一种环三亚甲基三硝胺基复合含能材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及含能材料包覆技术领域，尤其涉及一种环三亚甲基三硝胺基复合含能材料及其制备方法。

背景技术

随着各类导弹、航天器的飞速发展，提高固体推进剂的综合性能成为人们关注的首要目标。具有高能量、低感度、低成本、高燃速、安全、绿色环保等综合指标的固体推进剂逐渐成为未来发展趋势。RDX(环三亚甲基三硝胺)是目前固体推进剂中应用比较广泛的含能组分，但其氧平衡为-21.6％，在爆炸反应中无法充分应用其能量。AP(高氯酸铵)是一种常用的氧化剂，可用于调节RDX基复合含能材料的氧平衡，使其发生反应所产生的能量得到更大程度的释放。目前复合含能材料的制备方法主要有溶剂-非溶剂法、溶胶-凝胶法、高能球磨法、冷冻干燥法、微胶囊造粒技术等。

微胶囊造粒技术主要利用一些性质稳定的高分子材料作为壁材，将一些具有反应活性、挥发性或敏感的芯材物质包裹起来，制成微小的粒子。常用的壁材有明胶、海藻酸盐、石蜡、硬脂酸等高分子材料。但是现有技术中微胶囊造粒技术制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料存在机械感度高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种环三亚甲基三硝胺基复合含能材料及其制备方法。本发明制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料机械感度低。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的制备方法，包括以下步骤：

将海藻酸钠、高氯酸铵和水混合，得到混合液；

将所述混合液与环三亚甲基三硝胺混合，得到悬浮液；

以可溶性铜盐溶液为固化液，对所述悬浮液进行微胶囊造粒，得到所述环三亚甲基三硝胺基复合含能材料。

优选地，所述可溶性铜盐溶液中可溶性铜盐的质量分数为2～5％。

优选地，所述悬浮液中环三亚甲基三硝胺与高氯酸铵的质量比为54.37～58.87：34.63～36.13。

优选地，所述微胶囊造粒的喷嘴直径为300μm，温度为20℃，频率为700～740Hz，振动幅度为3，进料速率为8～9mL/min。

优选地，所述微胶囊造粒的固化时间为24～48h。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料。

优选地，所述的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料包括以下质量百分数的组分：主体炸药89％～93％和海藻酸铜7％～11％，所述主体炸药包括环三亚甲基三硝胺和高氯酸铵。

优选地，所述海藻酸铜包覆在环三亚甲基三硝胺和高氯酸铵的表面。

本发明提供了一种环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的制备方法，包括以下步骤：将海藻酸钠、高氯酸铵和水混合，得到混合液；将所述混合液与环三亚甲基三硝胺混合，得到悬浮液；以可溶性铜盐溶液为固化液，对所述悬浮液进行微胶囊造粒，得到所述环三亚甲基三硝胺基复合含能材料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明提出的一种基于海藻酸铜包覆RDX及AP的复合含能材料的制备方法，通过微胶囊造粒技术将海藻酸铜包覆在RDX与AP的表面，得到的样品球形度高，均一性好，具有较低的机械感度，具有较好的安全性能。且本发明的制备方法工艺简单，易于实现产量化，解决了现有复合材料包覆不均匀、球形度差、粒径分布范围广、机械感度高的难题。

附图说明

图1为实施例1制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的扫描电镜图；

图2为实施例1制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的实物图；

图3为实施例2制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的扫描电镜图；

图4为实施例2制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的实物图；

图5为实施例3制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的扫描电镜图；

图6为实施例3制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的实物图；

图7为实施例4制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的扫描电镜图；

图8为实施例4制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的实物图；

图9为实施例5制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的扫描电镜图；

图10为实施例5制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的实物图。

具体实施方式

本发明提供了一种环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的制备方法，包括以下步骤：

将海藻酸钠、高氯酸铵和水混合，得到混合液；

将所述混合液与环三亚甲基三硝胺混合，得到悬浮液；

以可溶性铜盐溶液为固化液，对所述悬浮液进行微胶囊造粒，得到所述环三亚甲基三硝胺基复合含能材料。

在本发明中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。

本发明将海藻酸钠、高氯酸铵和水混合，得到混合液。

本发明优选将所述海藻酸钠和水混合，得到海藻酸钠溶液，再将所述海藻酸钠溶液与高氯酸铵混合，得到所述混合液。

在本发明中，所述海藻酸钠溶液的质量分数优选为1.5～2％。

本发明对所述混合的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。

得到混合液后，本发明将所述混合液与环三亚甲基三硝胺混合，得到悬浮液。

在本发明中，所述悬浮液中环三亚甲基三硝胺与高氯酸铵的质量比优选为54.37～58.87：34.63～36.13，更优选为58.87：36.13、56.2：35.8、55.59：35.41、54.98：35.02或54.37：34.63。

在本发明中，所述海藻酸钠的用量优选为使所得到的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料中海藻酸铜的质量百分数优选为7％～11％即可。

