叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药及其制备方法

技术领域

本申请实施例涉及一种起爆药及其制备技术，尤其涉及一种叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药及其制备方法。

背景技术

随着火工品向小型化、智能化、集成化方向迅速发展，传统的起爆装置因体积大、装药量大等缺点不能满足微型火工品的需求，因此，当前微起爆装置被广泛研究。起爆药是指在微小的刺激下能实现燃烧转爆轰，引爆第二级炸药的装药，是微起爆装置中最重要的能源物质。叠氮化镉、斯蒂芬酸镉等含镉起爆药已经应用近百年，但对于微起爆装置而言，其起爆能力不足，限制了其在微起爆装置中的应用。针对微起爆装置，需要装填与其体积尺寸对应的微型起爆药，且需要该起爆药的起爆力能达到引爆二级炸药的程度。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药及其制备方法，在起爆药小颗粒的情况下，起爆能量较强。

根据本申请的第一方面，提供一种叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药的制备方法，包括以下处理步骤：

称取适量高分子聚合物，并加入溶剂，搅拌使高分子聚合物溶解，制得高分子聚合物溶液；高分子聚合物溶液中，高分子聚合物的质量占比为8.3%~12.5%；

向高分子聚合物溶液中加入适量的可溶性铜盐和可溶性镉盐，充分搅拌后得到高分子聚合物金属盐的纺丝溶液；其中，可溶性铜盐和可溶性镉盐的质量比维持在1：9~4：5；所述铜盐和镉盐的总质量与高分子聚合物溶液的质量之比为： 9：50~3：26；

在静电纺丝仪器的收集器上放置导电物制成的垫片，用注射器抽取纺丝溶液，设置好静电纺丝仪器的参数后，开始纺丝，持续第一设定时长，得到高分子聚合物金属盐薄膜，将高分子聚合物金属盐薄膜置于烘箱中干燥；

将干燥后的高分子聚合物金属盐薄膜置于石英舟内，并将石英舟置于管式炉中，向管式炉内持续通入保护气体；设置管式炉加热温度和加热时间，开始对高分子聚合物金属盐薄膜进行热分解，得到铜镉碳纤维复合物；

将铜镉碳纤维复合物放置于原位反应设备内，由叠氮化钠与硬脂酸在加热条件下反应产生的叠氮酸气体，不断通入原位反应设备内，反应第二设定时长后，获得叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药。

在一些可选的实施例中，所述可溶性铜盐包括以下至少之一：

硫酸铜、硝酸铜、氯化铜；

所述可溶性镉盐包括以下至少之一：硝酸镉、乙酸镉。

在一些可选的实施例中，所述高分子聚合物包括以下至少之一：

聚偏氟乙烯PVDF、聚丙烯腈PAN、聚苯乙烯PS、聚乙烯醇PVA、聚乙烯吡咯烷酮PVP、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA。

在一些可选的实施例中，所述第一设定时长为：9h~15h；

所述第二设定时长为：16h~38h。

在一些可选的实施例中，所述保护气体包括以下至少之一：氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氢气。

在一些可选的实施例中，所述设置管式炉加热温度和加热时间，包括：

设置管式炉的加热温度为410℃~580℃；

设置管式炉的加热时间为5min~50min。

在一些可选的实施例中，所述叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药中碳纤维的重量占比为9wt%~19wt%。

在一些可选的实施例中，所述叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药中叠氮化铜的重量占比为19wt%~29wt%。

在一些可选的实施例中，所述叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药中叠氮化镉的含量为29wt%~59wt%。

根据本申请的第二方面，提供一种叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药，所述叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药采用所述的叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药的制备方法制备得到。

本申请实施例的技术方案，采用高分子纤维复合物作为前驱体材料，经过高温热分解得到的碳纤维比表面积大、缺陷数量少、导热和导电性好、强度高等，跟叠氮化物复合后性能稳定、且能有效提高其安全性能，另外，高分子复合纤维中，高分子和可溶性金属盐之间分布均匀，三维网状结构以及高分子热分解都会形成大量孔洞，能保证叠氮化反应进行的更加充分。高分子纤维薄膜具有很好的柔性，可以裁剪为不同形状的前驱体，进而匹配不同形状的装药腔，薄膜结构相比于粉末而言，减少了因粉末摩擦产生的危险性，安全性更高。起爆药以叠氮化铜、叠氮化镉为基础，其中的氮含量远高于叠氮化镉，因此其起爆能力更高，在微型起爆装置中具有更广阔的应用前景。

