CN115745714A - 一种高热量具有化学腐蚀性的铝热剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高热量具有化学腐蚀性的铝热剂及其制备方法与应用，铝热剂包括如下质量份数的组分：铝粉20～30份；氧化铁粉60～80份；产气剂10～20份；含氟粘接剂2～10份；辅助药剂5～10份。本发明所述的铝热剂利用含氟粘接剂与辅助药剂的协同作用提高了燃烧温度，提高了未爆炸弹药销毁的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于铝热剂领域，尤其是涉及一种高热量具有化学腐蚀性铝热剂及其制备方法与应用。
背景技术
随着经济社会的发展和军事演习的大量开展，我国各地不断发现和产生了大量的未爆弹药。这些未爆弹药内部装药大部分为性能稳定的梯恩梯,其具有强大的爆炸杀伤力，对人民群众的生命财产存在巨大的潜在危险。因此，对这些未爆弹药进行销毁成为了迫在眉睫的工作。在我国销毁未爆弹药的常规方法大致分为爆炸法、燃烧法、分解法，这些方法要么对周围建筑造成破坏或者产生有毒有害气体污染环境；要么销毁过程中操作难度较大，安全系数较低，一旦操作失误会对工作人员造成致命的伤害。
近年来，将铝热剂应用于未爆弹药销毁的研究不断成为热点。铝热剂作为一种含能材料，通常是利用其中的还原剂和氧化剂之间发生的氧化还原反应在极短的时间内放出大量的热。在较早的研究中，铝热剂的概念是指铝和一定比例的氧化铁均匀混合而成的复合材料。随着科研工作的深入，铝热剂的定义和范围得到不断的扩展和延伸，出现了CuO、MnO2、Cr2O3、Bi2O3等其他金属氧化物类型的铝热剂。传统铝热剂销毁未爆弹药的原理是利用铝热反应过程中产生的高温高热将弹壳熔穿，点燃内部炸药将其销毁。但是传统铝热剂存在放热量不高，利用率较低；并且在销毁过程中存在“挂渣”现象等问题，增加了熔穿难度，严重降低了工作效率。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种高热量具有化学腐蚀性的铝热剂及其制备方法与应用。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明提供了一种高热量具有化学腐蚀性的铝热剂，包括如下质量份数的组分：
铝粉20～30份；
氧化铁粉60～80份；
产气剂10～20份；
含氟粘接剂2～10份；
辅助药剂5～10份。
优选地，所述产气剂为氧化铜、高锰酸钾、碳酸钙中的一种或几种。更优选地，所述产气剂为氧化铜。
优选地，所述含氟粘接剂为聚四氟乙烯和/或聚偏二氟乙烯。
优选地，所述辅助药剂为硼粉、镍粉、硅粉中的一种或几种。更优选地，所述辅助药剂为硼粉。
优选地，所述铝粉的粒径为80～120微米。
优选地，所述氧化铁粉的粒径为10～20微米。
优选地，所述造气剂的粒度为500～800目。
优选地，所述辅助药剂的粒径为1～5微米。
针对目前常规未爆弹药销毁方法对周边建筑和环境造成破坏和污染，传统铝热剂销毁过程中热效率低，销毁过程中存在“挂渣”现象，严重影响工作效率。本发明提供了一种高热量具有化学腐蚀性的铝热剂，该铝热剂添加有含氟的粘结剂如聚四氟乙烯，通过在传统铝热剂中添加适量的聚四氟乙烯，利用氟碳化合物燃烧产生的F2对金属或非金属材料的氟化腐蚀作用，使被切割的材料与F反生“碳氟化反应”，生成低沸点、易挥发的氟化物，使铝热剂销毁未爆弹药的原理从单纯的高温高热向化学腐蚀方向发展，从而实现化学切割，大大提供了销毁效率和安全性。但发明人在试验过程中发现在配方中添加氟碳化合物后反应速率变慢，金属射流的温度降低。为解决该问题，发明人创新地发现辅助药剂(如硼粉、镍粉或硅粉)与氟碳化合物具有协同作用能够解决配方中添加氟碳化合物后反应速率变慢，金属射流的温度降低的问题。
第二方面，本发明提供了上述铝热剂的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将铝粉、氧化铁粉、产气剂、辅助药剂和粘接剂放入球磨罐中；
(2)按无水乙醇与步骤(1)中的所有药剂总质量的质量比为(2～4):1的比例将无水乙醇倒入球磨罐中；
(3)按照球料比为(15～20):1的比例在球磨罐中放入直径为5～10mm的玛瑙研磨球，将球磨罐密封放入球磨机中在100～150r/min，研磨1～2h；
(4)待球磨机停止工作后，取出球磨罐将球磨物取出在40～60℃温度下烘干2～4h后即得铝热剂。
