CN116143572A - 一种硼铝高能混合炸药及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硼铝高能混合炸药及其制备方法。该炸药包括HMX 63~67%、硼铝复合粉25~35%、氟橡胶Viton A 3~7%，其中，硼铝复合粉中硼粉为25~35wt%，铝粉为65~75wt%。其步骤为：将不同粒径的硼铝粉球磨后制备成硼铝复合粉；采用超声辅助法，以正己烷为溶剂，先将硼铝复合粉、HMX进行均匀混合，同时通过超声辅助法，将氟橡胶溶于乙酸乙酯中，再将粘结剂溶液滴加到悬浮液中，通过溶剂‑反溶剂法使得氟橡胶析出，制得硼铝混合炸药。采用本发明制备方法可提高过程本质安全，并使得到的产品混合均匀；得到的混合炸药具有高爆热、高燃烧热的特点，炸药发生的燃烧反应更充分，使得能量释放更加完全。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制备领域，具体涉及一种含硼铝高能混合炸药及制备方法。
背景技术
1,3,5,7-四硝基-四氮杂环辛烷(奥克托今，HMX)是目前综合性能最好的高能单质炸药，具有高能量密度特性以及优异的物理化学性质，在高效毁伤战斗部、高能推进剂、工程爆破等领域有着广泛的应用前景。
活性金属在含能材料中的运用能够快速有效提高其作功能力和爆炸威力。过去研究最多的是铝粉，研究结果表明，铝粉可以有效地提高炸药的能量，增强炸药的热效应。而从热力学角度看，硼粉作为一种高能金属粉，比铝粉具有更大的热力学潜能，其燃烧热值约为铝粉的2倍，同时硼粉具有更高的质量和体积能量密度。硼粉较铝粉有更高的燃烧温度，通过铝粉氧化释放的能量可提高硼粉的氧化效率，使铝粉的燃烧带动硼铝的燃烧，进而提高爆轰反应总的能量释放。
目前许多研究表明，采用氟化物如氟化锂、氟橡胶等物质，包覆铝或硼颗粒表面，可使得氟化物断裂产生的小分子氟与氧化壳层发生反应，生成易挥发的物质，加速除去金属颗粒表面的氧化层，提高整体能量释放效率。因此在含硼铝混合炸药中引入含氟粘结剂，对加强其能量释放表现有着积极意义。
传统的捏合挤出法在制备HMX基含铝炸药时，本身局限性大，且因操作过程中撞击、摩擦、静电等的影响，很可能导致炸药爆炸，存在很大安全隐患。同时，小粒径铝粉与水的反应活性较高，因此简单的在水溶液中进行混合炸药的湿混操作同样存在一定危险性。通过选用有机溶剂，利用粘结剂在不同溶剂中的溶解度差别，使其在滴加入混合炸药组分悬浮液时析出，可有效将混合炸药各组分成比例的粘合在一起，得到均以混合的炸药造型粉。
基于以上分析，如何发挥硼铝金属化混合炸药的高能量，同时提高混合炸药制备过程的本质安全一直是国内外关注的焦点，一种合适的硼铝炸药配方及其制备方法亟待提出。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种含硼铝高能混合炸药及其溶剂-反溶剂制备方法，使用粒径相同的HMX、硼铝复合粉制备具有高能量密度的金属化HMX基混合炸药。
本发明的含硼铝高能混合炸药，按照质量百分比组成为：1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(奥克托今，HMX)63～67％；硼铝复合粉含量为25～35％；粘结剂氟橡胶Viton A 3～7％，其中硼铝复合粉中硼粉含量为25～35％，铝粉含量为65～75％。
较佳的，硼铝复合粉粒径为1μm～10μm。
较佳的，HMX粒径为1μm～10μm粒径。
本发明的含硼铝混合炸药，选用氟橡胶Viton A作为含氟粘结剂，氟化物断裂产生的小分子氟与金属氧化壳层发生反应，使粘结剂中的氟元素在能量释放过程中发挥作用，在提供混合炸药造型粉结构强度的同时，增强能量释放表现。
本发明提供了含硼铝混合炸药的制备方法，包括：(1)分别称取硼粉、铝粉，置于行星球磨机中，采用间歇式球磨方式，球磨5～6h后加入0.5～1wt％硬脂酸作为过程控制剂，继续球磨2h，制得的混合粉体过筛后真空干燥1～1.5h，取平均粒径范围为1～10μm硼铝复合粉，备用；(2)将Viton A加入乙酸乙酯溶剂中，水浴50℃～60℃，直至形成无色、粘稠的粘结剂溶液，冷却后备用；(3)按照配方比例称取一定量的HMX、硼铝复合粉加入正己烷中，置于50℃～60℃超声器中超声混合30min，取出，置于磁力搅拌器上常温持续搅拌；(4)在常温下将溶有Viton A的乙酸乙酯溶液缓慢滴入步骤(3)的悬浮液中；(5)滴加完成后，加入适量的正己烷分散冲洗；接着将得到的悬浮液抽滤、真空烘干，得到所述的溶剂-反溶剂法制备含硼铝混合炸药造型粉。