附图说明

图1为本申请实施例提供的叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

以下详细阐明本申请实施例技术方案的实质。

本申请实施例的技术方案的主要原理包括，聚偏氟乙烯（PVDF）、聚丙烯腈（PAN）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）是静电纺丝中比较常用的高分子材料，其任何之一可以跟铜盐和镉盐在适当的溶剂作用下均匀混合，混合溶液具有优异的纺丝性能，通过静电纺丝可以大量制备前驱体薄膜；高分子纤维薄膜在高温热分解后，可以形成金属均匀分布在碳纤维材料上的复合物中间体，碳纤维交叉形成的三维网状结构以及高分子热分解都会形成大量孔洞，进而促进金属和叠氮酸的原位反应；通过调节反应时间等原位反应的条件，可以制备得到起爆力更强的叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药。

图1为本申请实施例提供的叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药的制备方法的流程示意图，如图1所示，本申请实施例记载的叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药的制备方法包括以下处理步骤：

步骤101，称取适量高分子聚合物，并加入溶剂，搅拌使高分子聚合物溶解，制得高分子聚合物溶液；高分子聚合物溶液中，高分子聚合物的质量占比为8.3%~12.5%。

本申请实施例中，高分子聚合物包括以下至少之一：聚偏氟乙烯（PVDF）、聚丙烯腈（PAN）、聚苯乙烯（PS）、聚乙烯醇（PVA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等。本领域技术人员应当理解，本申请实施例中并不限定溶剂的品类及物质类型，只要能够溶解高分子聚合物，以及本申请实施例的铜盐及镉盐即可。

本申请实施例中，高分子聚合物溶液中，高分子聚合物的质量分数为8.3%~12.5%，作为一种示例，高分子聚合物的质量分数为8.4%、8.6%、8.9%、9%、9.3%、9.5%、9.7%、9.9%、10%、10.3%、10.5%、10.8%、11%、11.4%、11.5%、11.8%、12%、或12.2%等。

步骤102，向高分子聚合物溶液中加入适量的可溶性铜盐和可溶性镉盐，充分搅拌后得到高分子聚合物金属盐的纺丝溶液；其中，可溶性铜盐和可溶性镉盐的质量比维持在1：9~4：5；所述铜盐和镉盐的总质量与高分子聚合物溶液的质量之比为： 9：50~3：26。

本申请实施例中，可溶性铜盐包括以下至少之一：硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、醋酸铜。可溶性镉盐包括以下至少之一：硝酸镉、乙酸镉。向高分子聚合物溶液中加入适量的可溶性铜盐和可溶性镉盐，可溶性铜盐和可溶性镉盐之间 的质量比维持在1：9~4：5，作为一种示例，可溶性铜盐和可溶性镉盐的质量比可以为1：8、1：7、1：6、1：5、1：4、1：3、1：2、10：11或5：6等。

本申请实施例中，铜盐及镉盐的质量之和与高分子聚合物溶液的质量比为： 9：50~3：26；作为一种示例，铜盐及镉盐的质量之和与高分子聚合物溶液的质量比可以为：4：25、7：50、3：20、1：7、1：8、或3：25等。

步骤103，在静电纺丝仪器的收集器上放置导电物制成的垫片，用注射器抽取纺丝溶液，设置好静电纺丝仪器的参数后，开始纺丝，持续第一设定时长，得到高分子聚合物金属盐薄膜，将高分子聚合物金属盐薄膜置于烘箱中干燥。

本申请实施例中，导电物制成的垫片可以选用铝箔纸、锡箔纸、各种导电金属制成的类似薄片等。垫片也可以采用非金属导电材质制成，如可以采用导电陶瓷等作为垫片。第一设定时长为：9h~15h；作为一种示例，第一设定时长可以为9.5h、10h、11h、11.5h、12h、12.5h、13h、13.5h、14h、或14.5h等。本领域技术人员应当理解，纺丝的持续时长并非限定，需要根据待纺丝对象的数量、纺丝的直径及纺丝效率而确定。

步骤104，将干燥后的高分子聚合物金属盐薄膜置于石英舟内，并将石英舟置于管式炉中，向管式炉内持续通入保护气体；设置管式炉加热温度和加热时间，开始对高分子聚合物金属盐薄膜进行热分解，得到铜镉碳纤维复合物。

本申请实施例中，保护气体包括以下至少之一：氮气、氦气、氖气、氩气、氪气、氢气。

本申请实施例中，设置管式炉的加热温度为410℃~580℃；作为一种示例，可以加热温度可以为420℃、440℃、450℃、470℃、490℃、495℃、500℃、505℃、510℃、520℃、530℃、550℃、560℃、或570℃等。

