.8％；

微胶囊修复剂：0.2％-2.5％。

进一步的，所述环氧树脂牌号为EP 01121 21x。

进一步的，所述阻燃剂为TiO₂、SiO₂、蒙脱土、聚磷酸铵中的一种或组合。

进一步的，所述金属粉为铝粉、镍粉、锌粉中的一种或组合。

进一步的，所述固化剂为异佛尔酮二胺、聚酰胺、聚醚胺中的一种或组合。

进一步的，所述工艺调节剂为乙基缩水甘油醚和/或苄基缩水甘油醚。

进一步的，所述微胶囊修复剂为环氧树脂填充的聚脲醛树脂；所述微胶囊修复剂各组分按以下质量配比组成：

尿素：7.0％-12.0％；

甲醛：20.0％-36.0％；

三聚氰胺：3.0％-6.0％；

十二烷基苯磺酸钠：15.0％-25.0％；

三乙醇胺：0.5％-3.0％；

环氧树脂：20.0％-50.0％；

进一步的，微胶囊修复剂按以下步骤制备：

1、将十二烷基苯磺酸钠按质量配比称量，机械分散于自身质量500-1500倍的水中，得到乳化剂分散液；优选的，分散转速为800r/min；

2、将环氧树脂、三乙醇胺、尿素、三聚氰胺按质量配比依次加入分散液中，调节pH至3-4，再加入甲醛，超声波分散30min-60min，常温下反应6h-8h；优选的，超声波谐振频率200kHz-270kHz。

3、反应完毕后，将制备的微胶囊分散液过滤、洗涤、真空干燥12h-36h，即可获得微胶囊修复剂；优选的，过滤方式为真空抽滤；优选的，洗涤方式采取蒸馏水洗涤，至上层清液pH为7。

本发明同时提供了上述浇注型自修复模拟炸药的制备方法，包括以下步骤：

S1、将环氧树脂、工艺调节剂按质量配比称量入混合容器；

S2、将阻燃剂、金属粉按质量配比单独称量，通过筛网依次将阻燃剂、金属粉筛入盛装环氧树脂、工艺调节剂的容器中，混合均匀；

S3、将固化剂、微胶囊修复剂按质量配比称量入容器，混合均匀，形成料浆；

S4、将料浆在常温常压下灌注于装药容腔或试件内，常温下固化36h-48h，料浆固化成型即可。

本发明的有益效果为：

模拟炸药具有流动性，采用浇注固化成型工艺，有效适应异性战斗部装药。模拟炸药热安定性强，通过调节阻燃剂组成与含量提高本体材料热安定性，实现在-50℃～200℃范围内工作。模拟炸药密度可调节，通过调节阻燃剂和/或金属粉组成与含量实现密度调控，可替代密度范围1.58g/cm³～2.15g/cm³之间的真实炸药。模拟炸药25℃料浆粘度低于40Pa·s，通过控制工艺调节剂的组成与含量实现料浆低粘度，实用操作性强，工艺放大性强，可替代质量范围0.2kg～85.0kg的真实装药。模拟炸药结构强度高，通过调节环氧树脂-固化剂反应参数，实现抗压强度50.0MPa～70.0MPa、抗强度20.0MPa～40.0MPa，适应苛刻试验条件下战斗部装药需求。模拟炸药具有自修复功能，通过植入于本体材料中的微胶囊修复剂在微结构发生破坏时释放修复剂固化实现自修复功能，在满足替代真实炸药的前提下，可有效延长使用寿命。模拟炸药所用原材料廉价易得，经济性好。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种浇注型自修复模拟炸药。

1、模拟炸药配方参见表1。

表1一种浇注型自修复模拟炸药配方

2、模拟炸药制备方法包括以下步骤：

S1按表1微胶囊修复剂配方称量各组分(配方2#无微胶囊修复剂，不需要此步骤)；

S1.1将十二烷基苯磺酸钠，通过磁力搅拌器分散于自身质量600倍水中，转速为800r/min，分散时间20min，得到乳化剂分散液；

S1.2将环氧树脂、三乙醇胺、尿素、三聚氰胺依次加入分散液中调节pH至3.0，再加入甲醛，超声波谐振频率210kHz，分散30min，常温下反应6h；

S1.3反应完毕后，将制备的微胶囊分散液真空抽滤、蒸馏水洗涤至上层清液pH为7、真空干燥24h，获得微胶囊修复剂。

S2按表1模拟炸药配方称量各组分；

S2.1将环氧树脂、工艺调节剂称量入混合容器；

S2.2通过100目筛网依次将TiO₂、铝粉筛入混合容器，混合均匀；

S2.3将固化剂、微胶囊修复剂(配方2#无微胶囊修复剂，无需添加)加入容器，混合均匀，形成质地均一、低粘度料浆；

S2.4将混合均匀的料浆，在常温常压下灌注于装药容腔或试件内，常温下固化36h-48h，料浆固化成型，获得相应制品。

3、对制得的样品进行性能试验，试验结果如下：

具体的，按照表1中配方1#、2#设计，遵照相同制备方法，获得了浇注固化成形Φ50mm×50mm的圆柱体。对比了配方1#、2#落锤撞击试验前后抗压强度(落锤重10kg，落高50cm，撞击次数1000次)，结果参见表2。

表2配方1#、2#性能对比

试验前配方1#、2#抗压强度无显著差异，表明引入微胶囊自修复剂未对本体材料抗压强度产生影响。试验后，配方1#、2#抗压强度均有所下降，表明落锤试验对样品结构造成破坏，内部形成微裂纹。抗压强度上，配方1#高于配方2#，说明落锤试验对配方1#的破坏程度不及配方2#，表明微胶囊修复剂释放环氧树脂参与固化反应，发挥修复功能。

