聚合物基复合含能材料包覆改性纳米金属颗粒的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物基复合含能材料包覆改性纳米金属颗粒的制备方法，用于解决现有包覆纳米金属粉制备方法实用性差的技术问题。技术方案是采用静电喷雾法将纳米金属粉加入到前驱体聚合物溶液中。然后在溶液中嵌入含能氧化剂AP或CL‑20，形成零氧平衡的复合微纳米材料。静电喷雾法得到的复合纳米金属粉粒径分布均一，颗粒球形度较高，且不易团聚。所用聚合物材料为NC或PVDF，均为力学性能优良，易溶于有机溶剂的高分子聚合物，因此金属粉可在该前驱体溶液中得到有效均匀分散。加之体系中加入了含能氧化剂，通过静电喷雾法，可解决现有纳米金属粉容易氧化、采用传统方法包覆纳米粉能量以及点火性能低的技术问题，实用性好。

Preparation of polymer matrix composite energetic materials coated with modified nano metal particles

The invention discloses a preparation method of polymer matrix composite energetic material coating modified nano metal particles, which is used to solve the technical problem of poor practicability of the preparation method of the existing coating nano metal powder. The technical plan is to add nano metal powder to the precursor polymer solution by electrostatic spraying. Then, AP or Cl \u2011 20, an energetic oxidant, was embedded in the solution to form a composite micro nano material with zero oxygen balance. The size distribution of composite nano metal powders obtained by electrostatic spraying is uniform, and the sphericity of particles is high, and it is difficult to reunite. The polymer materials used are NC or PVDF, which have excellent mechanical properties and are easy to dissolve in organic solvents. Therefore, metal powder can be effectively and evenly dispersed in the precursor solution. With the addition of energetic oxidants in the system, electrostatic spraying can solve the problems of easy oxidation of the existing nano metal powder, the traditional method of coating nano powder energy and low ignition performance.

