聚乙烯醇原位包覆铝粉结构表征及活性铝含量测定

针对氧化铝外壳导致纳米铝粉反应活性下降的问题,尝试在电爆炸制备纳米铝粉的同时直接用聚乙烯醇(PVA)包覆。利用扫描电镜、透射电镜、动态光散射激光粒度仪、X射线光电子能谱仪及同步热分析仪表征样品的表观形貌、粒度分布,表面元素价态以及热响应行为。依据有色金属行业标准YS/T 617.1—2007,分别对微米铝粉、纳米铝粉及原位包覆产物的燃烧热和活性铝含量进行测定。研究结果表明：PVA原位包覆铝粉具有多核结构,球形度良好;包覆样品活性铝含量达到84.27%,比纳米铝粉提高了22%,PVA包覆有效降低了氧化铝外壳的生长厚度;与微米铝粉相比,包覆样品氧化反应起始温度低（548.6 ℃）,释能迅速;PVA原位包覆铝粉兼具高反应活性和快速释能效应,在含能材料中具有潜在的应用优势。     

溶液参数对n-Al/F2604复合粒子微观形貌的影响机制

为了揭示氟橡胶对纳米铝粉的包覆机理,以静电喷雾技术,利用不同溶剂(乙酸乙酯和丙酮)制备了不同氟橡胶(F2604)含量的复合粒子,用扫描电子显微镜(SEM)表征了复合粒子的形貌,采用实验与分子动力学模拟相结合的方法研究了溶液参数对n-Al/F2604复合粒子微观形貌的影响。结果表明,丙酮作为溶剂可使得复合粒子形貌更为均匀规整,氟橡胶含量小于13%时,复合粒子直径随着氟橡胶比例增加而增大;当氟橡胶含量继续增加,复合粒子粒度分布变得不均,形状不规则,出现明显的纺丝现象。氟橡胶在溶剂中的扩散系数是影响其包覆纳米铝粉时分子链形态的重要因素之一,因此,在选择溶剂时应当遵循"氟橡胶扩散系数大"原则;氟橡胶与纳米铝粉的单位结合能主要由静电力作用能(75%～93%)和范德华作用能(6%～22%)组成,氟橡胶含量通过分子间静电力作用对复合粒子微观形貌产生影响。     

推进剂用纳米膜包覆金属Al粉研究

在活化后的微米金属铝粉表面包覆了一层对固体推进剂组分热分解有催化作用的纳米膜,成功防止了金属铝粉的进一步氧化,有利于高能固体推进剂中活性金属铝粉含量的提高.通过对包覆有纳米膜的复合金属铝粉的SEM、TEM和XPS分析表征,发现纳米膜对微米金属铝粉形成了很好的包覆,包覆膜的厚度为10nm左右.金属粉的比表面积(BET)由包覆前的1.46m2/g,增加到13.74 m2/g,提高了粉体的分散性.热分析研究表明,包覆后的金属粉热量释放更大、更快速、更集中,非常适合于固体推进剂所要求的能量释放特点.     

纳米Al/PS微胶囊中铝粉含量及活性分析

采用优化的工艺条件,制备了不同铝粉含量的纳米铝粉/聚苯乙烯(Al/PS)微胶囊,随着铝粉添加量的增加,铝粉的包覆率逐渐降低。纳米Al/PS微胶囊呈球形,表面光滑无明显缺陷,粒子与粒子之间分散性很好。对纳米铝粉复合前后的活性变化进行了实验分析,结果表明,不同纳米铝粉含量的纳米Al/PS微胶囊中的活性铝含量基本相同,未经贮存、自然条件下密闭贮存30 d及氧气罐中贮存30 d后,活性铝含量分别为76.07%,76.06%和74.81%,纳米铝粉被PS包覆后可长期保持活性。     

Al/HTPB含能复合粒子的制备及表征

为保护铝粉在固体火箭推进剂中的活性,增加超细铝粉与固体推进剂其它组分的相容性,以端羟基聚丁二烯(HTPB)为包覆剂,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为固化剂,包覆了表面活化、粒径为2 μm左右的超细铝粉,制备了Al/HTPB含能复合粒子。研究了氨基硅烷偶联剂KH-550改性铝粉及包覆剂用量对包覆铝粉形貌和粒径的影响。用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱(FTIR)、激光粒度仪、热重-差热分析(TG-DTA) 表征了 Al/HTPB复合粒子。结果表明:超细铝粉经KH-550改性且包覆剂用量为1.5%时,Al/HTPB含能复合粒子的包覆膜更均匀,低于400 ℃时,HTPB包覆层能防止铝粉的氧化,在400～525 ℃范围内HTPB能迅速燃烧,迅速释放出包覆的活性铝。     

