本发明涉及一种含能材料及其制备方法，具体涉及一种含能硼粉及其制备方法，在各种炸药、固体推进剂、烟火药中具有广泛的应用前景。
背景技术：
：现代战争对武器系统提出了越来越高的要求，实现武器弹药的高能量和高效毁伤效果成为主要关注焦点之一，而提高含能材料的能量和能量利用效率是主要技术途径。在炸药、固体推进剂、烟火药中应用高活性金属燃烧剂，是常用的方式。在各种金属燃烧剂中，硼的单位质量燃烧热是铝的1.9倍，体积热值为铝的1.66倍，具有极佳的应用前景。虽然硼具有较高的燃烧热值，但它的熔点、沸点均较高(硼熔点2350K，沸点4200K)，且硼颗粒表面易形成致密的高沸点氧化膜(氧化硼熔点723K，沸点2133K)，隔绝了燃烧剂与氧化剂的接触，不仅阻碍了燃烧剂的点火(硼点火温度1900K～2500K)，也不利于燃烧反应的自持进行，这导致硼的点火燃烧性能很不理想，其能量利用效率远未达到理论反应热值。硼粉与铝粉的燃烧具有近似的特性，但点火燃烧条件更为苛刻。因此如何改善硼的点火燃烧性能，成为提高混合炸药能量利用效率的关键问题之一，其相关技术对于改善铝的点火燃烧性能也具有推广借鉴价值。目前改善硼元素等金属颗粒点火燃烧性能的方法主要有：(a)超细化无定型硼粉，提高比表面积、降低临界反应温度；(b)包覆含能材料释放热量提高硼颗粒的表面温度，例如AP、缩水甘油叠氮聚醚(GAP)、BAMO、高氯酸钾、NaN3、全氟脂肪酸等；(c)包覆材料化学反应除去颗粒表面的氧化膜，例如LiF、VitonA、硅烷等；(d)表面包覆可燃性材料与硼颗粒反应生成低燃点化合物，例如镁、钛、锆可以与硼生成低燃点金属硼化物；(e)添加燃烧催化剂，如锂、镁、钛、锆、铅、铜、铁、铬、铋、锡等的金属粉、氧化物、盐和配合物等。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种含能硼粉及其制备方法。本发明是这样实现的：一种含能硼粉的制备方法，包括如下步骤：步骤一、酸化将硼粉分散于有机溶剂中，添加酸进行机械搅拌活化，酸与硼粉的质量比为1/100～1/5，10～30小时后过滤、干燥，获得酸化硼粉；有机溶剂可以是丙酮、乙腈、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等非质子溶剂的一种，酸可以是硫酸、盐酸和硝酸。步骤二、异氰酸酯接枝将酸化硼粉分散在经无水处理的有机溶剂中，加入含有双官能或多双官能异氰酸酯基团的化合物，异氰酸酯化合物与酸化硼粉质量比为1/20～1/2，室温～70℃搅拌反应一定时间后，经过滤、干燥，获得异氰酸酯接枝硼粉。有机溶剂可以是丙酮、乙腈、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、苯、甲苯、乙酸乙酯等非质子溶剂的一种，含有双官能或多双官能异氰酸酯基团的化合物为甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯甲烷-4,4′-二异氰酸酯(MDI)、二聚脂肪酸二异氰酸酯(DDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)中的一种，反应时间为5～24小时。步骤三、含能修饰将异氰酸酯接枝硼粉分散在经无水处理的有机溶剂中，加入三唑或四唑类化合物，唑类化合物与异氰酸酯接枝硼粉质量比为1/10～3/10，室温～70℃搅拌反应一定时间后，经过滤、干燥，获得含能硼粉。有机溶剂可以是丙酮、乙腈、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、苯、甲苯、乙酸乙酯等非质子溶剂的一种，三唑或四唑类化合物为1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、3-氨基-1,2,4-三唑、3-甲基-1,2,4-三唑、1,2,3,4-四唑、5-氨基-1,2,3,4-四唑、5-硝基-1,2,3,4-四唑中的一种，反应时间为5～24小时。本发明的另一个目的在于提供了一种含能硼粉。一种含能硼粉，是由本发明提供的含能硼粉的制备方法制备得到的，并具有如下结构：以单质硼粉颗粒为核心，以含有双官能或多双官能异氰酸酯基团的化合物作为连接分子；以三唑或四唑类化合物为含能分子。采用本发明方法制备的含能硼粉，具有较低的临界反应温度，可以用作炸药、固体推进剂、烟火药中的金属燃烧剂。附图说明图1为含能硼粉结构示意图。