【技术实现步骤摘要】
聚合物基复合含能材料包覆改性纳米金属颗粒的制备方法
本专利技术涉及一种包覆纳米金属粉制备方法，特别涉及一种聚合物基复合含能材料包覆改性纳米金属颗粒的制备方法。
技术介绍
金属粉因具有高的燃烧热，并且价格适中，被广泛的用于推进剂燃料和烟火药中。目前，为了提高纳米金属粉的燃烧效率和利用率，研究人员广泛采用聚合物包裹纳米金属粉制备成微纳米复合材料，用于固体推进剂或液体推进剂等火箭导弹武器中。由于该微纳米复合金属粉，同时兼具纳米金属粉特性和其特殊的微球结构，纳米复合含能材料因其各组分之间能够短距离接触，很大程度上促进了材料的传热及传质过程，使体系能量的释放速率提高，同时降低了材料的感度。对现有技术文献检索发现，文献1“姚二岗，etal.全氟十四酸包覆纳米铝粉的制备及点火燃烧性能.火炸药学报35.6(2012):70-75”公开了一种纳米铝粉的包覆方法。该方法在氮气气氛保护下，将一定量的新拆封纳米铝粉迅速加入到无水乙醚中，超声分散30min后，将溶有全氟十四酸的无水乙醚溶液快速加入到上述超声波分散后的悬浮液中，再超声后搅拌反应12h后，干燥得到全氟十四酸包覆的纳米铝粉。虽然该制备方法步骤简洁，但是该方法全程在氮气气氛下进行，实验条件苛刻，不利于具体实验操作。文献2“赵凤起,李鑫,罗阳,etal.一种碳包覆纳米铝粉的制备方法(申请公布号是CN103611943A)”公开了一种纳米铝粉的包覆方法。该方法共包括三步：前驱物的制备、纳米铝/十二胺复合物的制备和碳包覆纳米铝粉的制备。虽然包覆的碳在高温燃烧时可提供额外的燃烧热，提前引发纳米铝颗粒内部金属燃烧反应的快速发生，提高推进剂的燃烧性能。但是该方法在纳米铝/十二胺复合物的制备过程中，由于十二胺溶液是将十二胺溶于乙醇、乙醚、苯、氯仿或四氯化碳混合得到的。其中涉及的有机溶剂种类较多，不利于最终产物的收集。文献3“沈俭一,黄玉安,徐铮.一种碳包覆的纳米金属镍颗粒材料的制备方法(申请公布号是CN101176915A)”公开了一种纳米镍粉的包覆方法。该方法将镍的前驱物和高分子树脂按比例分别溶解在有机溶剂中，将两种溶液混合后，加入质量约5％的辅助试剂，超声分散均匀，蒸发溶剂至近干，100℃烘干4小时，所得样品经粉碎后于惰性或还原性气体中固化，然后炭化得到碳包覆的抗氧化的纳米金属镍。虽然该方法解决了纳米镍粉在空气中易于氧化的问题，但是该方法的局限性在于镍粉表面因碳粉的包覆从而具有一定的导电性和磁性，作为金属燃料添加剂用于固体燃料或者液体燃料中时，和其它组分的相容性较差。已公开的包覆纳米金属粉制备方法中，主要的包覆材料有碳、过渡金属、金属氧化物、有机酸、环氧化合物及聚合物等。但是目前有机酸，碳包覆纳米金属粉以及过渡金属包覆等技术工艺过程复杂、对设备要求较高、实验过程可控性较差，且不易形成均一的球型复合纳米颗粒。
技术实现思路
为了克服现有包覆纳米金属粉制备方法实用性差的不足，本专利技术提供一种聚合物基复合含能材料包覆改性纳米金属颗粒的制备方法。该方法采用静电喷雾法将纳米金属粉加入到前驱体聚合物溶液中。然后在溶液中嵌入含能氧化剂AP或CL-20，形成零氧平衡的复合微纳米材料。静电喷雾法得到的复合纳米金属粉粒径分布均一，颗粒球形度较高，且不易团聚。所用聚合物材料为NC或PVDF，均为力学性能优良，易溶于有机溶剂的高分子聚合物，因此金属粉可在该前驱体溶液中得到有效均匀分散。加之体系中加入了含能氧化剂，通过静电喷雾法，可解决现有纳米金属粉容易氧化、采用传统方法包覆纳米粉能量以及点火性能低的技术问题，实用性好。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种聚合物基复合含能材料包覆改性纳米金属颗粒的制备方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、将33.3～100mg的NC在60℃烘箱中干燥1小时除去水分。之后将NC溶解在丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，其中丙酮与N，N-二甲基甲酰胺的体积比为4:1，超声处理1小时。将纳米Si粉加入到NC溶液中，其中NC和Si的质量比为1:2，磁力搅拌2小时，得到NC/Si的悬浮液。步骤二、将66.7～200mg的AP在具有丙酮溶剂的研钵中研磨半小时。同时将研磨后的AP轻轻的倒入NC/Si的悬浮液中，其中NC和AP的质量比为1:2，磁力搅拌2小时，得到NC/AP/Si前驱体溶液。步骤三、将配置好的NC/AP/Si前驱体溶液装入到注射器中，推注速度为0.3～1.5mmmin-1。针头与收集板之间的距离为10cm，正电压18.18～21.30KV，负电压2.15KV。步骤四、将收集板中的复合颗粒刮下后，置于冷冻干燥机中干燥，得到聚合物基复合含能材料包覆改性纳米金属颗粒。一种聚合物基复合含能材料包覆改性纳米金属颗粒的制备方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、将200mg的PVDF完全溶解在N，N-二甲基甲酰胺和乙酸乙酯混合溶剂中，其中N，N-二甲基甲酰胺与乙酸乙酯的体积比为1:2.5。然后将纳米Si粉加入到PVDF溶液中，其中PVDF与硅粉的质量比为1:1.75～4.67，磁力搅拌2小时，得到PVDF/Si的悬浮液。步骤二、将1200mgCL-20轻轻的加入PVDF/Si的悬浮液中，磁力搅拌2小时，得到PVDF/CL-20/Si的悬浮液。步骤三、将配置好的PVDF/CL-20/Si前驱体溶液装入到注射器中，推注速度为0.15mmmin-1。针头与收集板之间的距离为7cm，正电压10.34～12.43KV，负电压0.96KV。步骤四、将收集板中的复合颗粒刮下后，置于冷冻干燥机中干燥，得到聚合物基复合含能材料包覆改性纳米金属颗粒。所述注射器的针头内径为6.25mm。本专利技术的有益效果是：采用静电喷雾法将纳米金属粉加入到前驱体聚合物溶液中。然后在溶液中嵌入含能氧化剂AP或CL-20，形成零氧平衡的复合微纳米材料。静电喷雾法得到的复合纳米金属粉粒径分布均一，颗粒球形度较高，且不易团聚。所用聚合物材料为NC或PVDF，均为力学性能优良，易溶于有机溶剂的高分子聚合物，因此金属粉可在该前驱体溶液中得到有效均匀分散。加之体系中加入了含能氧化剂，通过静电喷雾法，可解决现有纳米金属粉容易氧化、采用传统方法包覆纳米粉能量以及点火性能低的技术问题，实用性好。该制备方法中采用的溶剂为混合有机溶剂，使得高分子聚合物NC或者PVDF可充分溶解；通过合理设计聚合物NC、PVDF和含能材料AP、CL-20的最佳比例，分别形成零氧平衡复合物NC/AP和PVDF/CL-20，以此实现金属基复合材料的最大能量释放率。本专利技术具体采用静电喷雾法制备出硅含量为40％、60％、80％的复合含能材料Si-40％@AP/NC、Si-60％@AP/NC、Si-80％@AP/NC以及硅含量分别为20％、30％、40％的Si-20％/PVDF/CL-20、Si-30％/PVDF/CL-20和Si-40％/PVDF/CL-20的微纳米复合金属粉。本专利技术制备的复合微纳米材料的放热量远远高于
技术介绍
材料的放热量，其中Si-80％@本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合物基复合含能材料包覆改性纳米金属颗粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一、将33.3～100mg的NC在60℃烘箱中干燥1小时除去水分；之后将NC溶解在丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，其中丙酮与N，N-二甲基甲酰胺的体积比为4:1，超声处理1小时；将纳米Si粉加入到NC溶液中，其中NC和Si的质量比为1:2，磁力搅拌2小时，得到NC/Si的悬浮液；/n步骤二、将66.7～200mg的AP在具有丙酮溶剂的研钵中研磨半小时；同时将研磨后的AP轻轻的倒入NC/Si的悬浮液中，其中NC和AP的质量比为1:2，磁力搅拌2小时，得到NC/AP/Si前驱体溶液；/n步骤三、将配置好的NC/AP/Si前驱体溶液装入注射器中，推注速度为0.3～1.5mmmin

