[发明专利]铝粉/聚偏二氟乙烯复合粒子及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了铝粉/聚偏二氟乙烯复合粒子及其制备方法和应用。所述的复合粒子为以纳米铝粉为核，PVDF为壳的核壳结构，按质量分数计包括70％～90％的纳米铝粉和10％～30％的PVDF。本发明通过以体积比为3：2的丙酮和二甲基甲酰胺的混合溶液为溶剂配制PVDF和纳米铝粉的悬浮液，将悬浮液进行静电喷雾，收集Al/PVDF复合粒子。本发明的复合粒子在自然环境具有良好的耐腐蚀性，可长期保持纳米铝粉中活性铝含量，防止活性铝被氧化，而且提高其放热量。同时Al/PVDF复合粒子具有良好分散性，在高温条件下发生反应时，其反应速度快，燃烧速度可达60m/s以上，作为含能材料具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于含能材料技术领域，具体涉及到一种铝粉/聚偏二氟乙烯复合粒子及其制备方法和应用。

背景技术

铝粉的粒度、表面形态、氧化层状态等因素对其能量释放特性有较大影响，其中粒度是影响其燃烧性能的主要因素。通过减小铝粉的粒度(使用纳米铝粉)在一定程度上提高燃速和压强指数，增大放热量。然而，单纯减小铝粉的粒度会导致突出的问题：首先，纳米铝粉由于比表面积增大，具有较高的表面能，在空气中铝粉容易在氧气的作用下，生成化学惰性的稳定化合物Al₂O₃，导致纳米铝粉中活性铝含量降低；其次，纳米铝粉表面的氧化层致密、导热性差且熔点高，限制了热量向活性铝的传递，同时也阻碍了活性铝与氧化剂接触，从而导致含有氧化层的铝粉不易点燃。这也是导致含铝复合含能材料能量损失的原因之一。由此可见，如何有效保持纳米铝粉的活性，并提高燃烧放热效率，是纳米铝粉在复合含能材料领域应用的核心问题。

含氟高分子材料与纳米铝粉的复合材料应用于含能材料领域具有两方面的优势。首先，含氟高分子材料在自然环境下通常具有良好的耐候性、耐老性和抗辐射性，可利用其这一特性与纳米铝粉进行复合，以达到保持纳米铝粉中活性铝含量，防止活性铝被氧化的目的；其次，含氟高分子材料中的F具有极强的电负性，它在一定条件下可以与Al反应生成AlF₃，按单位物质的量的Al进行计算，其标准生成焓比Al₂O₃高50％以上。

现有的含氟材料与纳米铝粉复合材料，美国马里兰大学的Chuan Huang等人，制备了纳米铝粉与聚偏二氟乙烯(PVDF)的复合薄膜(Electrospray Deposition of EnergeticPolymer Nanocomposites with High Mass Particle Loadings:APrelude to 3DPrinting of Rocket Motors[J].Advanced Engineering Materials,2015,17(1):95-101.)，该复合薄膜中纳米铝粉含量仅有50％，能量密度不高。并且由于该复合材料为膜状结构，其比表面积较小，反应速度受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种Al/PVDF复合粒子及其制备方法和应用，以解决纳米铝粉在空气中缓慢氧化导致的活性铝含量降低，以及纳米铝粉表面氧化铝导致的燃烧反应速率慢的问题。

实现本发明目的的技术方案是：

铝粉/聚偏二氟乙烯(Al/PVDF)复合粒子，所述的复合粒子为核壳结构，纳米铝粉为核，PVDF包覆在纳米铝粉表面，按质量分数计，包括70％～90％的纳米铝粉和10％～30％的PVDF。

优选地，所述的Al/PVDF复合粒子，按质量分数计，包括80％的纳米铝粉和20％的PVDF。

优选地，所述的纳米铝粉中活性铝含量为75％。

优选地，所述的纳米铝粉平均直径为80±5nm。

优选地，所述的PVDF的纯度为99.9％以上。

本发明还提供上述Al/PVDF复合粒子的制备方法，包括以下步骤：