CN115925498B - 一种浇注型含能活性材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浇注型含能活性材料及其制备方法和应用，属于含能材料领域。所提供的浇注型含能活性材料包括以下质量份的组分：含能金属添加剂50‑75份、液态脂肪族含氟环氧树脂20‑40份和固化剂5‑10份，其中，液态脂肪族含氟环氧树脂的含氟量≥40％，密度＞1.60g/cm3。通过使用高氟含量的液体脂肪族含氟环氧树脂作为粘结剂，利用浇注‑固化成型工艺制备活性材料，具有良好的成型性能。同时，本发明通过使用含氟粘结剂，增强了金属粉的燃烧反应率，显著提高了活性材料的化学反应热值。这种注型活性材料具有良好的高速撞击引发反应特性及较高的化学反应热值，可用作弹药战斗部活性内核材料。
Description
技术领域
本发明涉及含能材料技术领域，具体而言，涉及一种浇注型含能活性材料及其制备方法和应用。
背景技术
氟聚物基含能反应活性材料是一种主要由高氟含量的氟聚物和金属颗粒或纤维组成的亚稳态含能复合材料，又称冲击引发的含能材料。由于其高能量水平、足够的钝感和独特的能量释放特性及其他优异的理化性能，近年来国内外都进行了大量的研究。目前国内外研究使用的氟聚物有氟橡胶、氟塑料、热塑性氟聚物。例如：氟橡胶(Viton A)、聚四氟乙烯(PTFE)、热塑性四氟乙烯、六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物(THV)等。以PTFE为基的反应活性材料通常采用压制-高温烧结(350-380℃)的制备工艺，以THV为基的反应活性材料通常采用高温(110-150℃)熔融混合或高温(110-150℃)注塑挤出成型工艺，成型工艺均较为复杂，且需在高温下成型制备，不易于实现低成本规模化生产制备。
鉴于上述问题的存在，有必要提供一种浇注型含能活性材料及其制备方法和应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种浇注型含能活性材料及其制备方法和应用。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提供一种浇注型含能活性材料，包括以下质量份的组分：含能金属添加剂50-75份、液态脂肪族含氟环氧树脂20-40份和固化剂5-10份。
本发明还提供一种上述浇注型含能活性材料的制备方法，其包括：按比例将含能金属添加剂加入到脂肪族含氟环氧树脂中搅拌均匀，然后加入固化剂搅拌均匀，真空浇注后，再高温固化成型。
本发明还提供一种上述浇注型含能活性材料在制作武器弹药中的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的一种浇注型含能活性材料及其制备方法和应用，所提供的浇注型含能活性材料，包括以下质量份的组分：含能金属添加剂50-75份、液态脂肪族含氟环氧树脂20-40份和固化剂5-10份。本发明通过使用液体脂肪族含氟环氧树脂作为粘结剂，利用浇注-固化成型工艺制备活性材料，具有良好的成型性能。同时，使用上述的含氟粘结剂，还可以增强含能金属添加剂的燃烧反应率，显著提高活性材料的化学反应热值，可用作弹药战斗部活性内核材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为14.5mm弹道枪实验测试系统示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的一种浇注型含能活性材料及其制备方法和应用进行具体说明。
第一方面，本发明实施例提供一种浇注型含能活性材料，包括以下质量份的组分：含能金属添加剂50-75份、液态脂肪族含氟环氧树脂20-40份和固化剂5-10份。
本发明实施例提供的一种浇注型含能活性材料，使用液态脂肪族含氟环氧树脂作为粘结剂，液态脂肪族含氟环氧树脂的使用有利于燃料组分的混入、混入后的分散以及混入后的成型加工，便利反应含能材料制造，可以应用多种混合、成型方法(如挤出、注塑、喷雾等)，同时加工的装药形状、尺寸也可多种多样，从而满足多个场合的应用。并且，含氟粘结剂的使用，可以增强含能金属添加剂的燃烧反应率，显著提高含能活性材料的化学反应热值。
在可选的实施方式中，液态脂肪族含氟环氧树脂的含氟量≥40％，密度＞1.60g/cm3。
在可选的实施方式中，固化剂为胺类或酸酐类。
在可选的实施方式中，含能金属添加剂包括铝粉、钛粉和硼粉中的至少一种。
在可选的实施方式中，含能金属添加剂选自铝粉、钛粉和硼粉；
优选地，铝粉的粒度为2-20um，颗粒形貌为球形；
优选地，钛粉的粒度为10-45um，钛的纯度高于99％；
优选地，硼粉的粒度为2-10um，硼的纯度高于90％。
在可选的实施方式中，包含下列质量份的组分：铝粉30-40份、钛粉0-30份、硼粉10-15份、液态脂肪族含氟环氧树脂20-40份和固化剂5-10份。
第二方面，本发明实施例还提供一种上述浇注型含能活性材料的制备方法，其包括：按比例将含能金属添加剂加入到液态脂肪族含氟环氧树脂中搅拌均匀，然后加入固化剂搅拌均匀，真空浇注后，再高温固化成型。
