CN108658710A - 一种提高熔铸***力学性能的方法 - Google Patents

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柴志宇
郑保辉
祝青
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Abstract

本发明公开了一种提高熔铸***力学性能的方法，包括以下步骤：步骤一、通过多巴胺自聚合方法对载体***进行表面改性；步骤二、以改性后的***为载体，添加适量的固相填料，制成熔铸***。本发明中，包覆在载体***表面的聚多巴胺均匀分布于***，能得到力学性能显著提高的熔铸***。本发明提供的处理方法条件温和，简便易行，既可以对单质载体***进行表面改性，又可提高熔铸***制品的力学性能。

Description

一种提高熔铸***力学性能的方法
技术领域
本发明属于含能材料领域，具体涉及一种提高熔铸***力学性能的方法，在钝感***、低易损***等配方设计中具有较好的应用前景。
背景技术
熔铸***是指高能固相颗粒加入熔融载体***中形成悬浮体系再进行铸装的混合***，这种***是利用载体***相变来完成装药过程的，即载体***在装药过程中要经历固态—熔融态—再凝固的过程。熔铸***在制备和使用中逐渐暴露出的问题使得其安全性能达不到不敏感弹药的技术要求：它是低强度脆性材料(其拉伸强度小于2MPa，延伸率小于0.1％)，其弹性和韧性很差。弹性小的脆性装药在受到外力作用时易产生应力集中，而发生意外反应。韧性差的装药在制造、储存、运输等过程中，由于机械应力、热应力的作用，在弹药侵彻目标的过程中，由于强的过载而产生强的摩擦、剪切等应力作用下，很容易发生损伤、裂纹、脆裂等现象，这些疵病正是装药提前点火、甚至***的反应中心。
添加适量聚合物等高韧性相，增强连续相与填充相之间的界面作用，是美国和其它国家试图解决其脆性问题、提高其韧性的通用方法，但常用聚合物与载体***只是简单的物理混合，很难分散均匀，甚至析出，改性效果不理想。为此，有研究者采用原位聚合包覆固相***再加入熔融载体的方法以使聚合物均匀分布，但该方法不能对感度较高的载体***进行有效包覆，势必影响***的感度，且由于***特殊的安全性要求，极大地限制了聚合单体和聚合方法的选择性。
自然界中贻贝分泌的蛋白质具有强的黏附特性，研究者通过详细研究发现其中主要发挥黏附作用的是蛋白质中含有的儿茶酚类物质，这类物质在一定环境条件下可发生自聚反应，在多种物质表面形成紧密的包覆层。因此，利用这种简单的自聚反应可在载体***表面形成一层均匀致密的包覆层，在载体***熔融-凝固过程中，由于聚多巴胺分子中含有丰富的氨基、羟基等活性基团，与***产生较强的分子间作用力，使聚多巴胺均匀分布于熔铸***中，起到提高力学性能的作用。
发明内容
本发明解决了常用力学改性剂在熔铸***中分散不均，且原位聚合包覆***受安全性限制的问题，提供了一种既能在温和反应条件下取得良好包覆效果，又能提高熔铸***力学性能的方法。通过多巴胺自聚合反应在载体***表面形成的包覆层均匀致密，且在载体***熔融-凝固过程中仍能均匀分布于体系中。
本发明采用的技术方案如下：
一种提高熔铸***力学性能的方法，包括以下步骤：
步骤一、通过多巴胺自聚合方法对载体***进行表面改性；
步骤二、以改性后的***为载体，添加适量的固相填料，制成熔铸***。
更进一步的方案是：
所述载体***为TNT、DNAN或DNTF。
更进一步的方案是：
步骤一中，对载体***进行表面改性，具体步骤如下：
步骤1.1配置浓度为0.1g/L～10g/L三羟甲基氨基甲烷(Tris)碱性缓冲溶液；
步骤1.2将载体***置于上述配置的溶液中，使***在体系中的浓度为1g/L～100g/L，使用搅拌器以100r/min～1000r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为5min～30min；
步骤1.3将盐酸多巴胺置于上述分散液中，使盐酸多巴胺在体系中的浓度为0.5g/L～50g/L，完全溶解后溶液pH值仍需大于7，使用搅拌器以100r/min～1000r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为1h～24h；
步骤1.4将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗2～5遍；
步骤1.5将清洗后的材料置于50℃～80℃烘箱中1h～24h，得到表面改性的载体***。
更进一步的方案是：
所述固相填料为RDX、HMX或NTO，其在熔铸***所占的质量比为10％～80％。
本发明中，包覆在载体***表面的聚多巴胺均匀分布于***，能得到力学性能显著提高的熔铸***。本发明提供的处理方法条件温和，简便易行，既可以对单质载体***进行表面改性，又可提高熔铸***制品的力学性能。
附图说明
图1为DNAN晶体表面改性前后颗粒的表面微观形貌。
图2为原始DNAN药柱(a)和改性DNAN药柱(b)的宏观形貌；以及原始DNAN药柱断裂面(c)和包覆DNAN药柱断裂面(d)的微观形貌。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细描述。
实施例1
(1)配置浓度为1g/L三羟甲基氨基甲烷(Tris)碱性缓冲溶液；
(2)将DNAN置于上述配置的溶液中，使***在体系中的浓度为20g/L，使用搅拌器以200r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为5min；
(3)将盐酸多巴胺置于上述分散液中，使盐酸多巴胺在体系中的浓度为2g/L，使用搅拌器以300r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为8h；
(4)将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗3遍；
(5)将清洗后的材料置于80℃烘箱中3h，得到表面改性的载体***；
(6)以上述改性DNAN为载体，加入60％的RDX，制成熔铸***。
实施例2
(1)配置浓度为1.5g/L三羟甲基氨基甲烷(Tris)碱性缓冲溶液；
(2)将DNAN置于上述配置的溶液中，使***在体系中的浓度为30g/L，使用搅拌器以300r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为8min；
(3)将盐酸多巴胺置于上述分散液中，使盐酸多巴胺在体系中的浓度为2.5g/L，使用搅拌器以400r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为12h；
(4)将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗3遍；
(5)将清洗后的材料置于80℃烘箱中3h，得到表面改性的载体***；
(6)以上述改性DNAN为载体，加入50％的NTO，制成熔铸***。
实施例3
(1)配置浓度为1g/L三羟甲基氨基甲烷(Tris)碱性缓冲溶液；
(2)将TNT置于上述配置的溶液中，使***在体系中的浓度为20g/L，使用搅拌器以250r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为5min；
(3)将盐酸多巴胺置于上述分散液中，使盐酸多巴胺在体系中的浓度为3g/L，使用搅拌器以300r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为12h；
(4)将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗3遍；
(5)将清洗后的材料置于60℃烘箱中4h，得到表面改性的载体***；
(6)以上述改性TNT为载体，加入60％的RDX，制成熔铸***。
实施例4
(1)配置浓度为1.5g/L三羟甲基氨基甲烷(Tris)碱性缓冲溶液；
(2)将DNTF置于上述配置的溶液中，使***在体系中的浓度为20g/L，使用搅拌器以200r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为5min；
(3)将盐酸多巴胺置于上述分散液中，使盐酸多巴胺在体系中的浓度为2.5g/L，使用搅拌器以300r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为8h；
(4)将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗3遍；
(5)将清洗后的材料置于60℃烘箱中4h，得到表面改性的载体***；
(6)以上述改性DNTF为载体，加入60％的HMX，制成熔铸***。
本发明具体实施例1和2中得到的改性DNAN药柱与原始DNAN药柱的力学性能对比如表1所示。
表1原始DNAN药柱和改性DNAN药柱的力学性能对比
压缩强度/MPa 巴西劈裂强度/MPa
原始DNAN药柱 4.78 (太脆，未得到数据)
改性DNAN药柱 8.14 0.38
可以看出，原始DNAN药柱和包覆DNAN药柱的压缩强度分别为4.78MPa、8.14Mpa，包覆DNAN药柱比原始DNAN药柱提高了70％；原始DNAN药柱由于太脆无法加工得到巴西试验样品，包覆DNAN药柱由于韧性提高加工得到巴西试验样品，并测得其劈裂强度为0.38MPa，以上数据说明PDA的包覆可明显提高DNAN基熔铸***的力学性能。
图1为DNAN晶体表面改性前后颗粒的表面微观形貌，由图可见改性后DNAN晶体表面均匀分布了一层包覆物。
由图2可见，将改性后的DNAN熔融-凝固制成的药柱宏观上仍然十分均匀，表明包覆物在***中分布均匀；原始DNAN药柱的断裂面呈现光滑的层状结构，而包覆DNAN药柱的断裂面可见***颗粒的轮廓，说明PDA的引入使***的界面结构发生了改变。
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。