实施例2

本实施例提供了一种浇注型自修复模拟炸药。

1、模拟炸药配方参见表3。

表3一种浇注型自修复模拟炸药配方

2、模拟炸药制备方法与实施例1相同。

3、对制得的样品进行性能试验，试验结果如下：

具体的，按照表3中配方3#、4#设计，遵照相同制备方法，利用浇注固化成形方式获得了满足GJB 770B-2005要求的B型哑铃试件。对比了配方3#、4#高低温循环试验前后抗压强度(温度范围：-40℃～70℃，升温速率：≤1℃/min，循环周期时长：24h/个，循环周期：7个)，结果参见表4。

表4配方3#、4#性能对比

试验前配方3#、4#抗拉强度无显著差异，表明引入微胶囊自修复剂未对本体材料抗拉强度产生影响。试验后，配方3#、4#抗拉强度均有所下降，表明高低温循环试验对样品结构造成破坏，样品内部形成微裂纹。抗拉强度上，配方3#高于配方4#，说明高低温循环试验对配方3#的破坏程度不及配方4#，表明微胶囊修复剂释放环氧树脂参与固化反应，发挥修复功能。

实施例3

本实施例提供了一种浇注型自修复模拟炸药。

1、模拟炸药配方参见表5。

表5一种浇注型自修复模拟炸药配方

2、模拟炸药制备方法与实施例1相同。

3、对制得的样品进行性能测试，装药密度结果表明调节金属粉组成与含量可实现对装药密度调控。

实施例4

本实施例提供了一种浇注型自修复模拟炸药。

1、模拟炸药配方参见表6。

表6一种浇注型自修复模拟炸药配方

2、模拟炸药制备方法与实施例1相同。

3、对制得的样品进行性能测试，将配方8#中工艺调节剂按相同环氧树脂-固化剂反应参数替换为环氧树脂、固化剂后，配方8#25℃料浆初始粘度高于配方7#，表明工艺调节剂具有调节料浆粘度功能。

实施例5

本实施例提供了一种浇注型自修复模拟炸药。

1、模拟炸药配方参见表7。

表7一种浇注型自修复模拟炸药配方

2、模拟炸药制备方法与实施例1相同。

3、对制得的样品进行性能测试，将配方9#CaCO₃替换为聚磷酸铵后，配方10#固化后玻璃化转变温度高于配方9#，表明阻燃剂具有调节样品热安定性功能。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种浇注型自修复模拟炸药，其特征在于，包括按质量配比计的以下组分：

环氧树脂：33.0％-58.0％；

阻燃剂：10.0％-27.0％；

金属粉：7.0％-28.0％；

固化剂：5.0％-10.0％；

工艺调节剂：4.0％-10.8％；

微胶囊修复剂：0.2％-2.5％。

2.按照权利要求1所述的浇注型自修复模拟炸药，其特征在于：所述环氧树脂牌号为EP01121 21x。

3.按照权利要求1所述的浇注型自修复模拟炸药，其特征在于：所述阻燃剂为TiO₂、SiO₂、蒙脱土、聚磷酸铵中的一种或组合。

4.按照权利要求1所述的浇注型自修复模拟炸药，其特征在于：所述金属粉为铝粉、镍粉、锌粉中的一种或组合。

5.按照权利要求1所述的浇注型自修复模拟炸药，其特征在于：所述固化剂为异佛尔酮二胺、聚酰胺、聚醚胺中的一种或组合。

6.按照权利要求1所述的浇注型自修复模拟炸药，其特征在于：所述工艺调节剂为乙基缩水甘油醚和/或苄基缩水甘油醚。

7.按照权利要求1所述的浇注型自修复模拟炸药，其特征在于：所述微胶囊修复剂为环氧树脂填充的聚脲醛树脂；所述微胶囊修复剂由以下按质量配比计的组分制备得到：

尿素：7.0％-12.0％；

甲醛：20.0％-36.0％；

三聚氰胺：3.0％-6.0％；

十二烷基苯磺酸钠：15.0％-25.0％；

三乙醇胺：0.5％-3.0％；

环氧树脂：20.0％-50.0％。

8.按照权利要求7所述的浇注型自修复模拟炸药，其特征在于：所述微胶囊修复剂按以下步骤制备：

步骤1：将十二烷基苯磺酸钠按质量配比称量，机械分散于自身质量500-1500倍的水中，得到乳化剂分散液；

步骤2：将环氧树脂、三乙醇胺、尿素、三聚氰胺按质量配比依次加入乳化剂分散液中，调节pH至3-4，再加入甲醛，超声波分散30min-60min，常温下反应6h-8h；

步骤3：反应完毕后，将制备得到的微胶囊及其分散液过滤，微胶囊进行洗涤、真空干燥12h-36h，即可获得微胶囊修复剂。

9.按照权利要求1-8中任一权利要求所述的浇注型自修复模拟炸药的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：将环氧树脂、工艺调节剂按质量配比称量入混合容器；

S2：将阻燃剂、金属粉按质量配比单独称量，通过筛网依次将阻燃剂、金属粉筛入盛装环氧树脂、工艺调节剂的混合容器中，混合均匀；

S3：将固化剂、微胶囊修复剂按质量配比称量入混合容器中，混合均匀，形成料浆；

S4：将料浆在常温常压下灌注于装药容腔或试件内，常温下固化36h-48h，料浆固化成型即可。