在可选的实施方式中，按比例将含能金属添加剂加入到液态脂肪族含氟环氧树脂中搅拌均匀，然后加入固化剂搅拌均匀，在真空度≤0.3MPa，温度为50℃下进行真空浇注后，再于50-70℃下固化72-120h成型。
第三方面，本发明实施例还提供一种上述浇注型含能活性材料在制作武器弹药中的应用。
在可选的实施方式中，将浇注型含能活性材料用作弹药战斗部活性内核材料。
下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步地详细描述。
本发明实施例提供一种浇注型含能活性材料，包括以下质量份的组分：含能金属添加剂50-75份、液态脂肪族含氟环氧树脂20-40份和固化剂5-10份。
进一步地，液态脂肪族含氟环氧树脂的含氟量≥40％，密度＞1.60g/cm3。
进一步地，固化剂为胺类或酸酐类。
进一步地，含能金属添加剂包括铝粉、钛粉和硼粉中的至少一种。
进一步地，本发明实施例提供一种浇注型含能活性材料，包括以下质量份的组分：铝粉30-40份、钛粉0-30份、硼粉10-15份、液态脂肪族含氟环氧树脂20-40份及固化剂5-10份。
更进一步地，铝粉粒度为2-20um，颗粒形貌为球形。
更进一步地，钛粉粒度为10-45um，钛的纯度高于99％。
更进一步地，硼粉粒度为2-10um，硼的纯度高于90％。
以上的浇注型含能活性材料制备方法包括以下步骤：
步骤(1)，按照以下质量百分比含量称取原料：
铝粉30-40份、钛粉0-30份、硼粉10-15份、液态脂肪族含氟环氧树脂20-40份及固化剂5-10份。
步骤(2)，将铝粉、钛粉及硼粉加入到液态脂肪族含氟环氧树脂中，搅拌均匀。
步骤(3)，将固化剂加入到步骤(2)制备的混合物中，搅拌均匀。
步骤(4)，将制备的物料用真空浇注的方式装入模具中，脱除料浆中夹带的溶剂及少量空气，然后放入50℃高温烘箱固化成型。
下面结合具体实施方式对本发明进行说明，但决不局限于此。
实施例1
本实施例提供了一种浇注型含能活性材料：
1、浇注型含能活性材料配方参见表1。
表1
2、浇注型含能活性材料制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：按照表1的配方称取原料；
步骤(2)，将铝粉、钛粉及硼粉分别加入到液态脂肪族含氟环氧树脂中，搅拌均匀。
步骤(3)，将固化剂聚醚胺D230加入到步骤(2)制备的混合物中，搅拌均匀。
步骤(4)，将制备的物料用真空浇注的方式装入模具中，脱除料浆中夹带的溶剂及少量空气，然后放入50℃高温烘箱固化120h成型。
3、对制得的产品进行性能测试，测试结果如下：
本发明实施例制备的浇注活性材料通过14.5mm弹道枪实验测试系统测试，含能活性材料质量3g(Ф10mm)，撞击速度835m/s时，27L密闭容器内的准静态超压峰值达0.16MPa，反应释能为4.78kJ/g。
实施例2
本实施例提供了一种浇注型含能活性材料。
1、浇注型含能活性材料配方参见表2。
表2
| 组分 | 含量(质量百分比/％) |
| Al粉 | 35 |
| Ti粉 | 30 |
| B粉 | 10 |
| 液态脂肪族含氟环氧树脂(氟含量47％) | 20 |
| 酸酐固化剂(甲基六氢苯酐) | 5 |
2、浇注型含能活性材料制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：按照表1的配方称取原料；
步骤(2)，将铝粉、钛粉及硼粉分别加入到液态脂肪族含氟环氧树脂中，搅拌均匀。
步骤(3)，将固化剂甲基六氢苯酐加入到步骤(2)制备的混合物中，搅拌均匀。
步骤(4)，将制备的物料用真空浇注的方式装入模具中，脱除料浆中夹带的溶剂及少量空气，然后放入50℃高温烘箱固化72h成型。
3、对制得的产品进行性能测试，测试结果如下：
本发明实施例制备的浇注活性材料通过14.5mm弹道枪实验测试系统测试，活性材料质量3g(Ф10mm),撞击速度1082m/s时，27L密闭容器内的准静态超压峰值达0.22MPa，反应释能为6.04kJ/g。
实施例3
本实施例提供了一种浇注型含能活性材料。
1、浇注型含能活性材料配方参见表3。
表3
| 组分 | 含量(质量百分比/％) |
| Al粉 | 40 |
| B粉 | 10 |
| 液态脂肪族含氟环氧树脂(氟含量47％) | 40 |
| 酸酐固化剂(甲基六氢苯酐) | 10 |
2、浇注型含能活性材料制备方法包括以下步骤：
步骤(1)：按照表3的配方称取原料；
步骤(2)，将铝粉、钛粉及硼粉分别加入到液态脂肪族含氟环氧树脂中，搅拌均匀。
步骤(3)，将固化剂甲基六氢苯酐加入到步骤(2)制备的混合物中，搅拌均匀。
步骤(4)，将制备的物料用真空浇注的方式装入模具中，脱除料浆中夹带的溶剂及少量空气，然后放入70℃高温烘箱固化72h成型。
3、对制得的产品进行性能测试，测试结果如下：
本发明实施例制备的浇注活性材料通过14.5mm弹道枪实验测试系统测试，活性材料质量3g(Ф10mm),撞击速度1082m/s时，27L密闭容器内的准静态超压峰值达0.21MPa，反应释能为5.34kJ/g。
对比例1
