[發(fā)明專利]具有導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的高聚物粘結(jié)炸藥及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011223417.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-05
• 公開（公告）號(hào): CN112374954B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊文彬;楊學(xué)林;劉旭;鄧浩;何方方;李永升;唐小紅;楊志劍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C06B25/34
• 分類號(hào): C06B25/34;C06B25/40;C06B23/00
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11369
• 代理人: 張忠慶

本發(fā)明公開了一種具有導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的高聚物粘結(jié)炸藥及其制備方法，包括：將炸藥和高聚物粘結(jié)劑加到有機(jī)溶劑中，加水和陰(陽)離子表面活性劑，高速剪切乳化，得到炸藥/高聚物粘結(jié)劑乳液；選擇陽(陰)離子表面活性劑對(duì)導(dǎo)熱填料進(jìn)行處理，將表面帶正(負(fù))電荷的導(dǎo)熱填料分散液加入帶相反電荷的炸藥/高聚物粘結(jié)劑乳液中，在正、負(fù)電荷的靜電相互作用下自組裝形成炸藥/高聚物粘結(jié)劑?導(dǎo)熱填料乳液；對(duì)炸藥/高聚物粘結(jié)劑?導(dǎo)熱填料乳液進(jìn)行破乳和干燥處理，得到炸藥/高聚物粘結(jié)劑?導(dǎo)熱填料核殼結(jié)構(gòu)；導(dǎo)熱填料聚集在炸藥/高聚物粘結(jié)劑乳膠粒表面，在PBX炸藥中構(gòu)建形成導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)。本方法成本低、效率高、易于工業(yè)化，應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于含能化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)的高聚物粘結(jié)炸藥及其制備方法。

背景技術(shù)

在炸藥的存儲(chǔ)和運(yùn)輸過程中，炸藥都在進(jìn)行自身的熱分解，熱量的累積會(huì)使炸藥的安全性降低，甚至?xí)l(fā)重大事故。為了提高炸藥的安全性，降低熱量累積，提高炸藥的散熱能力是很有必要性的。通常來說，炸藥的熱導(dǎo)率比較低，限制了炸藥在熱積累過程中的散熱能力。為了克服這個(gè)問題，在炸藥中摻雜高熱導(dǎo)率填料以提高其導(dǎo)熱性是一種行之有效的方法。高聚物粘結(jié)炸藥(PBX)由炸藥晶體、高聚物粘結(jié)劑和功能填料組成，在長期存儲(chǔ)、運(yùn)輸和使用過程中，由于物理環(huán)境的變化，炸藥晶體和高聚物粘結(jié)劑性能差異會(huì)產(chǎn)生明顯的非均勻溫度，導(dǎo)致產(chǎn)生嚴(yán)重的熱應(yīng)力變化，引起PBX開裂或損壞。通過高導(dǎo)熱填料的置換和填充，可以增加PBX熱導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn)對(duì)含能復(fù)合材料的熱性能優(yōu)化，提高PBX的環(huán)境適應(yīng)力。由于PBX是一種填料高度填充的聚合物基復(fù)合材料，為保持PBX的高能量水平，要求功能填料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)盡量小。因此如何在低含量下選擇高效能的導(dǎo)熱填料、解決導(dǎo)熱填料的高分散性與炸藥表面包覆的問題，并通過微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在PBX炸藥中構(gòu)建導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，是當(dāng)前該研究領(lǐng)域的一大技術(shù)瓶頸。

由于PBX中要求導(dǎo)熱填料的含量盡量小(≤1wt％)，因此研究者選用密度低、導(dǎo)熱率高的石墨納米片(GNPs)、碳納米管(CNTs)、石墨烯等作為導(dǎo)熱填料，研究了填料種類、含量、分布狀態(tài)、溫度等對(duì)PBX炸藥導(dǎo)熱性能的影響。鑒于石墨烯在PBX體系中分散難、片層易卷曲而導(dǎo)致導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)失效的問題，何冠松等(Composites Science and Technology，2016，131：22-31)采用一種二維片狀的GNPs對(duì)PBX炸藥進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)改性后PBX炸藥的導(dǎo)熱性能提升明顯。在GNPs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％時(shí)，PBX炸藥導(dǎo)熱系數(shù)增加80％以上，綜合環(huán)境適應(yīng)性大幅增強(qiáng)。GNPs與單質(zhì)炸藥之間的高接觸面積提供了一種二維聲子傳遞通路，最大化基體與導(dǎo)熱填料之間的熱流傳遞；而且GNPs分布在網(wǎng)絡(luò)狀的高聚物粘結(jié)劑中，可在PBX炸藥中搭建成三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，從而大幅提高導(dǎo)熱性能。為進(jìn)一步構(gòu)筑高通量三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，何冠松等(Polymer Composites,2018,39,1452-1462)將一維CNTs和二維GNPs相結(jié)合，通過“線-面雜化”復(fù)合設(shè)計(jì)，充分利用一維CNTs和二維GNPs的導(dǎo)熱特性和優(yōu)勢(shì)，將二種導(dǎo)熱填料雜化填充到PBX體系中，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，通過二者之間的協(xié)同效應(yīng)，表現(xiàn)出比任意一種填料更優(yōu)異的導(dǎo)熱性能。在GNPs與CNTs比例為9∶1的最優(yōu)化雜化體系中，導(dǎo)熱系數(shù)比單一GNPs填充提升50％。該研究成功解決了PBX炸藥中存在的本征結(jié)構(gòu)缺陷和高界面熱阻問題，為PBX炸藥中填料含量受限狀態(tài)下提供了一種優(yōu)異的導(dǎo)熱增強(qiáng)方案，使得PBX炸藥部件在熱應(yīng)力條件下的抗斷裂能力顯著提升。從PBX炸藥中導(dǎo)熱填料對(duì)炸藥的包覆方式研究來看，林聰妹等(含能材料，2015,23：1119-1123)分別采用內(nèi)包和外包兩種不同包覆方式制備了石墨填充TATB基PBX改性配方，考察了石墨包覆方式對(duì)PBX導(dǎo)熱性能的影響，發(fā)現(xiàn)與內(nèi)包方式相比，采用外包方式將石墨加入TATB基PBX中，可以明顯提高PBX的導(dǎo)熱性能。