较佳的，硼粉、铝粉的粒径比为1～2:8。
较佳的，硼粉为直径是10μm～50μm球形无定形硼；铝粉为直径是70μm～420μm的铝粉，扫描电镜观察下表面光滑，球形度好，颗粒饱满表面无塌陷。
较佳的，行星球磨机的转速115～125r/min，球料比为3：1。
较佳的，滴加温度为20℃～25℃，滴加速度为1～4滴/秒。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过爆热与燃烧热测试，证明混合炸药在该配方比例及工艺制备下，具有较基础比例配方更佳的能量释放效果。通过高速摄影，同样证明其燃烧表现优于其他配方。通过本发明的制备方法，可以使得到硼铝复合粉及炸药间紧密结合的混合物体系，从而提高炸药配方体系的能量水平及安全性能。相比于现有单质炸药(HMX、RDX、CL-20)等以及单独添加铝粉、硼粉的混合炸药，活泼金属铝与爆轰产物发生燃烧放热反应营造了高温环境，为随后硼粉的持续燃烧放热提供了条件，大幅度提高了硼粒子的燃烧效率，使得本发明炸药爆热、燃烧热、燃烧性能均有所提升，拓宽了混合高能炸药的应用范围与领域。
附图说明
图1为溶剂-反溶剂法制备得到的本发明实施例1(2#)混合炸药切面扫描电镜(SEM)形貌及能谱分析(EDS)图。
图2为本发明实配方1(2#)、实施配方2(3#)与含铝炸药(1#)在高速摄影下的火焰图像对比图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详述。
实施例1：
本实施例含硼铝高能混合炸药，由以下质量百分比组成为：1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(奥克托今，HMX)65％；硼铝复合粉含量为30％；市售的粘结剂Viton A5％，硼粉、铝粉质量比1：2。
具体的制备步骤如下：
(1)分别称取质量比1：2的20μm硼粉、160μm铝粉，至于行星球磨机中，行星球磨机转速115～125r/min，球料比为3：1，采用间歇式球磨方式，球磨5h后加入0.5～1wt％硬脂酸作为过程控制剂，继续球磨2h，制得的混合粉体过筛后真空干燥1～1.5h，取平均粒径范围为1～10μm硼铝复合粉，备用；
(1)配制粘结剂：选取偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物类聚合物加入乙酸乙酯溶剂中，超声水浴50℃-60℃，直至形成无色、粘稠的粘结剂溶液，冷却后备用；
(2)炸药组分混合：按照配方比例称取一定量的奥克托金(HMX)、硼铝复合粉倒入正己烷中，置于超声50℃-60℃水浴中持续混合30min，然后取出，于磁力搅拌器上常温持续搅拌；
(3)粘结剂析出：20℃～25℃时，将氟橡胶的有机溶剂以1～4滴/秒速度，滴入混合炸药组分的预混悬浮液中，滴加完成后，加入适量的正己烷分散冲洗；
(4)成品：将得到的造型粉悬浮液加以抽滤，水洗两次，之后在50℃-60℃真空烘箱中烘干，得到所述的溶剂-反溶剂法制备的含硼铝高能混合炸药造型粉。
本发明的硼铝粉质量比为1:2的混合炸药造型粉切面扫描电镜(SEM)形貌及能谱分析(EDS)见图1，作为HMX组分代表的C、N、O三种元素和Al、B元素在截面上分布均匀，作为粘结剂代表的F元素同样均匀分布于颗粒截面上，因此该制备方法对提高组分混合均匀程度具有很好的帮助。
为了证明本发明的含硼铝混合炸药配方具有较佳的能量释放效果，本发明选取相同质量和配比的含铝炸药(HMX：Al：Viton A＝65：30：5)，以同样的制备方法得到混合炸药产品进行对比试验。
为了得到能量释放表现更佳、威力更大的炸药配方，将两种配方的混合炸药进行了爆热、燃烧热测试，所测得结果列于下表1。爆热测试在3MPa氮气氛围下进行，燃烧热测试在3MPa氧气氛围下进行。
表1两种配方爆热测试结果对比表
试验中采用高速摄影机拍摄燃烧过程，观测含硼铝炸药燃烧过程中的火焰形貌及演变历程，见图2。2#混合炸药的火焰具有最佳的宽度表现，药柱点燃后，在0.5s时即表现出了较其他药柱更大的火焰面积，这表明本发明配方2#药柱的能量释放表现最佳。稳定的燃烧火焰也说明，利用溶剂-反溶剂法制备得到的含硼铝炸药造型粉是混合均匀，比例均一的。
实施例2：
本实施例含硼铝高能混合炸药，由以下质量百分比组成为：1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷(奥克托今，HMX)65％；硼铝复合粉含量为30％；粘结剂Viton A 5％。硼粉、铝粉质量比4：11。