与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：粘结剂为含氟聚合物PTFE，含量为40％，结果为：制备的压制-烧结成型含能活性材料通过14.5mm弹道枪实验测试系统测试，含能活性材料质量3g(Ф10mm)，撞击速度835m/s时，27L密闭容器内的准静态超压峰值达0.06MPa，未完全反应激发。
对比例2
与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：粘结剂为热塑性型含氟聚合物THV，含量为25％，结果为：制备的注塑型含能活性材料通过14.5mm弹道枪实验测试系统测试，活性材料质量3g(Ф10mm),撞击速度1082m/s时，27L密闭容器内的准静态超压峰值达0.13MPa，反应释能为3.12kJ/g。
对比例3
与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：液态脂肪族含氟环氧树脂的含氟量为35％，结果为：制备的浇注型含能活性材料通过14.5mm弹道枪实验测试系统测试，含能活性材料质量3g(Ф10mm)，撞击速度835m/s时，27L密闭容器内的准静态超压峰值达0.08MPa，反应释能为3.06kJ/g。
对本发明实施例和对比例的结果进行分析，可以看出：使用高含氟量的液态脂肪族含氟环氧树脂制备的活性含能材料具有明显的冲击反应释能特性优势，在较低撞击速度下就可激发反应，且产生的准静态超压高，反应释能高。
综上，本发明提供了一种浇注型含能活性材料及其制备方法和应用，所提供的浇注型含能活性材料包括以下质量份的组分：金属添加剂50-75份、液态脂肪族含氟环氧树脂20-40份和固化剂5-10份，其中液态脂肪族含氟环氧树脂的含氟量≥40％，密度＞1.60g/cm3。使用高氟含量的液体脂肪族含氟环氧树脂作为粘结剂，与采用固体氟橡胶、氟塑料、热塑性氟树脂粘结剂相比，可利用浇注-固化工艺制备含能活性材料，具有良好的制备工艺，易于低成本大规模制备。同时，本发明通过使用含氟粘结剂，增强了金属粉的燃烧反应率，显著提高了活性材料的化学反应热值。这种注型活性材料具有良好的高速撞击引发反应特性及较高的化学反应热值，可用作弹药战斗部活性内核材料。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种浇注型含能活性材料，其特征在于，包括以下质量份的组分：含能金属添加剂50-75份、液态脂肪族含氟环氧树脂20-40份和固化剂5-10份，所述液态脂肪族含氟环氧树脂的含氟量≥40％，密度＞1.60g/cm3，所述固化剂为胺类或酸酐类，所述含能金属添加剂包括铝粉、钛粉和硼粉中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的浇注型含能活性材料，其特征在于，所述含能金属添加剂选自铝粉、钛粉和硼粉。
3.根据权利要求2所述的浇注型含能活性材料，其特征在于，所述铝粉的粒度为2-20um，颗粒形貌为球形。
4.根据权利要求2所述的浇注型含能活性材料，其特征在于，所述钛粉的粒度为10-45um，钛的纯度高于99％。
5.根据权利要求2所述的浇注型含能活性材料，其特征在于，所述硼粉的粒度为2-10um，硼的纯度高于90％。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的浇注型含能活性材料，其特征在于，包括以下质量份的组分：铝粉30-40份、钛粉0-30份、硼粉10-15份、液态脂肪族含氟环氧树脂20-40份和固化剂5-10份。
7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的浇注型含能活性材料的制备方法，其特征在于，其包括：按比例将所述含能金属添加剂加入到所述液态脂肪族含氟环氧树脂中搅拌均匀，然后加入所述固化剂搅拌均匀，真空浇注后，再高温固化成型。
8.根据权利要求7所述的浇注型含能活性材料的制备方法，其特征在于，按比例将所述含能金属添加剂加入到所述液态脂肪族含氟环氧树脂中搅拌均匀，然后加入所述固化剂搅拌均匀，在真空度≤0.3MPa，温度为50℃下进行真空浇注后，再于50-70℃下固化72-120h成型。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的浇注型含能活性材料或权利要求7-8中任一项所述的制备方法制备的浇注型含能活性材料在制作武器弹药中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，将所述的浇注型含能活性材料用作弹药战斗部活性内核材料。
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-
2022
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Patent Citations (6)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王全保.《实用电子变压器材料器件手册》.辽宁科学技术出版社,2003,395. * |
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