[發明專利]一種粒狀多孔納米復合含能材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810164910.1
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108358737B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 周星;劉陽紅;張煒;鮑桐;鄧蕾
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: C06D5/06
• 分類號: C06D5/06;C06B29/22;C06B21/00
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 崔琳

一種粒狀多孔納米復合含能材料，它包括硝化纖維素和高氯酸銨，硝化纖維素為微米級的粒狀多孔結構，高氯酸銨為填充于所述硝化纖維素的多孔結構內的晶粒；高氯酸銨的平均晶粒尺寸為25nm左右；粒狀多孔納米復合含能材料中高氯酸銨的質量百分含量在15?25％范圍內。其制備方法為：將市售普通硝化纖維素、固化劑、反應催化劑依次加入丙酮中，混合均勻形成硝化纖維素溶膠；將溶膠加入二甲基硅油中，攪拌使溶膠分散成小液滴，持續攪拌使溶膠小液滴變成硝化纖維素濕凝膠，老化；將硝化纖維素濕凝膠浸泡于高氯酸銨的飽和二甲基甲酰胺溶液中，經超臨界CO₂干燥，得到高氯酸銨/硝化纖維素粒狀多孔納米復合含能材料。

技術領域

本發明屬于納米復合材料技術領域，具體涉及一種粒狀納米復合含能材料和其制備方法。

背景技術

固體推進劑是固體火箭發動機的動力來源，其性能優劣直接影響到導彈的生存能力和作戰效能。高燃速推進劑可使固體火箭發動機在短時間內產生大的推力，能滿足反輻射導彈、反導導彈及多級發動機的助推器對速燃發動機的需求。因此，研制高燃速推進劑是固體推進劑的重要研究方向之一。

以高氯酸銨(AP)為氧化劑的端羥基聚丁二烯(HTPB)復合固體推進劑是現階段國內外應用最為廣泛的固體推進劑。提高HTPB復合固體推進劑燃速的方法有物理方法和化學方法。物理方法包括在推進劑中嵌入金屬絲或石墨纖維以提高推進劑的導熱性、添加超細或納米AP來增加其反應速率等。化學方法包括添加二茂鐵及其衍生物、碳硼烷或離子性硼酸鹽等燃速調節劑來加速AP的熱分解，采用含能、分解放熱疊氮基含能粘合劑來加速粘合劑分解過程，添加快燃物來增加推進劑凝聚相反應區的熱點等。

提高復合固體推進劑燃速研究應用較多的方法是采用超細AP和添加燃速催化劑。添加惰性的燃速催化劑雖然可以提高燃速，但會降低推進劑的能量。采用超細AP替換粗粒徑AP可以在不影響能量的前提下提高推進劑的燃速，但是，超細AP比表面積大，吸濕性強，易團聚結塊，用量過多會嚴重影響推進劑的工藝性能。目前，提高推進劑燃速主要采用超細AP(粒徑小于10μm)及以卡托辛(Catocene，國內類似結構簡稱GFP)為代表的二茂鐵衍生物類高效燃速催化劑組合的方法。在6.86MPa下，組合使用兩種方法可使該類推進劑的燃速由7-8mm/s提高至35-40mm/s。但是，含二茂鐵衍生物/超細AP的高燃速推進劑存在機械感度(撞擊感度和摩擦感度)急劇升高的現象，給推進劑的制造和使用帶來了很大的安全隱患，嚴重制約了該類推進劑的應用。因此，如何有效添加超細或納米AP已成為提高推進劑燃速的研究熱點。

尋找一種提高推進劑燃速的新方法至關重要。納米復合含能材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料(如氧化劑與燃料)，通過物理或化學方法制備的、材料中至少一種組份能夠在納米尺度上均勻分散的一種含能復合材料。與傳統復合含能材料相比，將氧化劑和燃料在納米尺度上混合制備納米復合含能材料，可以有效增加氧化劑與燃料的接觸面積，加快氧化還原反應速率，提高能量釋放速率。

硝化纖維素(NC，下文中NC為硝化纖維素)常用作雙基推進劑和高能炸藥的主要組份，具有化學穩定性好、燃燒速度快、釋放能量高等優點。利用溶膠-凝膠法制備含能的NC凝膠骨架，將納米尺度的氧化劑顆粒均勻分布于凝膠骨架中，氧化劑和燃料的微觀組成和分散均勻；通過控制納米孔結構調控氧化劑含量，從而調節納米復合含能材料的氧平衡，使納米復合含能材料既具有很高的反應速率，又具有較低的摩擦感度。將納米復合含能材料添加到推進劑中，有望提高推進劑的燃速。

發明內容

因此，本發明針對含二茂鐵衍生物/超細AP的高燃速推進劑摩擦感度急劇升高的問題，提供一種粒狀多孔納米復合含能材料，采用多孔硝化纖維素基體在納米AP周圍作為隔離保護屏障，一方面避免納米AP顆粒團聚，另一方面吸收外界能量刺激。既保留納米AP比表面積大能提高燃速的特性，又可降低推進劑的機械感度。