CN116768690B - 一种高反应压力fep基多元含能结构材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于含能结构材料技术领域，具体涉及一种高反应压力FEP基多元含能结构材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种高反应压力FEP基多元含能结构材料，包括FEP、活性金属和活性非金属；所述活性金属包括铝和/或镁；所述活性非金属包括硅和/或硼。本发明提供的多元含能结构材料具有更高的反应压力和毁伤效能。
Description
技术领域
本发明属于含能结构材料技术领域，具体涉及一种高反应压力FEP基多元含能结构材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚四氟乙烯(PTFE)-金属(Al、Mg)材料，是一类由PTFE作为基体和氧化剂，Al/Mg作为还原剂和增强相，通过粉末冶金法制备得到的新型含能结构材料，该材料具有一定结构强度，还能在高速冲击作用下发生化学反应，释放大量的热量，对目标产生纵火、引燃以及超压毁伤等多重毁伤的目的。然而，PTFE-Al/Mg含能结构材料的反应产物沸点较高(AlF3的沸点为1291℃，MgF2的沸点为2227℃)，导致含能结构材料的反应压力和超压毁伤威力不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高反应压力FEP基多元含能结构材料及其制备方法和应用，本发明提供的FEP基多元含能结构材料具有更高的反应压力和毁伤效能。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种高反应压力FEP基多元含能结构材料，包括FEP、活性金属和活性非金属；
所述活性金属包括铝和/或镁；
所述活性非金属包括硅和/或硼。
优选的，所述FEP的质量分数为30～70％；所述活性金属的质量分数为20～50％；所述活性非金属的质量分数为10～30％。
本发明还提供了上述技术方案所述的高反应压力FEP基多元含能结构材料的制备方法，包括以下步骤：
将FEP、活性金属和活性非金属混合后球磨，得到的混合料进行压制成型，得到压坯；
将所述压坯进行烧结，得到所述高反应压力FEP基多元含能结构材料。
优选的，所述FEP的平均粒径为0.2～20μm；所述活性金属的平均粒径为0.5～100μm；所述活性非金属的平均粒径为0.5～10μm。
优选的，所述球磨采用的球磨介质包括第一硬质合金磨球和第二硬质合金磨球；
所述第一硬质合金磨球的直径为3mm，所述第二硬质合金磨球的直径为8mm；
所述第一硬质合金磨球和第二硬质合金磨球的质量比为5：5～8：2；
所述FEP、活性金属和活性非金属的总质量和球磨介质的质量比为1：2.5；
所述球磨的转速为200rpm，时间为2～4h。
优选的，所述压制成型的压力为100～200MPa，保压时间为0.5～5min。
优选的，所述烧结在惰性气氛中进行。
优选的，所述烧结的温度为200～250℃，保温时间为2～6h。
优选的，升温至所述烧结温度的升温速率为30℃/h。
本发明还提供了上述技术方案所述的高反应压力FEP基多元含能结构材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的高反应压力FEP基多元含能结构材料在高毁伤弹药中的应用。
本发明提供了一种高反应压力FEP基多元含能结构材料，包括FEP、活性金属和活性非金属；所述活性金属包括铝和/或镁；所述活性非金属包括硅和/或硼。在本发明中，FEP是由PTFE改性得到的一种具有更高氟含量的聚合物，即氧化性更高；其中的活性金属和FEP发生化学反应时，可产生更高的反应能量；进一步的，通过添加活性非金属，和FEP的反应产物沸点(SiF4，-86℃，BF3，-100℃)低，进而使得本发明提供的多元含能结构材料具有更高的反应压力和毁伤效能。
附图说明
图1为实施例3和对比例1得到的含能结构材料的反应压力测试图。
具体实施方式
本发明提供了一种高反应压力FEP基多元含能结构材料，包括FEP、活性金属和活性非金属；
所述活性金属包括铝和/或镁；
所述活性非金属包括硅和/或硼。
在本发明中，若无特殊说明，所有组分均为本领域技术人员熟知的市售产品。