第三方面，本发明还提供了上述铝热剂在未爆弹药销毁中的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
(1)本发明所述的铝热剂在反应过程中应用氟碳化学腐蚀性原理避免了销毁过程中的“挂渣”现象，大大提高了工作效率和安全性。
(2)本发明所述的铝热剂利用含氟粘接剂与辅助药剂的协同作用提高了燃烧温度，提高了未爆炸弹药销毁的工作效率。
附图说明
图1为实施例3制备得到的铝热剂产物的热分析曲线；
图2为对比例1制备得到的铝热剂产物的热分析曲线；
图3为对比例2制备得到的铝热剂产物的热分析曲线；
图4为对比例3制备得到的铝热剂产物的热分析曲线；
图5为实施例3制备得到的铝热剂产物的燃烧温度曲线；
图6为对比例1制备得到的铝热剂产物的燃烧温度曲线；
图7为对比例2制备得到的铝热剂产物的燃烧温度曲线；
图8为对比例3制备得到的铝热剂产物的燃烧温度曲线。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明创造。
实施例1
分别称取质量为40g 80um铝粉，20g 800目的高锰酸钾粉末，120g 500目的氧化铁粉末，10g 2um的硅粉和6g 5um大小的聚四氟乙烯粉末倒入球磨罐中，再量取400ml无水乙醇倒入球磨罐，将球磨罐密封用夹具固定在球磨机上，设置球磨机工作频率为100r/min，工作时间为1h。待球磨机停止工作后，将球磨物均匀铺展在直径为20cm的玻璃蒸发皿中，然后将蒸发皿放入烘箱中，设置工作温度为60℃，工作时间为2h。待球磨机停止工作后，将玻璃蒸发皿取出用牛角勺轻轻刮下表面的样品，得到制备的铝热剂。
实施例2
分别称取质量为50g 80um铝粉，30g 500目的氧化铜粉末，140g 500目的氧化铁粉末，20g 2um的B粉，4g 5微米大小的聚偏二氟乙烯粉末倒入球磨罐中，再量取400ml无水乙醇倒入球磨罐，将球磨罐密封用夹具固定在球磨机上，设置球磨机工作频率为100r/min，工作时间为1h。待球磨机停止工作后，将球磨物均匀铺展在直径为20cm的玻璃蒸发皿中，然后将蒸发皿放入烘箱中，设置工作温度为60℃，工作时间为2h。待球磨机停止工作后，将玻璃蒸发皿取出用牛角勺轻轻刮下表面的样品，得到制备的铝热剂。
实施例3
分别称取质量为55g 80um铝粉，40g 800目的氧化铜粉末，150g 500目的氧化铁粉末，10g 2um的B粉，16g 5微米大小的聚四氟乙烯粉末倒入球磨罐中，再量取400ml无水乙醇倒入球磨罐，将球磨罐密封用夹具固定在球磨机上，设置球磨机工作频率为100r/min，工作时间为1h。待球磨机停止工作后，将球磨物均匀铺展在直径为20cm的玻璃蒸发皿中，然后将蒸发皿放入烘箱中，设置工作温度为60℃，工作时间为2h。待球磨机停止工作后，将玻璃蒸发皿取出用牛角勺轻轻刮下表面的样品，得到制备的铝热剂。
实施例4
分别称取质量为60g 80um铝粉，40g 600目的碳酸钙粉末，160g500目的氧化铁粉末，16g 2um的镍粉，20g 5微米大小的聚四氟乙烯粉末倒入球磨罐中，再量取400ml无水乙醇倒入球磨罐，将球磨罐密封用夹具固定在球磨机上，设置球磨机工作频率为100r/min，工作时间为1h。待球磨机停止工作后，将球磨物均匀铺展在直径为20cm的玻璃蒸发皿中，然后将蒸发皿放入烘箱中，设置工作温度为60℃，工作时间为2h。待球磨机停止工作后，将玻璃蒸发皿取出用牛角勺轻轻刮下表面的样品，得到制备的铝热剂。
对比例1
分别称取质量55g 80um铝粉，40g 800目的氧化铜粉末，150g500目的氧化铁粉末和10g 5微米大小的聚四氟乙烯粉末倒入球磨罐中，再量取400ml无水乙醇倒入球磨罐，将球磨罐密封用夹具固定在球磨机上，设置球磨机工作频率为100r/min，工作时间为1h。待球磨机停止工作后，将球磨物均匀铺展在直径为20cm的玻璃蒸发皿中，然后将蒸发皿放入烘箱中，设置工作温度为60℃，工作时间为2h。待球磨机停止工作后，将玻璃蒸发皿取出用牛角勺轻轻刮下表面的样品，得到制备的铝热剂。
对比例2
分别称取质量为55g 80um铝粉，40g 800目的氧化铜粉末，150g 500目左右的氧化铁粉末和10g 2um的B粉倒入球磨罐中，再量取400ml无水乙醇倒入球磨罐，将球磨罐密封用夹具固定在球磨机上，设置球磨机工作频率为100r/min，工作时间为1h。待球磨机停止工作后，将球磨物均匀铺展在直径为20cm的玻璃蒸发皿中，然后将蒸发皿放入烘箱中，设置工作温度为60℃，工作时间为2h。待球磨机停止工作后，将玻璃蒸发皿取出用牛角勺轻轻刮下表面的样品，得到制备的铝热剂。
