一种制备骨架型含能材料的方法及充填装药装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种制备骨架型含能材料的方法及充填装药装置，其充填装药装置包括充填机构、加药机构和真空机构，充填机构内部被带有通孔的隔板分为上下两个空间，上方连接加药机构和外部加压装置，下方与真空机构连接，通过给予隔板上多孔铝骨架结构外部加压和内部孔隙真空的双重作用，使低熔点炸药熔液充分渗透填充多孔铝内部孔隙，制备得到力学性能与安全性能优良、能量可调可控、填充率和装药效率大幅提高的骨架型含能材料。幅提高的骨架型含能材料。幅提高的骨架型含能材料。

【技术实现步骤摘要】
一种制备骨架型含能材料的方法及充填装药装置


[0001]本专利技术属于含能材料
，涉及一种骨架型含能材料，特别是涉及一种具有较高填充率的、力学性能与安全性能优良的新型骨架型含能材料的制备方法及其装药装置。

技术介绍

[0002]含能材料因良好的爆轰性能和巨大的做功能力，在军事及民用方面被广泛应用。随着科学技术的发展，高过载和高音速飞行等条件对含能材料的性能提出了更高的要求。与此同时，在使用过程中除了追求含能材料的高能量密度外，药柱的力学性能、安全性能等也不可忽视。
[0003]为改善药柱的力学性能，提高使用过程的安全性，通常采用以下方法：（1）以颗粒状高能炸药为主体，添加不同粘结剂、增塑剂和钝感剂等成分制备成高分子混合炸药，提高药柱的力学性能和安全性能；（2）将高能炸药组分与新型材料相结合，制备出综合性能较好的新型含能材料。
[0004]Guy Ampleman等(Evaluation of GIM as a Greener Insensitive Melt
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cast Explosive[J]. International Journal of Energetic Materials & Chemical Propulsion, 2012, 11(1): 59
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87.)为改善炸药的力学性能，将制备的ETPE2000加入到熔铸炸药中，制备了不敏感熔铸炸药，并发现当加入6%的ETPE2000时，对钝感熔铸XRT炸药的力学性能和能量影响最大。r/>[0005]吴鹏飞等(黏结剂对RDX/Al复合含能材料的性能影响[J]．科学技术与工程, 2021, 21(24): 10263
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10269.)向RDX/Al复合含能材料中添加了不同的黏结剂(氟橡胶、热塑性聚氨酯和硝化棉)，其中氟橡胶的加入在改善药柱力学性能的同时，还明显降低了炸药的机械感度，从而提高了炸药的安全性能。
[0006]近些年来，也有学者通过将高能炸药与其他组分进行结合，如加入碳纳米管、碳纤维等来提高含能材料的综合性能。
[0007]李文祥等(碳纤维对塑料粘结炸药力学性能的影响[J]. 火工品, 2014(3).)将碳纤维加入高聚物粘结炸药中，使得药柱的抗压、抗拉强度分别提高了62%和30%。刘艳秋等(碳纤维对无壳弹药柱力学性能影响的研究[J]. 火炸药学报, 1999, 22(3).)采用聚丙烯腈基碳纤维对药柱进行力学性能改善，结果发现在0～3%范围内，随着碳纤维含量的增加，碳纤维长径比越小，药柱的力学性能则会显著增强。
[0008]碳纳米管和碳纤维等的加入虽然可以改善炸药的一些性能，但是对炸药的能量输出却无贡献。为了提高含能材料体系的能量性能，很多研究者考虑在配方中加入适量的金属铝粉，用来提高炸药的爆轰性能，并通过改变铝粉的形态或者颗粒大小等，降低含能材料体系的感度以及增加其强度，从而提高安全性能和力学性能。
[0009]Mollaei A等(Experimental Study on the Effect of Nano
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Structured Aluminum Powder on the Properties. 2016.)研究了纳米铝粉对HMX基PBX炸药性能的影
响，采用纳米铝粉代替微米铝粉，拉伸应力提高了0.67MPa。
[0010]林谋金等(RDX基铝薄膜炸药与铝粉炸药水下爆炸性能比较[J]. 化工学报, 2014(2).)使用铝薄膜分层包裹RDX，制备的混合炸药与传统的直接添加铝粉相比，力学性能增强，具有一定的抗过载能力。
[0011]廖学燕(铝纤维复合炸药研究[D]. 2010.)将铝纤维与TNT等主体炸药进行混合制备得到铝纤维炸药，结果表明铝纤维的加入使得药柱的极限应力从2MPa提升至6.8MPa，而且还达到了降低感度的效果，安全性能也得到相应提高。
[0012]铝纤维的加入虽然可以提高药柱的力学性能，但是对提高炸药的能量密度有限，并且制备过程较为复杂，还容易出现热点效应，导致事故发生。
[0013]多孔铝作为一种金属框架材料，其力学性能优异，抗压强度可以达到30～35MPa，将其与含能材料相结合制备一种新型含铝炸药，可以极大地改善含能材料的力学性能和能量输出特性，提高金属铝参与化学反应的活性，克服铝粉含量在含铝炸药中的相分布不均匀问题。
[0014]由于多孔铝的孔隙率可调，可以通过灵活调节所填充含能药剂与金属铝的比例，调控氧平衡达到不同的燃烧爆炸效果，以满足不同的使用要求。同时，由于多孔铝本身具有金属可加工性，可以根据使用要求加工成各种形状、尺寸的薄片或圆柱状，因此以多孔铝作为骨架填充含能药剂后的复合物可以取代管壳装药。
[0015]CN 114804983A提供了一种新型骨架型含能材料的制备方法，是以低熔点炸药DNP加热熔融形成DNP熔液，将多孔铝以氮丙啶类键合剂进行浸渍处理后，干燥并预热至60～80℃，置于DNP熔液中进行超声振荡浸渍，制备得到DNP填充在多孔铝孔隙中的新型骨架型含能材料，含能材料填充率可以达到60～70%。但由于其只是采用了常规的超声振荡手段来助力含能材料进入到多孔铝的孔隙中，推动作用有限，含能材料的填充率还有待于进一步提高。