具体实施方式以下是几项应用本发明技术方案的具体实例，它们仅作为例子给出，不视为对本发明的应用限制。凡操作条件、物质组成和比例的等同替换或等效交换，均在本发明的保护范围之内。本发明实施例提供的一种含能硼粉，如附图1所示，本发明所述的含能硼粉，以单质硼粉颗粒为核心，以含有双官能或多双官能异氰酸酯基团的化合物A作为连接分子，可以是甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯甲烷-4,4′-二异氰酸酯(MDI)、二聚脂肪酸二异氰酸酯(DDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)；以三唑或四唑类化合物B为含能分子，可以是1,2,3-三唑、1,2,4-三唑、3-氨基-1,2,4-三唑、3-甲基-1,2,4-三唑、1,2,3,4-四唑、5-氨基-1,2,3,4-四唑、5-硝基-1,2,3,4-四唑。下面以几个具体的制备方法的实施例对本发明作进一步的说明。实施例1：将5.0g硼粉分散在100mL丙酮中，滴加0.5g硝酸(质量分数65～68％)，室温搅拌10h，过滤、干燥，得到酸化硼粉。将酸化硼粉、1.8g甲苯二异氰酸酯加入到100mL无水甲苯中，70℃搅拌反应10h，过滤干燥得到甲苯二异氰酸酯接枝硼粉，继而分散在50mL无水N,N-二甲基甲酰胺中，加入1.0g1,2,3-三唑，50℃搅拌反应10h，过滤、干燥，得到约5.2g含能硼粉。实施例2：将10.0g硼粉分散在200mL丙酮中，滴加1.0g盐酸(质量分数35～37％)，室温搅拌15h，过滤、干燥，得到酸化硼粉。将酸化硼粉、4.5g异佛尔酮二异氰酸酯加入到200mL无水乙腈中，70℃搅拌反应20h，过滤干燥得到异佛尔酮二异氰酸酯接枝硼粉，继而分散在100mL无水乙腈中，加入2.0g3-氨基1,2,4-三唑，70℃搅拌反应10h，过滤、干燥，得到约11.3g含能硼粉。实施例3：将5.0g硼粉分散在100mL四氢呋喃中，滴加0.5g硫酸(质量分数30％)，室温搅拌10h，过滤、干燥，得到酸化硼粉。将酸化硼粉、2.5g二苯甲烷-4,4′-二异氰酸酯加入到100mL无水丙酮中，室温搅拌反应15h，过滤干燥得到二苯甲烷-4,4′-二异氰酸酯接枝硼粉，继而分散在100mL无水丙酮中，加入0.7g1,2,3,4-四唑，室温搅拌反应10h，过滤、干燥，得到约5.5g含能硼粉。实施例4：将20.0g硼粉分散在200mL丙酮中，滴加1.8g硝酸(质量分数65～68％)，室温搅拌24h，过滤、干燥，得到酸化硼粉。将酸化硼粉、3.7g甲苯二异氰酸酯加入到200mL无水甲苯中，40℃搅拌反应20h，过滤干燥得到甲苯二异氰酸酯接枝硼粉，继而分散在100mL无水二甲基亚砜中，加入3.0g5-氨基-1,2,3,4-四唑，40℃搅拌反应10h，过滤、干燥，得到约22.0g含能硼粉。实施例5：将5.0g硼粉分散在100mL乙腈中，滴加1.0g盐酸(质量分数35～37％)，室温搅拌20h，过滤、干燥，得到酸化硼粉。将酸化硼粉、5.5g二聚脂肪酸二异氰酸酯加入到100mL无水甲苯中，60℃搅拌反应10h，过滤干燥得到二聚脂肪酸二异氰酸酯接枝硼粉，继而分散在50mL无水二甲基亚砜中，加入1.0g5-硝基-1,2,3,4-四唑，60℃搅拌反应20h，过滤、干燥，得到约6.5g含能硼粉。实施例6：将10.0g硼粉分散在100mL丙酮中，滴加2.0g硫酸(质量分数30％)，室温搅拌24h，过滤、干燥，得到酸化硼粉。将酸化硼粉、4.0g多亚甲基多苯基多异氰酸酯加入到100mL无水苯中，40℃搅拌反应10h，过滤干燥得到多亚甲基多苯基多异氰酸酯接枝硼粉，继而分散在100mL无水二甲基亚砜中，加入1.0g5-硝基-1,2,3,4-四唑，40℃搅拌反应20h，过滤、干燥，得到约12.5g含能硼粉。将上述6组含能硼粉应用于烟火药B/KNO3代替普通硼粉，经差示扫描量热测试反应温度，结果如表1所示，应用含能硼粉使烟火药B/KNO3临界反应温度提前10～30℃。表1应用含能硼粉前后烟火药B/KNO3反应温度硼粉/硝酸钾质量比硼粉反应温度/℃1/9普通硼粉5701/9实施例15482/8普通硼粉5402/8实施例25233/7普通硼粉5373/7实施例35173/7实施例45253/7实施例55075/5普通硼粉5105/5实施例6491尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。当前第1页1 2 3