影响纳米铝粉活性的壳层因素的TG-DSC研究

采用TG-DSC研究不同包覆壳层厚度、不同壳层种类纳米铝粉的热性能,并对影响纳米铝粉活性的壳层因素作了深入分析。结果表明:同一粒径的纳米铝粉,包覆层越厚,氧化前的质量损失比例越大,氧化增加的质量分数越小,10%和30%高聚物包覆的50 nm铝粉在520~800℃增加的质量23.5%和17.4%,而5%和10%高聚物包覆的100 nm铝粉则增加质量42.5%和36.5%;50 nm铝粉在熔点前的能量释放速率最快,达到最大氧化速率时的温度远低于100 nm铝粉,二者为550℃和590℃,但其活性低于100 nm铝粉。纳米铝粉经高聚物包覆后经185℃热解处理能显著降低壳层厚度,并提高纳米铝粉样品的热性能。     

影响纳米铝粉活性的壳层因素的TG-DSC研究

采用TG-DSC研究不同包覆壳层厚度、不同壳层种类纳米铝粉的热性能,并对影响纳米铝粉活性的壳层因素作了深入分析。结果表明：同一粒径的纳米铝粉,包覆层越厚,氧化前的质量损失比例越大,氧化增加的质量分数越小,10%和30%高聚物包覆的50 nm铝粉在520~800℃增加的质量23.5%和17.4%,而5%和10%高聚物包覆的100 nm铝粉则增加质量42.5%和36.5%;50 nm铝粉在熔点前的能量释放速率最快,达到最大氧化速率时的温度远低于100 nm铝粉,二者为550℃和590℃,但其活性低于100 nm铝粉。纳米铝粉经高聚物包覆后经185℃热解处理能显著降低壳层厚度,并提高纳米铝粉样品的热性能。     

不同类型微/纳米铝粉点火燃烧特性研究

微/纳米铝粉在火炸药领域具有广泛的应用前景,为揭示其在推进剂中的燃烧机理,利用CO₂激光点火装置对不同类型微/纳米铝粉点火燃烧性能进行了实验研究。研究结果表明：微/纳 米铝粉配比中纳米铝粉含量越高,点火燃烧性能越好;80 nm铝粉的点火延迟时间稍大于120 nm 铝粉,分析是由于活性铝含量降低其熔化所产生的内外压差变小所致。同时分析了微米铝粉与纳米铝粉的点火燃烧机理：经纳米镍粒子表面改性后微米铝粉点火燃烧性能有所改善,此时纳米镍粒子作为氧的载体;利用有机物包覆改性纳米铝粉,点火延迟时间增加,但结合其防止纳米铝粉氧化及自身能量性能两方面,采用含能聚合物包覆改性纳米铝粉仍具有很好的应用价值。     

烟火铝粉的包覆改性实验研究

为解决烟火铝粉在高温高湿条件下极易氧化失效的问题,对其进行表面包覆改性处理。以SA为防潮包覆剂,无水乙醇为SA的溶剂和烟火铝粉的悬浮剂,采用溶剂蒸发-重结晶-干燥工艺制备出钝化铝粉,并对包覆后的烟火铝粉进行抗氧化性(吸湿试验)和SA含量测试。结果表明,钝化后的烟火铝粉的抗氧化性比原料提高15倍,制备钝化烟火铝粉的最佳工艺条件和配方为:搅拌速率1 600转/min,温度65℃,SA含量5%。     

氟橡胶包覆对微米铝粉燃烧性能的影响规律

为了考察氟橡胶包覆对微米铝粉燃烧性能的影响规律,采用激光点火、定容燃烧、热分析等方法,对5μm及50μm两种粒径、不同氟橡胶含量微米铝粉的燃烧性能、热性能进行了分析,得到粒径和氟橡胶含量对微米铝粉的点火延迟时间、燃速、燃烧状态、燃烧热值、热反应性能等的影响规律.结果表明,未包覆的微米铝粉在0.1 MPa氧气中无法被激光点燃.而在氟橡胶包覆后,随着氟橡胶含量的变化,5μm铝粉的点火延迟时间可由91 ms缩短为31 ms,燃速可由3.08 mm·s-1增加至364.96 mm·s-1,燃烧热值可达到27.61 kJ·g-1;50μm铝粉的点火延迟时间可由130 ms缩短为40 ms,燃速可由1.80 mm·s-1增加至43.78 mm·s-1,燃烧热值可达到26.08 kJ·g-1.此外,在热重分析(TG)的基础上,计算了氟橡胶反应深度和氧化铝层厚度,发现氟橡胶的反应仅存于铝粉的表面,而在相同反应条件下,反应完成后氧化铝层的厚度与微米铝粉的粒径无关.     

液态氟橡胶改性端羟基嵌段共聚醚粘合剂及其对铝粉热氧化行为的影响

利用氟化物促进铝粉的燃烧是近年来含能材料领域的热点.选用含氟量较高的端羟基液态氟橡胶作为氟源,将其引入端羟基嵌段共聚醚(HTPE)粘合剂体系中,制备不同氟橡胶含量的改性HTPE胶片,并对改性胶片的微观形貌、力学特性、热稳定性和氧化能力进行测试分析.结果表明:随着液态氟橡胶含量的增加,胶片的力学性能先降低后增加,当氟橡胶...     

