基于微流控的高聚物粘结炸药的制备系统及方法技术方案

本发明专利技术属于火工品制备领域，具体涉及一种基于微流控的高聚物粘结炸药的制备系统及方法。包括计算机控制单元，流体驱动单元，三维混沌对流型微混合器，显微观测系统和产物收集单元；流体驱动单元驱动将溶有六硝基茋和粘结剂的二甲亚砜溶剂和去离子水反溶剂分别驱动汇集至三维混沌对流型微混合器，生成六硝基茋基高聚物粘结炸药悬浮液，流入产物收集单元；显微观测系统用于对晶体的生长状况进行观测。本发明专利技术基于微流控技术，通过合理设计实验条件和操作参数制备所得六硝基茋基高聚物粘结炸药晶体粒径分布窄，晶体形貌均匀且粘结剂包覆度高，并且避免了传统制备工艺的大容量混合制备，降低了制备过程中的危险性。降低了制备过程中的危险性。降低了制备过程中的危险性。

【技术实现步骤摘要】
基于微流控的高聚物粘结炸药的制备系统及方法


[0001]本专利技术属于火工品制备领域，具体涉及一种基于微流控的高聚物粘结炸药的制备系统及方法。

技术介绍

[0002]高聚物粘结炸药(Polymer Bonded Explosives)，简称PBX，是以高聚物为粘结剂，将高能单组分炸药及其他组分粘结而成的混合炸药。具有能量高、机械感度低、力学性能和加工性能良好等优点，主要用于反坦克导弹、航空炸弹、水雷、鱼雷以及核战斗部的起爆装置，在工业上也有广泛的用途。
[0003]在实际使用中，为提高炸药的冲击起爆性能，对高聚物粘结炸药的晶形、粒度、粒度分布成形性和流散性提出了更高的要求。
[0004]六硝基茋，学名为是2，2
’
,4，4
’
6，6
’-
六硝基均二苯基乙烯，简写为HNS。它是一种性能优良的低感耐热典型炸药，其爆速为7250m/s(ρ＝1.77g/cm3)，与TNT相近。撞击感度约为H50＝60m(5kg落锤)。六硝基茋具有良好的耐热性，可在高温高压环境中使用，还可应用在高过载弹药中。在温度-193—225℃范围内均能可靠地起爆，机械感度高，抗辐射性能良好，耐热性好，广泛用于宇航、TNT熔铸炸药改性添加剂和各种军、民用耐热爆破器材中，曾被制成柔性导爆索用于阿波罗计划中的月震探测。
[0005]六硝基茋为黄色结晶，其分子式[C6H2(NO2)3CH]2，分子量450.2，其化学结构式为：
[0006][0007]由于超细六硝基茋的颗粒较细、比表面积大、表面活性高，因此静电积累大且流散性差，影响了六硝基茋装药质量和装药密度的准确性，不能直接应用于雷管装药。所以，需要用高分子粘结剂对其进行包覆已改善其成型性能以及流散性。
[0008]目前，在高聚物粘结炸药混合炸药中普遍使用的粘结剂，包括天然聚合物和制备聚合物，如天然橡胶、聚丁二烯、聚酯、聚氨酯等。在高聚物粘结炸药中引入含氟高聚物，这一类高聚物具有优良的物理、化学稳定性，良好的耐热性和耐老化性，与混合炸药其他组分的相容性好，本身密度较高。因此选择含氟高聚物，牌号为F2604-1作为粘结剂来包覆六硝基茋。在高聚物粘结炸药混合炸药中引入含能粘结剂，与以丁羟为代表的传统粘结剂相比，在提高能量的同时，还可以满足其他性能的要求。因此选择聚叠氮缩水甘油醚，简称GAP，作为粘结剂来包覆六硝基茋。
[0009]目前，常规制备六硝基茋基高聚物粘结炸药的方法有球磨法，沉淀法，溶胶-凝胶法，微乳液法等。然而，由于常规宏观反应器反应参数和环境很难精确控制，无法在微尺度下实现对纳米六硝基茋粒子的定量包覆，从而导致制备出的高聚物粘结炸药颗粒粒径分布
宽，晶形难以调控，包覆度低，热性能不稳定。与此同时，宏观反应器样品消耗量大，难以快速筛选出最优反应参数。这也使得制备过程中产生大量的废药，增加了销爆的危险性。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种基于微流控的高聚物粘结炸药的制备系统及方法。
[0011]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种基于微流控的高聚物粘结炸药的制备系统，包括计算机控制单元，流体驱动单元，三维混沌对流型微混合器，显微观测系统和产物收集单元；
[0012]所述三维混沌对流型微混合器由两块刻有“X”型通道的芯片构成，两块芯片通道的设置在水平方向上通过横向的弯折保持连续流体处于涡流状态，在垂直方向上通过纵向的挡板产生间歇性变向以达到混沌对流的混合效果；
[0013]所述流体驱动单元驱动将溶有六硝基茋和粘结剂的二甲亚砜溶剂和去离子水反溶剂分别驱动汇集至三维混沌对流型微混合器，生成六硝基茋基高聚物粘结炸药悬浮液，流入产物收集单元；
[0014]所述显微观测系统用于对晶体的生长状况进行观测，并将结果传输给计算机控制单元；
[0015]所述计算机控制单元用于控制流体驱动单元。
[0016]进一步的，所述三维混沌对流型微混合器的长度为40-68mm，宽度为18-24mm；进口通道和出口通道的宽度为0.5mm，腔室深度为0.5mm；两个进口通道间距为10mm。
[0017]进一步的，所述流体驱动单元包括溶剂驱动子单元和反溶剂驱动子单元；
[0018]反溶剂驱动子单元包括高压氮气瓶、数控压力调节器、存放反溶剂溶液的高压密封储液罐；
