一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法

技术领域

本发明属于含能材料的开发与应用技术领域，尤其涉及一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的制备方法。

背景技术

纳米铝热剂(又称亚稳态分子间复合材料，MIC)，由一种纳米级金属燃料和一种金属氧化物组成。在纳米铝热剂中，铝被广泛使用作为燃料，使用的氧化剂包括但不限于CuO、Fe

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，旨在解决含能材料燃烧传播速度和结构能量学上的一些局限性，希望通过制备这种纳米铝热剂空心纤维结构，在不改变铝热剂配方的情况下提高纳米铝热剂的能量输出性能。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将有机溶剂与黏结剂混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌24小时，混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤二、纳米铝热剂高燃速微管道的制备：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过核壳喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂空心纤维。

优选的是，所述Al/CuO混合物的制备方法为：采用物理混合法，按重量份，将1～3份Al粉和3～5份CuO混合，加入正己烷80～120份，机械搅拌10～20min后，超声10～20min，重复一次后，放置于通风橱中挥发溶剂，得到分散好的Al/CuO混合物。

优选的是，所述Al/CuO混合物的制备方法为：采用物理混合法，按重量份，将1～3份Al粉和3～5份CuO混合，加入正己烷80～120份，在磁场强度为2～6T的条件下机械搅拌10～20min，然后加压超声5～10min，放置于通风橱中挥发溶剂，得到分散好的Al/CuO混合物；机械搅拌的方式为顺时针1～2min，逆时针1～2min；加压超声的压力为0.5～1.5MPa，频率45～65KHz。

优选的是，所述Al粉的粒径为40～60nm；所述CuO的粒径为30～50nm。

优选的是，所述步骤一中，有机溶剂为乙酸乙酯或乙酸丁酯；黏结剂为F2311型氟橡胶；所述Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨中，若不计有机溶剂的量，则黏结剂的含量为10～35wt.％；所述搅拌混合均匀的方式为机械搅拌。

优选的是，所述Al/CuO混合物中的CuO替换为微纳米Fe

优选的是，使用不同尺寸的核壳喷嘴可打印得到各种直径的纳米铝热剂空心纤维。

优选的是，所述核壳喷嘴的内喷嘴的外径为0.5mm～0.75mm；外喷嘴的内径为0.9～1.5mm。

优选的是，所述步骤一中，Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨的制备为：将有机溶剂、黏结剂和预先分散好的Al/CuO混合物加入超临界二氧化碳反应器中，通入二氧化碳至10～15MPa、在温度35～40℃下搅拌25～45min，以0.1～0.5MPa/min的速度泄压，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨。

本发明还提供一种如上述的基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法制备的纳米铝热剂空心纤维。

本发明至少包括以下有益效果：本发明提供的纳米铝热剂油墨的制备方法，制备出的墨水具有很好的流变性能，直写不会出现堵笔现象。本发明提供的基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的制备方法，制备的空心纤维具有良好的自支撑性能没有坍塌现象，空腔和纤维壁具有很好的同轴度，很好的结合了纳米铝热剂结构的优势提高纳米铝热剂的燃烧性能。本发明的方法具有操作简单、直接制造、快速制造、稳定燃速高等特点，同时这种空心纤维制备方法具有适用广泛性优点。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本发明的纳米铝热剂空心纤维直写结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的纳米铝热剂空心纤维的扫描电镜示意图；

图3为本发明实施例2提供的纳米铝热剂空心纤维的燃烧图；

图4为本发明实施例2提供的纳米铝热剂空心纤维的微型CT示意图；

图5为本发明实施例2提供的纳米铝热剂空心纤维的直写形成的木堆结构图；

图6为本发明实施例1～4提供的纳米铝热剂空心纤维和对比例1～4提供的纳米铝热剂实心纤维的稳定火焰传播速率示意图；

图7为本发明实施例1，2，7～10提供的纳米铝热剂空心纤维的稳定火焰传播速率示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，机械搅拌分散，机械搅拌15min后，超声15min，重复一次后，放置于通风橱中挥发溶剂，得到Al/CuO混合物；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯与0.716g F2311型氟橡胶(10wt.％)混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌24小时，混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、纳米铝热剂高燃速微管道的制备：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨1装在针筒2中通过核壳喷嘴3挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂空心纤维4；所述核壳喷嘴的内喷嘴的外径为0.5mm；外喷嘴的内径为0.9mm；

实施例2：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，机械搅拌分散，机械搅拌15min后，超声15min，重复一次后，放置于通风橱中挥发溶剂，得到Al/CuO混合物；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯与1.14g F2311型氟橡胶(15wt.％)混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌24小时，混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、纳米铝热剂高燃速微管道的制备：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过核壳喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂空心纤维；所述核壳喷嘴的内喷嘴的外径为0.5mm；外喷嘴的内径为0.9mm。

实施例3：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，机械搅拌分散，机械搅拌15min后，超声15min，重复一次后，放置于通风橱中挥发溶剂，得到Al/CuO混合物；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯与1.61g F2311型氟橡胶(20wt.％)混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌24小时，混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、纳米铝热剂高燃速微管道的制备：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过核壳喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂空心纤维；所述核壳喷嘴的内喷嘴的外径为0.5mm；外喷嘴的内径为0.9mm。

