一种氟橡胶/Al/CL-20高能含铝炸药复合物的制备方法

本发明属于含能材料复合技术，具体为氟橡胶/al/cl-20高能含铝炸药复合物的制备方法。

背景技术：

1、含铝炸药是由炸药和铝粉组成的混合炸药，也称铝化炸药。在含铝炸药中，铝粉能与爆轰产物产生二次反应生成三氧化二铝，放出大量的热，使爆热和做功能力大幅提高，爆炸作用时间延长，爆炸作用范围扩大，破片温度提高，并有利于水中气泡的扩大与增压。含铝炸药最大的特点就是爆热和做功能力大，具有良好的应用前景。

2、六硝基六氮杂异伍兹烷(cl-20)是目前已知的能量最高、威力最大的非核单质炸药，在武器装备和推进剂等方面有广阔的应用前景。不同尺寸的铝粉已经在cl-20基炸药中有广泛应用，但还存在燃烧不充分、点火延迟时间长等问题，使其能量释放不充分。为了提高cl-20基含铝炸药的成型与压装混合性能，采用一些钝感的高聚物或钝感剂作为粘结剂，虽然具有较好的钝感包覆效果，但对cl-20基含铝炸药的爆热、燃烧反应方面没用明显的提升。与惰性粘结剂相比，由于氟橡胶中的f元素可与al发生放热化学反应，使用氟橡胶作为粘结剂可显著提高含铝炸药的爆热。常用的氟橡胶有f23型、f26型等系列，具有良好的耐高温、耐老化性、良好的物理机械性，这些氟橡胶可作为粘结剂，用于cl-20基含铝炸药的成型与压装。李金鑫等人(李金鑫,勾莉,张争争等.cl-20基高爆热含铝压装混合炸药的研究[j].爆破器材,2020,49(03):33-36+42.)在以粘结剂体系的基础上进行改进，优化制备工艺、压药工艺确定机械干混的最佳工艺条件为：混合温度70～85℃，混合时间20～30min。确定压药最佳工艺条件为：压药温度85℃，比压3 300kg/cm2，保压时间60min。新配方的最大压药密度为2.041g/cm3，比原有配方提高了6.25％，具有良好的热稳定性与爆热性能。但工艺条件在70～85℃，在生产过程中有一定危险系数。另一方面，m.a.cook(cook m a,fillera s,keyes r t,etal.aluminized explosives[j].journal of physical chemistry,1957,61(2):189-196.)认为，含铝炸药爆轰时在cj面之前，铝粉并不参加化学反应，即使铝粉参与了化学反应，但在到达cj面时也远远没有完全反应，因为铝粉的反应是当爆轰产物膨胀时才开始并逐渐完成的。胡宏伟等人(胡宏伟,严家佳,陈朗等.铝粉含量和粒度对cl-20含铝炸药水中爆炸反应特性的影响[j].爆炸与冲击,2017,37(01):157-161.)，在m.a.cook的基础上，利用水下爆炸冲击波与高压气团的脉动开展cl-20基含铝炸药水下爆炸的能量释放特性的研究，测试其水中爆炸的冲击波、二次压力波和气泡参数，研究铝粉含量和粒度对cl-20基含铝炸药爆炸反应的影响，得到结论：小尺寸铝粉更容易与炸药爆轰产物反应，导致二次反应的反应速率变快。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种氟橡胶/al/cl-20高能含铝炸药复合物的制备方法。本发明的核心内容是采用pickering乳液法，将cl-20与纳米al粉用氟橡胶复合，提升炸药性能，降低感度，提升安全性能，改善cl-20基含铝炸药的综合性能。

2、本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

3、为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种氟橡胶/al/cl-20高能含铝炸药复合物的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤一、采用功能材料对纳米al粉进行包覆改性，得到改性纳米al粉；

5、步骤二、将氟橡胶溶解在溶剂a中，静置，得到氟橡胶溶液；

6、步骤三、向氟橡胶溶液中添加六硝基六氮杂异伍兹烷炸药cl-20，溶解后加入改性纳米al粉，超声，制备球形液态氟橡胶/al/cl-20，然后添加去离子水，超声；得到乳液；