[0019]溶剂驱动子单元为稳流驱动单元包括单通道微量注射泵、存放溶剂溶液的注射器。
[0020]进一步的，所述显微观测系统包括显微镜镜头、显微镜镜筒、CCD相机和与计算机控制单元相连的连接线；
[0021]所述产物收集单元包括过滤装置。
[0022]一种采用上述的系统制备高聚物粘结炸药的方法，将六硝基茋和粘结剂溶于二甲亚砜中作为溶剂置于注射器内，将去离子水作为反溶剂置于高压密封储液罐内，通过单通道微量注射泵作为溶剂驱动，高压氮气和数控压力调节器作为反溶剂驱动，将溶剂和反溶剂汇集至三维混沌对流型微混合器，在三维混沌对流型微混合器的作用下快速混合，生成六硝基茋基高聚物粘结炸药悬浮液，流入产物收集单元，经过滤、洗涤、烘干，得到六硝基茋基高聚物粘结炸药产品。
[0023]进一步的，所述方法具体包括如下步骤：
[0024]步骤(1)：制备溶剂溶液和反溶剂溶液；
[0025]步骤(2)：安装、连接设备；
[0026]步骤(3)：设置溶剂驱动单元流速为0.5mL/min-10mL/min，反溶剂驱动单元流速为5mL/min-40mL/min，开启驱动单元，推动溶剂溶液和非溶剂溶液流入三维混沌对流型微混合器的微混合结构，溶剂溶液与反溶剂溶液接触并快速混合，生成混合炸药悬浮液；
混沌对流微混合芯片，7-微混合结构，8-高压氮气瓶，9-反溶剂溶液，10-数控压力调节器，11-高压密封储液罐，12-显微观测系统连接线，13-显微观测系统，14-样品收集单元，15-炸药悬浮液。
具体实施方式
[0047]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
[0048]如图1所示，本专利技术的一种基于微流控技术的六硝基茋基高聚物粘结炸药制备系统，包括计算机控制单元1、流体驱动单元、三维混沌对流型微混合器、显微观测系统13、产物收集单元14以及连接组件。
[0049]其中，所述流体驱动单元包括溶剂驱动子单元和反溶剂驱动子单元，反溶剂驱动子单元需满足以一定压力实现对流体的高速驱动即可，包括高压气瓶、压力泵等，本专利技术所选反溶剂驱动单元包括高压氮气瓶8、数控压力调节器10、存放反溶剂溶液9的高压密封储液罐11。
[0050]溶剂驱动单元满足以固定压力实现对流体的稳定驱动即可，包括注射泵、蠕动泵、齿轮泵等以及相应的配套组件，本专利技术所选稳流驱动单元包括单通道微量注射泵2、存放溶剂溶液4的注射器3；高压氮气瓶8中的氮气产生高压驱动储液罐11中的反溶剂溶液9沿连接管道5流向流体混合结晶模块；注射器3内的溶剂溶液4由注射泵2驱动，沿连接组件5流向流体混合结晶模块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控的高聚物粘结炸药的制备系统，其特征在于，包括计算机控制单元(1)，流体驱动单元，三维混沌对流型微混合器，显微观测系统(13)和产物收集单元(14)；所述三维混沌对流型微混合器由两块刻有“X”型通道的芯片构成，两块芯片通道的设置在水平方向上通过横向的弯折保持连续流体处于涡流状态，在垂直方向上通过纵向的挡板产生间歇性变向以达到混沌对流的混合效果；所述流体驱动单元驱动将溶有六硝基茋和粘结剂的二甲亚砜溶剂和去离子水反溶剂分别驱动汇集至三维混沌对流型微混合器，生成六硝基茋基高聚物粘结炸药悬浮液，流入产物收集单元(14)；所述显微观测系统(13)用于对晶体的生长状况进行观测，并将结果传输给计算机控制单元(1)；所述计算机控制单元(1)用于控制流体驱动单元。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述三维混沌对流型微混合器的长度为40-68mm，宽度为18-24mm；进口通道和出口通道的宽度为0.5mm，腔室深度为0.5mm；两个进口通道间距为10mm。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述流体驱动单元包括溶剂驱动子单元和反溶剂驱动子单元；反溶剂驱动子单元包括高压氮气瓶(8)、数控压力调节器(10)、存放反溶剂溶液(9)的高压密封储液罐(11)；溶剂驱动子单元为稳流驱动单元包括单通道微量注射泵(2)、存放溶剂溶液(4)的注射器(3)。4.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述显微观测系统包括显微镜镜头、显微镜镜筒、CCD相机和与计算机控制单元相连的连接线；所述产物收集单元包括过滤装置。5.一种采用权利要求4所述的系统制备高聚物粘结炸药的方法，其特征在于，将六硝基茋和粘结剂溶于二甲亚砜中作为溶剂置于注射器(3)内，将去离子水作为反溶剂置于高压密封储液罐(11)内，通过单通道微量注射泵(2)作为溶剂驱动，高压氮气和数控压力调节器(10)作为反溶剂驱动，将溶剂和反溶剂汇集至三维混沌对流型...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱朋，闫樊钰慧，沈瑞琪，叶迎华，夏焕明，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：