技术实现思路

[0016]本专利技术的目的是提供一种制备骨架型含能材料的方法，以在保证力学性能与安全性能的前提下，进一步提高含能材料的填充率。
[0017]提供一种适合于所述制备骨架型含能材料的方法的充填装药装置，是本专利技术的另一专利技术目的。
[0018]本专利技术所述的制备骨架型含能材料的方法包括：——设置一个可以加热的密闭空间并将其加热保温，以一个带有通孔的隔板将所述密闭空间分隔为上、下两部分，并使其上部密闭空间带正压，下部密闭空间带负压；——以多孔铝作为骨架结构，置于所述隔板上，使其上表面暴露在带正压的上部密闭空间内，部分下表面通过隔板上的通孔与带负压的下部密闭空间连通；——将低熔点炸药加热熔融形成的炸药熔液滴加在多孔铝的上表面，使炸药熔液在下部密闭空间负压和上部密闭空间正压的双重作用下，均匀渗透填充于所述多孔铝的内部孔隙中，制备骨架型含能材料。
[0019]本专利技术上述方法中，多孔铝被处于一个密闭的保温加压空间内，上表面受到一定的压力作用，下表面与负压空间连通，真空作用下使得多孔铝内部孔隙维持一定的真空度，
从而形成了多孔铝的孔隙内部真空、外部受压状态；将低熔点炸药以高于其熔点的加热温度进行加热，使其缓慢熔化形成炸药熔液滴加至多孔铝上表面，炸药熔液在真空和压力的双重作用下，充分渗透填充到多孔铝的内部深层孔隙中，固化后制备得到低熔点炸药充分填充多孔铝孔隙的骨架型含能材料。
[0020]本专利技术对所述的低熔点炸药并没有具体的限定，例如可以是常规的低熔点炸药三硝基甲苯（TNT）、3,4
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二硝基吡唑（DNP）或2,4
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二硝基苯甲醚（DNAN）中的任意一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备骨架型含能材料的方法，所述方法包括：——设置一个可以加热的密闭空间并将其加热保温，以一个带有通孔的隔板将所述密闭空间分隔为上、下两部分，并使其上部密闭空间带正压，下部密闭空间带负压；——以多孔铝作为骨架结构，置于所述隔板上，使其上表面暴露在带正压的上部密闭空间内，部分下表面通过隔板上的通孔与带负压的下部密闭空间连通；——将低熔点炸药加热熔融形成的炸药熔液滴加在多孔铝的上表面，使炸药熔液在下部密闭空间负压和上部密闭空间正压的双重作用下，均匀渗透填充于所述多孔铝的内部孔隙中，制备骨架型含能材料。2.根据权利要求1所述的制备骨架型含能材料的方法，其特征是所述的低熔点炸药是三硝基甲苯、3,4
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二硝基吡唑或2,4
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二硝基苯甲醚中的一种或任意几种的混合物，或者任意一种上述低熔点炸药与高能炸药奥克托今或黑索金的混合物。3.根据权利要求1所述的制备骨架型含能材料的方法，其特征是先将所述多孔铝置于所述炸药熔液中进行浸渍处理，预填充低熔点炸药。4.根据权利要求1所述的制备骨架型含能材料的方法，其特征是保持所述上部密闭空间的正压压力为0.05～0.15MPa。5.根据权利要求1所述的制备骨架型含能材料的方法，其特征是所述下部密闭空间的负压是达到真空度
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0.03～
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0.09MPa。6.根据权利要求1所述的制备骨架型含能材料的方法，其特征是将所述炸药熔液滴加在多孔铝上表面后，保温维持上部密闭空间的正压状态和下部密闭空间的负压状态3～5min。7.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：常双君，朱双飞，任福德，荆苏明，白俊，张振钢，陈星妍，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：