7、步骤四、将乳液通过萃取或冷冻干燥，得到固体球形氟橡胶/al/cl-20复合物。

8、优选的是，所述步骤一中，纳米al粉的尺寸为20～500纳米，形貌为球形或其它不规则形状。

9、优选的是，所述步骤一中的过程为：将功能材料溶于溶剂b中，然后加入纳米al粉，常温搅拌，缓慢滴加环己烷，反应0.5～2小时，过滤，真空干燥，得到改性纳米al粉。

10、优选的是，所述溶剂b为乙酸乙酯或乙醇；所述功能材料与溶剂b的质量体积比为0.01～0.3g:100ml；所述纳米al粉与环己烷的质量体积比为3～8g:1000ml。

11、优选的是，所述步骤一中，功能材料为硬脂酸、软脂酸、全氟辛酸、全氟庚酸、全氟己酸、全氟戊酸、全氟丁酸、全氟十二烷酸、全氟十三烷酸中的任意一种，功能材料的用量为纳米al粉质量的0.01％～5％。

12、优选的是，所述步骤二中，溶剂a为乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸异戊酯、丙酮、正丁酮、甲基异丁基酮、环己烷、正丁烷、环己酮、甲苯环己酮、甲基丁酮、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、苯、甲苯、二甲苯、二甲基亚砜、n,n二甲基甲酰胺、乙醚、石油醚、环氧丙烷、乙二醇醚、乙腈中的一种或多种；所述氟橡胶与溶剂a的质量体积比为0.015～0.05g:2ml；所述静置的时间为2～5小时。

13、优选的是，所述步骤二中，氟橡胶为六氟丙烯和偏二氟乙烯的二元共聚物；四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物，四氟乙烯、含氟乙烯基醚和偏二氟乙烯的三元共聚物，四氟乙烯、丙烯和偏二氟乙烯的三元共聚物，四氟乙烯、六氟丙烯、乙烯、含氟乙烯基醚和偏二氟乙烯的五元共聚物中的任意一种。

14、优选的是，所述氟橡胶和纳米al粉的质量比为0.1:1～1:10。

15、优选的是，所述氟橡胶和cl-20的质量比为0.01:1～1:1。

16、优选的是，所述步骤四中萃取采用加入非溶剂的方法，非溶剂的用量为0.01～100倍的溶剂质量；冷冻干燥的方法为：将乳液放入-50℃的冰柜中使其快速凝固，放入冷冻干燥仪中干燥12～36h。

17、优选的是，所述步骤一中，对纳米al粉进行低温等离子体处理，其过程为：将纳米al粉送入大气压低温等离子体装置中，使纳米al粉处于大气压低温等离子体的喷射出口处30～80mm，在大气压低温等离子体装置中按照10～15l/h的气流量通入气体介质，施加工作电压，形成等离子体射流，控制大气压低温等离子体装置的喷射出口的移动速度在10～15mm/s，使等离子体射流喷射于纳米al粉上，对纳米al粉进行处理15～25min；所述工作电压采用高压交流电源提供，所述工作电压为50～100kv的交流电压，频率为100～300khz；所述气体介质为cf4或ccl4。

18、本发明引入pickering乳液法，以纳米级的铝粉颗粒作为界面稳定剂，在常温条件下，将氟橡胶、cl-20以溶液的形式与纳米al粉复合，得到固体球形氟橡胶/al/cl-20复合物，使三者在微观尺度上均匀复合，可以使其在燃烧或爆轰过程更加稳定地释放能量；同时球形结构可以降低cl-20的感度，同时提升流散性和装填密度；该复合物在高能推进剂和炸药等领域有广泛的应用前景。

19、本发明至少包括以下有益效果：

20、本发明基于pickering乳液法，以改性纳米al颗粒作为界面稳定剂，形成稳定乳液，得到含有改性纳米al粉、氟橡胶和cl-20的微米级复合物，可以实现cl-20、纳米al粉、之间的紧密接触，且该高能复合结构炸药具有各个材料独特特性保持不变、多种功能结合和复合材料性能改善等优点。本发明在制备过程简单、成本低、生产过程安全；采用本发明方法所制得的固体球形氟橡胶/al/cl-20复合物的粒径范围在30～50um。

21、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。