纳米铝粉的活性和放热行为研究

研究了由电流电弧法和电爆炸法制备的两种纳米铝粉。用TEM、TG-DTA等方法对其形貌以及热学性能进行研究,同时对两种纳米铝粉中活性铝的含量进行了测量。结果表明:两种方法制备的纳米铝粉颗粒均呈球形,活性铝的含量相当;两种纳米铝粉的熔点和金属铝相近。从TG-DTA曲线可以看出,两者的热学行为相似,均表现出两次氧化的过程,且电爆炸法制备的纳米铝粉的氧化放热效应较高。     

仿生聚多巴胺对HMX、TATB和铝粉的界面性能改性

为了研究表面改性方法及表面包覆均匀性、浸润性等性状对含能材料的机械感度、界面力学性能以及工艺性能的影响,仿生贻贝黏附蛋白的作用原理,以多巴胺为前驱体,采用一步法使其在含能材料表面聚合形成一层致密牢固的包覆薄膜聚多巴胺(PDA),制备了改性单质炸药(HMX@PDA、TATB@PDA)和改性铝粉(Al@PDA)。通过扫描电子显微镜、X射线光电子能谱和接触角测试仪对改性含能材料的表面形貌、药柱断裂处微观形貌、元素含量以及表面浸润性能进行了表征,采用国军标(GJB-772A-1997)、巴西实验等标准测试方法对改性含能材料的机械感度、拉伸应力-应变曲线等进行了测试,并将实测性能与未改性含能材料进行了对比分析。结果表明,与HMX晶体比较,HMX@PDA晶体的摩擦感度下降30%,特性落高数值增加一倍;与TATB基药柱比较,TATB@PDA基药柱的拉伸强度提高约15%;与Al粉比较,Al@PDA在HTPB液相中24h后可有效减缓沉降。聚多巴胺对晶体完整致密的包覆性能以及含有丰富活性基团的特性,对含能材料的包覆降感、界面力学性能提升和工艺稳定性提升等方面具有显著的界面改性作用。     

含球形硼粉CMDB推进剂的燃烧特性

用燃速测试、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱仪(EDS)和单幅照相技术对比研究了含球形硼粉和Al粉改性双基推进剂(CMDB)的燃烧性能、熄火表面和火焰结构。结果表明:用等质量的球形硼粉替代Al粉,可降低推进剂燃速和凝聚相热分解的剧烈程度,同时推进剂压强指数增大,凝聚相热分解放热量减少,且其熄火表面上存在大量球形硼粉及其燃烧产物熔联、凝聚形成的球状物。     

含氟有机添加剂对含铝聚醚推进剂燃烧凝聚相产物的影响

为了抑制高含铝推进剂燃烧凝聚相产物的团聚,将含氟有机添加剂加入到含铝聚醚推进剂中,用高速摄像装置研究了推进剂药条的燃烧情况。利用扫描电子显微镜/能谱仪、激光粒度分析仪、X-射线衍射仪、实时粒度测试仪研究了含氟有机添加剂对推进剂燃烧凝聚相产物形貌、粒径、成分和燃烧实时粒度的影响。结果表明：含氟有机添加剂的加入,有助于减少燃烧铝颗粒的尺寸,能明显减少大尺寸凝聚相粒子的生成,在7 MPa时,加入2%的含氟有机添加剂,燃烧凝聚相产物的平均粒径D₅₀从5.83 μm减小到3.06 μm;X-射线衍射仪测试结果显示,含氟有机添加剂的加入导致燃烧凝聚相产物中α-Al₂O₃晶型和θ-Al₂O₃晶型几近消失,主要形成γ-Al₂O₃和δ-Al₂O₃晶型。     

Flame Retardant and Pyrolytic Behaviors of Polyamide 6/Montmorillonite Nanocomposite

Na -montmorillonite(Na -MMT) was converted to organic montmorillonite(OMMT) using modifier which was synthesized at authors‘ laboratory. PA6/OMMT nanocomposite was prepared via in situ intercalative polymerization. The limiting oxygen index (LOI), UL 94V flame retardancy and thermal stability of PA6/OMMT using thermal gravity analysis (TGA) were measured. The Fourier transform infrared (FTIR) technique was used to analyze the pyrolytic residuum and the cone calorimeter (CONE) was applied to determine a number of combustion parameters which were closely related to fire safety, including heat release rate, mass loss rate, effective combustion heat, total heat release, specific extinction area and the time of ignition. In addition, the elemental composition of the surface pyrolytic residuum and the corresponding X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) data were obtained, and the morphology of the residuum from CONE measurement was examined by scanning electron microscope (SEM).