[发明专利]一种含氟聚合物包覆微/纳米铝粉复合微粒及其制备方法

说明书

本发明涉及一种含氟聚合物包覆微米或纳米铝粉复合微粒及其制备方法，首次采用自由基乳液聚合的方法在微/纳米铝粉表面原位聚合了一层含氟聚合物，实现了氟聚物在微/纳米铝粉表面的有效包覆，可以有效保护微米或纳米铝粉的活性，防止微米或纳米铝粉在使用过程中剧烈氧化,明显提高微米或纳米铝粉的高温氧化速率及热量释放速率；同时可以提高微米或纳米铝粉的分散性，改善微/纳米铝粉在使用过程中易团聚、难分散的问题，并且包覆均匀，致密度好，不易脱落。

技术领域

本发明涉及一种含氟聚合物包覆微米或纳米铝粉复合微粒及其制备方法，该复合粉体可作为改性双基推进剂(CMDB)和硝酸酯增塑聚醚推进剂(NEPE)用高效金属燃料，属于微米或纳米材料制备以及固体推进剂技术领域。

背景技术

纳米铝粉是指颗粒尺寸在1～200nm的位于原子簇与体相之间的超细粉体。由于纳米铝粉的小尺寸效应和表面界面效应、颗粒表面的键态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全等特点，导致纳米铝粉表面活性位点增加，具备极高的化学反应活性，较高的燃烧焓，可以用作为固体火箭推进剂高性能金属燃烧剂，不仅可以提高固体推进剂的燃速、比冲，同时还可以降低推进剂压强指数。由于微米或纳米铝粉比表面积大，表面能高，导致极易氧化，使得活性铝含量显著下降，同时极易引起颗粒之间的团聚。因而，纳米铝粉应用在固体推进剂领域仍然存在诸多不可克服的难点。

在微米或纳米铝粉表面原位包覆一层均匀的薄膜形成具备核壳结构的复合微粒，改变铝粉表面的电荷特性、表面化学反应特性、功能化性质等，亦可以改善微米或纳米铝粉的耐腐蚀性与抗氧化性，提高微米或纳米铝粉有效活性铝含量，这对于延长微米或纳米铝粉使用与储存寿命，实现其对于推进剂能量比冲的增益具有重要意义。

作为已知元素中非金属性最强的元素，氟具有极小的原子半径，极高的电负性，化学性质极其活泼，能同绝大多数元素发生化合反应并剧烈放热。得益于氟元素与铝反应生成低沸点AlF₃，并大量放热的化学特性，氟化物在固体推进剂体系应用及对铝粉燃烧影响研究受到广泛关注，有许多报道研究氟化物/铝粉复合微粒的制备与应用。通常而言，氟化物/铝粉复合微粒主要采用物理互混、沉积包覆、球磨活化等三种方式制备，并应用于固体推进剂配方体系。铝粉/氟化物复合微粒可以降低铝粉点火延迟与推进剂燃烧残渣粒径，提升铝粉燃烧效率，含氟化合物是一种高效的铝粉燃烧的促进剂。

在不降低铝粉粒径的前提下，表面处理(如包覆)增加铝粉表面活性可改善铝粉点火和燃烧性能，尤其对于活性难以保持的纳米铝粉。早在2000年左右，作为一种金属燃烧剂的包覆材料，高热稳定性和化学稳定性的氟化物受到广泛关注。研究涉及。先前，研究人员多采用化学沉积工艺或高能球磨等工艺将无机氟化物和有机氟化物等沉积于铝粉表面，但上述工艺存在界面粘接力弱的缺点，在推进剂药浆混合过程中，可能发生包覆层部分脱落、破坏的问题，且对推进剂燃烧性能稳定性产生不可预测的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种含氟聚合物包覆的微米或纳米铝粉复合微粒的制备方法，实现了氟聚物在微/纳米铝粉表面的有效包覆，可有效保持微/纳米铝粉的活性，提高微米或纳米铝粉的高温氧化速率及热量释放速率，且包覆均匀，致密度好，不易脱落。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种含氟聚合物包覆微/纳米铝粉复合微粒的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)、按质量比计，在氮气或惰性气体保护下，将10～100份的微米或纳米铝粉、1～10份聚乙烯吡咯烷酮、0.05～1.5份低碳链不饱和脂肪酸，100～2000份醇类溶剂加入到反应容器中，并使所述微米或纳米铝粉均匀分散在溶剂中，得到反应溶液；

步骤(2)、在搅拌条件下加热所述反应溶液至60～80℃，将甲苯或醇类溶液缓慢加入至所述反应液中，搅拌条件下在60～70℃反应30～60min；所述甲苯或醇类溶液包含0.5～5.0份自由基引发剂和5～20份的甲苯或醇类溶剂；