[发明专利]基于乳液法调节含能材料氧平衡的方法

说明书

本发明公开了一种基于乳液法调节含能材料氧平衡的方法，包括：称取一定量含能材料和氧化剂，分别溶于特定溶剂中，待溶质充分溶解后混合并搅拌；加入适量表面活性剂，直至形成悬浮液，超声一定时间后形成均一的乳液；将乳液取出立即放入冰柜中使其快速凝固，放入冷冻干燥仪中干燥，得到复合含能材料。本发明制备的复合物中含能材料和氧化剂在微观尺度上均匀复合，能量大幅度提高(放热量可提高60％以上)，同时安全性能明显改善。该方法条件温和、流程简单、成本低廉、安全可靠，作为一种新型的调节含能材料氧平衡的方法，在军民领域里具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于含能材料复合技术，具体为调节含能材料氧平衡的复合物制备方法。

背景技术

含能材料的氧平衡是指其中的氧用来完全氧化可燃元素后多余或不足的氧量，它是决定含能材料中各组分含量百分比的重要依据之一，并且与炸药的爆热、比容和有毒气体排放量密切相关。当氧平衡为零时，炸药中的氧元素正好可以完全氧化其中的可燃元素，此时炸药爆炸后释放的热量最多、爆破或做功的效果最佳，同时产生的有害气体也最少(兵工学报,2004,3(2):225-228)；而正氧平衡时，炸药中的氧完全氧化可燃元素后还有剩余，多余的氧将氮元素氧化成NO、NO₂等有毒气体，且炸药反应放出的热量小，做功能力低；与此相反，负氧平衡时炸药中的氧不能完全氧化可燃元素，爆炸产物中含有大量剧毒气体CO；同时，在身管武器射击中，负氧平衡的发射药不完全燃烧是引起枪(炮)口烟、焰有害现象的主要原因之一(火炸药学报,2008,12(6):57-59)。因此，为了提高含能材料的能量利用率、降低其反应时产生的有害产物浓度、减少其做功过程中的有害现象，需要对其配方进行氧平衡的调整(中北大学学报,2008,29(6):538-541)。

负氧平衡的单质含能材料较为普遍，如六硝基六氮杂异戊兹烷(CL-20)是目前能量最高的单质炸药之一，其高能量密度和高做功能力使CL-20具有广阔的应用前景(中国安全生产科学杂志,2010,6(3):81-84)。但其氧平衡为-10.95％，在反应过程中无法充分利用能量。如果适当调整CL-20基炸药配方的氧平衡，有可能最大限度地挖掘其化学能，大幅提高其做功能力。

目前一般将含能材料和氧化剂进行复合来调节氧平衡，复合的均匀度和接触面积决定了该复合物的性能。由于密度、粒度和表面能等的差异，多种组份进行复合时的均匀性是一个难点。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、喷雾干燥法、冷冻干燥法等。梁珂珂等以硝化细菌纤维素(NBC)和纳米Al为原料，采用溶剂-非溶剂法制备NBC/Al复合材料，与原料纳米Al相比，NBC/Al复合材料的放热量从5437J/g增加到7281J/g，并且放热峰的峰温从798.45℃降低到766.42℃(西南科技大学学报,2016,3(1):5-8)。张娟等采用溶胶——凝胶法结合乳化技术，将含能材料包覆在高分子基体中，制备得到RDX/RF凝胶纳米复合含能微球，其比表面积提高到56.3m²/g，热分解温度较RDX原料大幅提前(含能材料,2009,2(1):23-26)。申连华等采用高能球磨法制备了Al/B/Fe₂O₃纳米复合含能材料，结果表明，硼粉燃烧效率得到了较大提高，纳米复合含能材料的宏观粒径为3.89μm，复合含能材料的放热量随着硼含量的增加而增加(固体火箭技术,2014,4(2):233-237)。

虽然上述方法在含能材料的复合方面取得了一定成效，但存在周期长、成本高、安全性差或量产难的问题。乳液是由表面活性剂、油相和水相组成的稳定、均一的非均相液体分散体系(福州大学学报,2005,33(3):400-404)，该体系的稳定、均一、操作简单和安全等特性比较适合含能材料的均匀复合。乳液法制备含能材料/氧化剂复合物有很多优点，如本发明制备的复合物中含能材料和氧化剂在微观尺度上均匀复合，能量大幅度提高(放热量可提高60％以上)，同时安全性能明显改善，作为一种新型的调节含能材料氧平衡的方法，在军民领域里具有广阔的应用前景。

发明内容