对比例3
分别称取质量为55g 80um铝粉，40g 800目的氧化铜粉末，150g 500目左右的氧化铁粉末倒入球磨罐中，再量取400ml无水乙醇倒入球磨罐，将球磨罐密封用夹具固定在球磨机上，设置球磨机工作频率为100r/min，工作时间为1h。待球磨机停止工作后，将球磨物均匀铺展在直径为20cm的玻璃蒸发皿中，然后将蒸发皿放入烘箱中，设置工作温度为60℃，工作时间为2h。待球磨机停止工作后，将玻璃蒸发皿取出用牛角勺轻轻刮下表面的样品，得到制备的铝热剂。
实验例1机械感度测试
根据GJB 772A-97火炸药试验方法中601.1撞击感度爆炸概率法，602.1摩擦感度爆炸概率法进行试验，采用撞击感度测试仪和摩擦感度测试仪测试实施例1～4和对比例1～3制备的铝热剂的机械感度，发现制备的铝热剂在测试过程中均未发生爆炸现象，说明样品的安定性均较高。
试验例2熔穿试验
试验过程中用未爆弹药作为销毁对象存在一定的风险和困难，因此选用来源广而且与实际弹壳性能相近的金属材料A3钢代替未爆弹作为销毁对象，进行销毁实验。试验过程中分别将实施例1～4和对比例1～3所制备的铝热剂，装入燃烧炬中，然后连接点火头在远距离通过起爆器将铝热剂点燃，实验结果如下表所示。
表1实施例和对比例制得的铝热剂的试验现象
实验过程中通过DSC实验测得实施例3和对比例1～3所制备的铝热剂的DSC曲线，如图1～4所示；通过非接触式红外测温系统测得实施例3和对比例1～3所制备的铝热剂的燃烧温度随时间变化曲线如图5～8所示。对比图2和图4、图6和图8可以发现，加入PTFE后铝热反应的起始温度提高，燃烧温度降低。通过在对比例1的基础上加入B得到实施例3，对比图1和图2、图5和图6，可以发现硼粉的加入不仅弥补了因加入PTFE引起的燃烧温度下降，同时使得铝热与的温度提前了200℃左右，使得铝热反应更容易被激发。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高热量具有化学腐蚀性的铝热剂，其特征在于：
包括如下质量份数的组分：
铝粉20～30份；
氧化铁粉60～80份；
产气剂10～20份；
含氟粘接剂2～10份；
辅助药剂5～10份。
2.根据权利要求1所述的高热量具有化学腐蚀性的铝热剂，其特征在于：所述产气剂为氧化铜、高锰酸钾、碳酸钙中的一种或几种；更优选地，所述产气剂为氧化铜。
3.根据权利要求1所述的高热量具有化学腐蚀性的铝热剂，其特征在于：所述含氟粘接剂为聚四氟乙烯和/或聚偏二氟乙烯；更优选地，所述含氟粘接剂为聚四氟乙烯。
4.根据权利要求1所述的高热量具有化学腐蚀性的铝热剂，其特征在于：所述辅助药剂为硼粉、镍粉、硅粉中的一种或几种；更优选地，所述辅助药剂为硼粉。
5.根据权利要求1所述的高热量具有化学腐蚀性的铝热剂，其特征在于：所述铝粉的粒径为80～120微米。
6.根据权利要求1所述的高热量具有化学腐蚀性的铝热剂，其特征在于：所述氧化铁粉的粒径为10～20微米。
7.根据权利要求1所述的高热量具有化学腐蚀性的铝热剂，其特征在于：所述造气剂的粒度为500～800目。
8.根据权利要求1所述的高热量具有化学腐蚀性的铝热剂，其特征在于：所述辅助药剂的粒径为1～5微米。
9.权利要求1-8任一所述的高热量具有化学腐蚀性的铝热剂的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
(1)将铝粉、氧化铁粉、产气剂、辅助药剂和粘接剂放入球磨罐中；
(2)按无水乙醇与步骤(1)中的所有药剂总质量的质量比为(2～4):1的比例将无水乙醇倒入球磨罐中；
(3)按照球料比为(15～20):1的比例在球磨罐中放入直径为5～10mm的玛瑙研磨球，将球磨罐密封放入球磨机中在100～150r/min，研磨1～2h；
(4)待球磨机停止工作后，取出球磨罐将球磨物取出在40～60℃温度下烘干2～4h后即得铝热剂。
10.权利要求1-8任一所述的高热量具有化学腐蚀性的铝热剂在未爆弹药销毁中的应用。
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2022
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