本申请实施例中，设置管式炉的加热时间为5min~50min。作为一种示例，管式炉的加热时间可以为25min、30min、35min、40min、或45min等，本领域技术人员应当理解，管式炉的加热时间以使高分子聚合物金属盐薄膜充分热分解为准，可以根据需要而设定其热分解的时间。在不考虑加工效率的情况下，热分解的时长设置的越长，高分子聚合物金属盐薄膜热分解就越彻底。

步骤105，将铜镉碳纤维复合物放置于原位反应设备内，由叠氮化钠与硬脂酸在加热条件下反应产生的叠氮酸气体，不断通入原位反应设备内，反应第二设定时长后，获得叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药。

本申请实施例中，第二设定时长为16h~38h，优选地，第二设定时长可以为18h、19h、20h、21h、或22h等。本申请实施例中，在不考虑叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药反应效率的情况下，第二设定时长可以为更长的时间值。

本申请实施例中，叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药中碳纤维的重量占比为9wt%~19wt%；所述叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药中叠氮化铜的重量占比为19wt%~29wt%；在一些可选的实施例中，所述叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药中叠氮化镉的含量为29wt%~59wt%。

本申请实施例中，叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药可以直接制成薄膜状态，具有可裁剪性，能很好地满足微型装药腔装药方式的要求。且本申请实施例的叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药具有较高的叠氮化物负载量（叠氮化铜和叠氮化镉总含量最高达88%wt），起爆威力更强，可以更好地应用于微起爆装置中。本申请实施例采用静电纺丝作为起爆药的前驱体薄膜，所制备的复合起爆药安全性能更佳。

下面结合具体实施例描述本申请实施例的技术方案，但实施中所述条件和结果对本申请的保护范围不构成限制。本申请实施例仅以示例性的含量对叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药的制备进行了说明。对于工业用或其他制备量，相应的等比例进行扩充其用量即可。所使用的制备装置，也仅为示例性说明，在工业生产时，可以使用替代容器设备，或者，对相应的容器设备进行等比例放大即可。

实施例1

原材料：叠氮化钠(NaN

主要仪器及设备：量筒（50mL），电子天平，磁力搅拌机，烧杯（20mL），静电纺丝仪，管式炉，水浴锅。

分别称取2.0gPVA于烧杯中，加入去离子水，使聚合物质量分数为10%，磁力搅拌6h，待聚合物完全溶解，向聚合物溶液中添加1.0g(Cu(NO

实施例2

原材料：叠氮化钠(NaN

主要仪器及设备：量筒（50mL），电子天平，磁力搅拌机，烧杯（20mL），静电纺丝仪，管式炉，水浴锅。

分别称取2.0g PVP于烧杯中，加入无水乙醇，使聚合物质量分数为10%，磁力搅拌6h，待PVP完全溶解，向PVP溶液中添加1.0g(Cu(NO

实施例3

原材料：叠氮化钠(NaN

主要仪器及设备：量筒（50mL），电子天平，磁力搅拌机，烧杯（20mL），静电纺丝仪，管式炉，水浴锅。

分别称取2.0gPVA于烧杯中，加入去离子水，使聚合物质量分数为10%，磁力搅拌6h，待聚合物完全溶解，向聚合物溶液中添加0.5g(Cu(NO

实施例4

原材料：叠氮化钠(NaN

主要仪器及设备：量筒（50mL），电子天平，磁力搅拌机，烧杯（20mL），静电纺丝仪，管式炉，水浴锅。

分别称取2.0gPVA于烧杯中，加入去离子水，使聚合物质量分数为10%，磁力搅拌6h，待聚合物完全溶解，向聚合物溶液中添加2.0g(Cu(NO

本申请实施例中，也可以选用硫酸铜、氯化铜、或醋酸铜，替代三水合硝酸铜，如前述示例，选用相应质量份数的硫酸铜、氯化铜、或醋酸铜替代三水合硝酸铜，也可以制得本申请实施例的叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药。本领域技术人员应当理解，上述的铜盐，也可以选用硫酸铜、氯化铜、醋酸铜和硝酸铜中的两种或两种以上，只要依据铜盐的大致配比与上述示例中的分量匹配即可。同样地，上述示例中的可溶性镉盐也可以选用乙酸镉，同样能够制得本申请实施例的叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药。另外，前述示例仅以PVDF、PVA、PAN等高分子聚合物为例进行了说明，采用其他有相应属性的高分子聚合物仍能够实现本申请实施例的叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药的制备。

本申请实施例还记载了一种叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药，该叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药采用前述实施例记载的叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药的制备方法制备得到。

本申请实施例叠氮化铜叠氮化镉碳纤维复合起爆药可以应用于民用爆破器件、航空航天体系、太空火工品、军事武器系统等领域，作为其起爆药。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。