【技术特征摘要】
1.一种聚合物基复合含能材料包覆改性纳米金属颗粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、将33.3～100mg的NC在60℃烘箱中干燥1小时除去水分；之后将NC溶解在丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，其中丙酮与N，N-二甲基甲酰胺的体积比为4:1，超声处理1小时；将纳米Si粉加入到NC溶液中，其中NC和Si的质量比为1:2，磁力搅拌2小时，得到NC/Si的悬浮液；
步骤二、将66.7～200mg的AP在具有丙酮溶剂的研钵中研磨半小时；同时将研磨后的AP轻轻的倒入NC/Si的悬浮液中，其中NC和AP的质量比为1:2，磁力搅拌2小时，得到NC/AP/Si前驱体溶液；
步骤三、将配置好的NC/AP/Si前驱体溶液装入注射器中，推注速度为0.3～1.5mmmin-1；针头与收集板之间的距离为10cm，正电压18.18～21.30KV，负电压2.15KV；
步骤四、将收集板中的复合颗粒刮下后，置于冷冻干燥机中干燥，得到聚合物基复合含能材料包覆改性纳米金属颗粒。


2.一种聚合物基...

【专利技术属性】
技术研发人员：严启龙，左蓓璘，陈书文，吕杰尧，刘佩进，毕永堪，
申请(专利权)人：西北工业大学，江苏永创医药科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61