本发明优选将所述环三亚甲基三硝胺加入所述混合液中，在超声分散仪和搅拌的作用下使其形成混合均匀的悬浮液。

得到悬浮液后，本发明以可溶性铜盐溶液为固化液，对所述悬浮液进行微胶囊造粒，得到所述环三亚甲基三硝胺基复合含能材料。

在本发明中，所述可溶性铜盐溶液中可溶性铜盐的质量分数优选为2～5％。

在本发明中，所述可溶性铜盐优选为氯化铜或硝酸铜。

在本发明中，所述微胶囊造粒的喷嘴直径优选为300μm，温度优选为20℃，频率优选为700～740Hz，振动幅度优选为3，进料速率优选为8～9mL/min。

在本发明中，所述微胶囊造粒的固化时间优选为24～48h。

本发明优选使用注射泵将所述悬浮液通入微胶囊造粒仪的造粒模块中，当所述悬浮液通过喷嘴，经振动模块分散后依次落入所述可溶性铜盐溶液中，发生离子交联固化反应形成球状颗粒，在所述可溶性铜盐溶液中固化后，抽滤洗涤，冷冻干燥后收集得到球状产物，即为所述环三亚甲基三硝胺基复合含能材料(RDX/AP/海藻酸铜复合含能材料)。

在本发明中，所述微胶囊造粒仪优选为B-390微胶囊造粒仪，由瑞士BUCHI实验室仪器有限公司制造。

本发明还提供了上述技术方案所述的制备方法制得的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料。

在本发明中，所述的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料优选包括以下质量百分数的组分：主体炸药89％～93％和海藻酸铜7％～11％，所述主体炸药包括环三亚甲基三硝胺和高氯酸铵。

在本发明中，所述环三亚甲基三硝胺基复合含能材料中海藻酸铜的质量百分数优选为7％、8％、9％、10％或11％。

在本发明中，所述环三亚甲基三硝胺和高氯酸铵的质量比优选为54.37～58.87：34.63～36.13，更优选为58.87：36.13、56.2：35.8、55.59：35.41、54.98：35.02或54.37：34.63。

在本发明中，所述海藻酸铜优选包覆在环三亚甲基三硝胺和高氯酸铵的表面，所述海藻酸铜作为黏结剂。

本发明对所述环三亚甲基三硝胺基复合含能材料的应用没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的应用领域即可。

为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的环三亚甲基三硝胺基复合含能材料及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

以下实施例中样品的形貌由捷克Tescan公司的MIRA2-LMH型扫描电镜测试获得；撞击感度测试按照GB/T21567《危险品爆炸品撞击感度试验方法》的测试标准，测试仪器为BFH-12型BAM撞击感度测试仪。

实施例1

本实施例RDX/AP/海藻酸铜复合含能材料(按质量百分比计算)组成如下：

主体炸药体系：RDX，56.87％；AP，36.13％；黏结剂：海藻酸铜，7％。

本实施例的具体步骤为：

(1)称取0.408g海藻酸钠溶于去离子水中，配成质量分数为2％的溶液。

(2)称取2.106g的AP溶于步骤(1)配制的溶液中，搅拌均匀。

(3)称取3.307g的RDX加入到步骤(2)配制的溶液中，在超声分散仪和搅拌的作用下使其形成混合均匀的悬浮液分散体系。

(4)称取CuCl

(5)采用微胶囊造粒技术，使用直径为300μm的喷嘴，设置温度20℃，频率700Hz，振动幅度3。使用注射泵在进料速率为9mL/min下将步骤(3)中配制的悬浮液通入微胶囊造粒仪的造粒模块中，当悬浮液通过喷嘴，经振动模块分散后依次落入步骤(4)配制的固化液中，发生离子交联固化反应形成球状颗粒。在固化液中静置24h后，抽滤洗涤，冷冻干燥后收集得到球状产物，即为RDX/AP/海藻酸铜复合含能材料。产品扫描电镜图如图1所示，实物图如图2所示。

实施例2

与实施例1不同之处在于RDX/AP/海藻酸铜复合含能材料中黏结剂质量百分数为8％，RDX的质量比百分数为56.20％，AP的质量比百分数为35.80％。本实施例的制备方法参照实施例1。产品扫描电镜图如图3所示，实物图如图4所示。

实施例3

与实施例1不同之处在于RDX/AP/海藻酸铜复合含能材料中黏结剂质量百分数为9％，RDX的质量比百分数为55.59％，AP的质量比百分数为35.41％。本实施例的制备方法参照实施例1。产品扫描电镜图如图5所示，实物图如图6所示。

实施例4

与实施例1不同之处在于RDX/AP/海藻酸铜复合含能材料中黏结剂质量百分数为10％，RDX的质量比百分数为54.98％，AP的质量比百分数为35.02％。本实施例的制备方法参照实施例1。产品扫描电镜图如图7所示，实物图如图8所示。

实施例5

与实施例1不同之处在于RDX/AP/海藻酸铜复合含能材料中黏结剂质量百分数为11％，RDX的质量比百分数为54.37％，AP的质量比百分数为34.63％。本实施例的制备方法参照实施例1。产品扫描电镜图如图9所示，实物图如图10所示。

由图1～10可知，本发明所述的RDX/AP/海藻酸铜复合含能材料均呈球形，表面包覆密实，颗粒粘结紧密。

表1为原料RDX和实施例撞击感度测试结果。由图1所示，不同实例由表1可见，不同实施例中RDX/AP/海藻酸铜复合含能材料的极限撞击能量较原料RDX分别提高了1J、1J、1.5J、2J和3J，说明采用微胶囊造粒技术可显著提高产品的机械安全性能。

表1原料RDX和实施例撞击感度测试结果

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。