Claims (4)

1.一种提高熔铸***力学性能的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、通过多巴胺自聚合方法对载体***进行表面改性；
步骤二、以改性后的***为载体，添加适量的固相填料，制成熔铸***。
2.根据权利要求1所述提高熔铸***力学性能的方法，其特征在于：
所述载体***为TNT、DNAN或DNTF。
3.根据权利要求1所述提高熔铸***力学性能的方法，其特征在于：
步骤一中，对载体***进行表面改性，具体步骤如下：
步骤1.1配置浓度为0.1g/L～10g/L三羟甲基氨基甲烷碱性缓冲溶液；
步骤1.2将载体***置于上述配置的溶液中，使***在体系中的浓度为1g/L～100g/L，使用搅拌器以100r/min～1000r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为5min～30min；
步骤1.3将盐酸多巴胺置于上述分散液中，使盐酸多巴胺在体系中的浓度为0.5g/L～50g/L，完全溶解后溶液pH值仍需大于7，使用搅拌器以100r/min～1000r/min的转速搅拌混合分散液，搅拌时间为1h～24h；
步骤1.4将搅拌完成的分散液进行抽滤清洗，使用蒸馏水清洗2～5遍；
步骤1.5将清洗后的材料置于50℃～80℃烘箱中1h～24h，得到表面改性的载体***。
4.根据权利要求1所述提高熔铸***力学性能的方法，其特征在于：
所述固相填料为RDX、HMX或NTO，其在熔铸***所占的质量比为10％～80％。
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