在本发明中，所述FEP的质量分数优选为30～70％，进一步优选为40～65％，更优选为50～60％；所述活性金属的质量分数优选为20～50％，进一步优选为25～45％，更优选为30～40％；所述活性非金属的质量分数优选为10～30％，进一步优选为15～28％，更优选为20～25％。
本发明还提供了上述技术方案所述的高反应压力FEP基多元含能结构材料的制备方法，包括以下步骤：
将FEP、活性金属和活性非金属混合后球磨，得到的混合料进行压制成型，得到压坯；
将所述压坯进行烧结，得到所述高反应压力FEP基多元含能结构材料。
本发明将FEP、活性金属和活性非金属混合后球磨，得到的混合料进行压制成型，得到压坯。
在本发明中，所述FEP、活性金属和活性非金属均优选以粉末的形式进行混合。在本发明中，所述FEP的平均粒径优选为0.2～20μm，进一步优选为5～10μm。在本发明中，所述活性金属的平均粒径为0.5～100μm；所述铝的平均粒径优选为0.5～10μm，进一步优选为2～5μm；所述镁的平均粒径优选为10～100μm，进一步优选为20～80μm，更优选为30～50μm。在本发明中，所述活性非金属的平均粒径为0.5～10μm；所述硅的平均粒径优选为0.5～5μm，进一步优选为1～3μm；所述硼的平均粒径优选为0.5～10μm，进一步优选为1～8μm，更优选为2～5μm。
在本发明中，所述球磨采用的球磨介质优选包括第一硬质合金磨球和第二硬质合金磨球；所述第一硬质合金磨球的直径优选为3mm，所述第二硬质合金磨球的直径优选为8mm；所述第一硬质合金磨球和第二硬质合金磨球的质量比优选为5：5～8：2。在本发明中，所述FEP、活性金属和活性非金属的总质量和球磨介质的质量比优选为1：2.5。在本发明中，所述球磨的转速优选为200rpm，时间优选为2～4h。在本发明中，所述球磨优选在球磨罐中进行。
在本发明中，所述压制成型的压力优选为100～200MPa，保压时间优选为0.5～5min。在本发明中，所述压制成型的方式优选为模压、冷等静压或注塑成型。本发明对所述压坯的尺寸没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。
得到所述压坯后，本发明将所述压坯进行烧结，得到所述高反应压力FEP基多元含能结构材料。
在本发明中，所述烧结在惰性气氛中进行，所述惰性气氛优选为氩气。在本发明的具体实施例中，所述氩气的流速优选为30mL/min。
在本发明中，所述烧结的温度优选为200～250℃，进一步优选为210～240℃，更优选为220～230℃；升温至所述烧结温度的升温速率为30℃/h；保温时间优选为2～6h，进一步优选为3～5h，更优选为3～4h。在本发明中，所述烧结优选在惰性烧结炉中进行。
所述烧结后，本发明还优选包括将得到的物料冷却至室温。
本发明还提供了上述技术方案所述的高反应压力FEP基多元含能结构材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的高反应压力FEP基多元含能结构材料在高毁伤弹药中的应用。本发明对所述应用的具体实施方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的即可。
本发明提供的高反应压力FEP基多元含能结构材料的反应压力优选为0.137～0.165MPa。
为了进一步说明本发明，下面结合附图和实施例对本发明提供的一种高反应压力FEP基多元含能结构材料及其制备方法和应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将40g平均粒径为10μm的FEP粉末、40g平均粒径为5μm的铝粉和20g平均粒径为1μm的硅粉置于加入球磨罐中，分别加入直径为3mm和8mm的硬质合金磨球(其中3mm磨球和8mm磨球的质量比为8：2)，粉体的总质量和磨球的总质量比为1：2.5，在转速为200rpm的条件下球磨2h；
采用模压工艺，将得到的混合粉压制成型得到压坯，尺寸为其中，压制压力为100MPa，保压时间为30s；
将得到的压坯置于惰性烧结炉中，以30mL/min的流速向惰性烧结炉通入氩气，时间为10min；然后以30℃/h的升温速率加热至220℃，保温2h，冷却至室温得到所述高反应压力FEP基多元含能结构材料。
实施例2
将40g平均粒径为10μm的FEP粉末、40g平均粒径为2μm的铝粉和20g平均粒径为0.5μm的硅粉置于加入球磨罐中，分别加入直径为3mm和8mm的硬质合金磨球(其中3mm磨球和8mm磨球的质量比为8：2)，粉体的总质量和磨球的总质量比为1：2.5，在转速为200rpm的条件下球磨4h；