实施例4：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，机械搅拌分散，机械搅拌15min后，超声15min，重复一次后，放置于通风橱中挥发溶剂，得到Al/CuO混合物；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯与2.15g F2311型氟橡胶(25wt.％)混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌24小时，混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、纳米铝热剂高燃速微管道的制备：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过核壳喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂空心纤维；所述核壳喷嘴的内喷嘴的外径为0.5mm；外喷嘴的内径为0.9mm。

实施例5：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，机械搅拌分散，机械搅拌15min后，超声15min，重复一次后，放置于通风橱中挥发溶剂，得到Al/CuO混合物；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯与2.76g F2311型氟橡胶(30wt.％)混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌24小时，混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、纳米铝热剂高燃速微管道的制备：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过核壳喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂空心纤维；所述核壳喷嘴的内喷嘴的外径为0.5mm；外喷嘴的内径为0.9mm。

实施例6：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，机械搅拌分散，机械搅拌15min后，超声15min，重复一次后，放置于通风橱中挥发溶剂，得到Al/CuO混合物；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯与3.47g F2311型氟橡胶(35wt.％)混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌24小时，混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、纳米铝热剂高燃速微管道的制备：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过核壳喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂空心纤维；所述核壳喷嘴的内喷嘴的外径为0.5mm；外喷嘴的内径为0.9mm。

对比例1：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，机械搅拌分散，机械搅拌15min后，超声15min，重复一次后，放置于通风橱中挥发溶剂，得到Al/CuO混合物；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯与0.716g F2311型氟橡胶(10wt.％)混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌24小时，混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过普通单孔喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂实心纤维；所述单孔喷嘴的内径0.9mm。

对比例2：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，机械搅拌分散，机械搅拌15min后，超声15min，重复一次后，放置于通风橱中挥发溶剂，得到Al/CuO混合物；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯与1.14g F2311型氟橡胶(15wt.％)混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌24小时，混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过普通单孔喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂实心纤维；所述单孔喷嘴的内径0.9mm。

对比例3：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，机械搅拌分散，机械搅拌15min后，超声15min，重复一次后，放置于通风橱中挥发溶剂，得到Al/CuO混合物；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯与1.61g F2311型氟橡胶(20wt.％)混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌24小时，混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过普通单孔喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂实心纤维；所述单孔喷嘴的内径0.9mm。

对比例4：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，机械搅拌分散，机械搅拌15min后，超声15min，重复一次后，放置于通风橱中挥发溶剂，得到Al/CuO混合物；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯与2.15g F2311型氟橡胶(25wt.％)混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌24小时，混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过普通单孔喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂实心纤维；所述单孔喷嘴的内径0.9mm。

实施例7：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，在磁场强度为3T的条件下机械搅拌15min，然后加压超声5min，放置于通风橱中挥发溶剂，得到分散好的Al/CuO混合物；机械搅拌的方式为顺时针1min，逆时针1min；加压超声的压力为1MPa，频率45KHz；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯与1.14g F2311型氟橡胶(15wt.％)混合搅拌溶解后，加入预先分散好的Al/CuO混合物，搅拌24小时，混合均匀，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、纳米铝热剂高燃速微管道的制备：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过核壳喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂空心纤维；所述核壳喷嘴的内喷嘴的外径为0.5mm；外喷嘴的内径为0.9mm。

实施例8：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，机械搅拌分散，机械搅拌15min后，超声15min，重复一次后，放置于通风橱中挥发溶剂，得到Al/CuO混合物；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯、1.14g F2311型氟橡胶(15wt.％)和预先分散好的Al/CuO混合物加入超临界二氧化碳反应器中，通入二氧化碳至12MPa、在温度35℃下搅拌30min，以0.2MPa/min的速度泄压，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、纳米铝热剂高燃速微管道的制备：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过核壳喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂空心纤维；所述核壳喷嘴的内喷嘴的外径为0.5mm；外喷嘴的内径为0.9mm。

实施例9：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，在磁场强度为3T的条件下机械搅拌15min，然后加压超声5min，放置于通风橱中挥发溶剂，得到分散好的Al/CuO混合物；机械搅拌的方式为顺时针1min，逆时针1min；加压超声的压力为1MPa，频率45KHz；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯、1.14g F2311型氟橡胶(15wt.％)和预先分散好的Al/CuO混合物加入超临界二氧化碳反应器中，通入二氧化碳至12MPa、在温度35℃下搅拌30min，以0.2MPa/min的速度泄压，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、纳米铝热剂高燃速微管道的制备：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过核壳喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂空心纤维；所述核壳喷嘴的内喷嘴的外径为0.5mm；外喷嘴的内径为0.9mm。

实施例10：

一种基于纳米铝热剂油墨制备高燃速微管道的方法，包括以下步骤：

步骤一、将2g铝粉和4.44g CuO混合后，加入100mL正己烷，机械搅拌分散，机械搅拌15min后，超声15min，重复一次后，放置于通风橱中挥发溶剂，得到Al/CuO混合物；

步骤二、Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨制备：将6g乙酸丁酯、0.716g F2311型氟橡胶(10wt.％)和预先分散好的Al/CuO混合物加入超临界二氧化碳反应器中，通入二氧化碳至12MPa、在温度35℃下搅拌30min，以0.2MPa/min的速度泄压，得到Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨；

步骤三、纳米铝热剂高燃速微管道的制备：将制备的Al/CuO/黏结剂纳米铝热剂油墨装在针筒中通过核壳喷嘴挤出直写得到一定直径的纳米铝热剂空心纤维；所述核壳喷嘴的内喷嘴的外径为0.5mm；外喷嘴的内径0.9mm。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。