本实施例硼铝高能混合炸药具体的制备方法如下：
(1)分别称取质量比4：11的30μm硼粉、240μm铝粉，至于行星球磨机中，行星球磨机转速115～125r/min，球料比为3：1，采用间歇式球磨方式，球磨6h后加入0.5～1wt％硬脂酸作为过程控制剂，继续球磨2h，制得的混合粉体过筛后真空干燥1～1.5h，取平均粒径范围为1～10μm硼铝复合粉，备用；
(1)配制粘结剂：选取偏氟乙烯和六氟丙烯共聚物类聚合物Viton A加入乙酸乙酯溶剂中，超声水浴50℃～60℃，直至形成无色、粘稠的粘结剂溶液，冷却后备用；
(2)炸药组分混合：按照配方比例称取一定量的奥克托金(HMX)、硼铝复合粉倒入正己烷中，置于超声50℃～60℃水浴中持续混合30min，然后取出，于磁力搅拌器上常温持续搅拌；
(3)粘结剂析出：20℃～25℃时，将氟橡胶的有机溶剂以1～4滴/秒速度，滴入混合炸药组分的预混悬浮液中，滴加完成后，加入适量的正己烷分散冲洗；
(4)成品：将得到的造型粉悬浮液加以抽滤，水洗两次，之后在50℃～60℃真空烘箱中烘干，得到所述的溶剂-反溶剂法制备的含硼铝高能混合炸药造型粉。
同意选取相同质量和配比的含铝炸药(HMX：Al：Viton A＝65：30：5)，以同样的制备方法得到混合炸药产品进行对比试验。
为了得到能量释放表现更佳、威力更大的炸药配方，将两种配方的混合炸药进行了爆热、燃烧热测试，所测得结果列于下表2。爆热测试在3MPa氮气氛围下进行，燃烧热测试在3MPa氧气氛围下进行。
表2两种配方爆热测试结果对比表
试验中采用高速摄影机拍摄燃烧过程，观测含硼铝炸药燃烧过程中的火焰形貌及演变历程，见图2。
Claims (8)
1.一种硼铝高能混合炸药，其特征在于，按照质量百分比计，包括HMX 63~67%；硼铝复合粉25~35%；粘结剂氟橡胶Viton A 3~7%，其中，硼铝复合粉中的硼粉含量为25~35wt%，铝粉含量为65~75wt%。
2.如权利要求1所述的硼铝高能混合炸药，其特征在于，硼铝复合粉粒径为1μm~10μm。
3. 如权利要求1所述的硼铝高能混合炸药，其特征在于，HMX粒径为 1μm~10μm 粒径。
4.一种如权利要求1-3任一所述的硼铝高能混合炸药的制备方法，其特征在于，包括：（1）分别称取硼粉、铝粉，置于行星球磨机中，采用间歇式球磨方式，球磨5~6h后加入0.5~1wt%硬脂酸作为过程控制剂，继续球磨2h，过筛后真空干燥，制得硼铝复合粉；（2）将VitonA加入乙酸乙酯溶剂中，水浴50℃~60℃，直至形成无色、粘稠的粘结剂溶液，冷却后备用；（3）按照配方比例称取一定量的HMX、硼铝复合粉加入正己烷中，置于50℃~60℃超声器中超声混合30min，取出，常温下持续搅拌；（4）在常温下将步骤（2）的粘结剂溶液缓慢滴入步骤（3）的悬浮液中；（5）滴加完成后，加入正己烷分散冲洗、抽滤、真空烘干，得到所述的硼铝高能混合炸药。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，硼粉、铝粉的粒径比为1~2:8。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，硼粉为直径是10μm~50μm球形无定形硼；铝粉为直径是70μm~420μm的铝粉。
7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，行星球磨机的转速115~125r/min，球料比为3：1。
8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，滴加温度为20℃~25℃，滴加速度为1~4滴/秒。
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| CN (1) | CN116143572A (zh) |
Citations (6)
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2023
- 2023-03-06 CN CN202310204884.1A patent/CN116143572A/zh active Pending
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