采用模压工艺，将得到的混合粉压制成型得到压坯，尺寸为其中，压制压力为100MPa，保压时间为30s；
将得到的压坯置于惰性烧结炉中，以30mL/min的流速向惰性烧结炉通入氩气，时间为10min；然后以30℃/h的升温速率加热至220℃，保温2h，冷却至室温得到所述高反应压力FEP基多元含能结构材料。
实施例3
将45g平均粒径为10μm的FEP粉末、25g平均粒径为5μm的铝粉和30g平均粒径为1μm的硅粉置于加入球磨罐中，分别加入直径为3mm和8mm的硬质合金磨球(其中3mm磨球和8mm磨球的质量比为8：2)，粉体的总质量和磨球的总质量比为1：2.5，在转速为200rpm的条件下球磨2h；
将得到的混合粉装进尺寸为橡胶模具内，模具壁厚为1.5mm，然后采用冷等静压机将混合粉压制成型得到压坯，其中，压制压力为200MPa，保压时间为5min；
将得到的压坯置于惰性烧结炉中，以30mL/min的流速向惰性烧结炉通入氩气，时间为10min；然后以30℃/h的升温速率加热至220℃，保温2h，冷却至室温得到所述高反应压力FEP基多元含能结构材料。
对比例1
按照实施例3的方式制备得到含能结构材料，区别在于，未添加硅粉。
性能测试
将实施例1～3和对比例1得到的含能结构材料置于密闭容器中，采用弹道枪驱动发射，以一定速度撞击密闭容器并发生剧烈反应，产生的气体引起密闭容器上的压力变化，其中密闭容器的体积为27L，得到的测试结果如表1所示，图1为对比例1和实施例3的反应压力-时间曲线；
表1实施例1～3和对比例1得到的含能结构材料的反应压力
| 反应压力/MPa | |
| 实施例1 | 0.137 |
| 实施例2 | 0.157 |
| 实施例3 | 0.165 |
| 对比例1 | 0.105 |
从表1和图1可以看出，相比于对比例，本发明提供的含能结构材料的反应压力均有提高，且具有更高的的反应压力。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (9)
1.一种高反应压力FEP基多元含能结构材料，其特征在于，包括FEP、活性金属和活性非金属；
所述活性金属为铝；
所述活性非金属为硅；
所述FEP的质量分数为30～70％；所述活性金属的质量分数为20～50％；所述活性非金属的质量分数为10～30％。
2.权利要求1所述的高反应压力FEP基多元含能结构材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将FEP、活性金属和活性非金属混合后球磨，得到的混合料进行压制成型，得到压坯；
将所述压坯进行烧结，得到所述高反应压力FEP基多元含能结构材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述FEP的平均粒径为0.2～20μm；所述活性金属的平均粒径为0.5～100μm；所述活性非金属的平均粒径为0.5～10μm。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述球磨采用的球磨介质包括第一硬质合金磨球和第二硬质合金磨球；
所述第一硬质合金磨球的直径为3mm，所述第二硬质合金磨球的直径为8mm；
所述第一硬质合金磨球和第二硬质合金磨球的质量比为5：5～8：2；
所述FEP、活性金属和活性非金属的总质量和球磨介质的质量比为1：2.5；
所述球磨的转速为200rpm，时间为2～4h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述压制成型的压力为100～200MPa，保压时间为0.5～5min。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述烧结在惰性气氛中进行。
7.根据权利要求2或5所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的温度为200～250℃，保温时间为2～6h。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，升温至所述烧结温度的升温速率为30℃/h。
9.权利要求1所述的高反应压力FEP基多元含能结构材料或权利要求2～8任一项所述的制备方法制备得到的高反应压力FEP基多元含能结构材料在高毁伤弹药中的应用。
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