NC_F_(2602)_R...球悬浮组装成型及其性能研究_朱玉宇.pdf

火工品INITIATORS&PYROTECHNICS文章编号：1003-1480（2023）01-0058-05NC/F2602/RDX复合微球悬浮组装成型及其性能研究朱玉宇，霍宏彪，王杰超，刘淳睿，都吉航，安崇伟（中北大学 环境与安全工程学院，山西 太原，030051）摘要：为了提升RDX 基PBX造型粉的包覆效果和质量一致性，采用膜乳化技术制备出乳滴直径均一的水包油型粘结剂（NC/F2602）乳液，将超细 RDX 颗粒悬浮于乳液体系中，通过驱除乳滴中的溶剂，实现 NC/F2602/RDX含能微球的悬浮组装成型。对样品形貌、粒度分布、晶型和热分解性能进行表征，并对不同样品的撞击感度进行测试。结果表明：NC/F2602/RDX复合物呈球状，包覆致密且粒度分布较窄，晶型未发生改变。相比超细 RDX，NC/F2602/RDX 复合微球的表观活化能由 162.25kJmol-1升至 165.98kJmol-1，热爆炸临界温度仅降低了0.01；复合微球的撞击安全性显著改善，特性落高 H50由47.3cm升至 62.5cm。关键词：黑索今；膜乳化；复合微球；悬浮组装；撞击感度中图分类号：TJ55；TQ564文献标识码：ADOI：10.3969/j.issn.1003-1480.2023.01.012The Suspension Assembly and Properties ofNC/F2602/RDXComposite MicrospheresZHU Yu-yu，HUO Hong-biao，WANG Jie-chao，LIU Chun-rui，DU Ji-hang，AN Chong-wei(School of Environmental and Safety Engineering,North University of China,Taiyuan,030051)Abstract：In order to improve the coating effect and quality consistency of RDX-based PBX molding powder,anoil-in-water emulsion with uniform droplet diameter dissolved with binder(NC/F2602)was prepared by membrane emulsificationtechnology,and then ultrafine RDX particles were suspended in the emulsion system.By expelling the solvent in the droplets,thesuspension assembly molding of NC/F2602/RDX energetic microspheres was realized.The morphology,particle size distribution,crystal form and thermal decomposition properties of RDX samples were characterized,furthermore,the impact sensitivity ofdifferent sampleswas also tested.The results show that the NC/F2602/RDX composite is spherical,with compact coating andnarrow particle size distribution,and the crystal form remains unchanged.Compared with ultrafine RDX,the apparent activationenergy of the thermal decomposition of NC/F2602/RDX composite microspheres is increased from 162.25kJmol-1to165.98kJmol-1,the critical temperature of thermal explosion is decreased by only 0.01.The safety performance of compositemicrospheresunderimpactis significantlyimproved,andthecharacterdropheightisincreasedfrom47.3cmto62.5cm.Keywords：RDX；Membraneemulsification；Compositemicrospheres；Suspensionassembly；Impactsensitivity黑索今（RDX，1,3,5-三硝基-1,3,5-三氮杂环己烷）是一种广泛应用于航天、武器、民爆等领域的高能硝胺炸药，具有原料来源广泛、制备方法简单、爆轰性能优异等优点1。但由于 RDX 晶体机械感度较高，使得其在军事方面的应用范围受限。因此，在实际应用前需要对 RDX 进行降感处理2。常用的降感方法包括溶胶-凝胶法3、液相沉淀法4、喷雾干燥法5、微胶囊化法6，分子自组装法7和水悬浮-蒸发法8等。其中，水悬浮-蒸发法具有工艺简便、设备依赖程度低、产品包覆效率高等优点，已经成为一种混合炸药2023 年第1 期2023 年02 月收稿日期：2022-04-14作者简介：朱玉宇（2000-），女，在读本科生，从事含能材料改性技术研究。通讯作者：安崇伟（1980-），男，教授，从事含能材料改性及新型传爆药技术研究。基金项目：山西省高等学校大学生创新创业训练计划项目基金（No.2020328）;山西省高等学校创新人才支持计划项目（No.2019031）。火工品2023 年 02 月59造型粉的常用制造方法。然而由于普通水悬浮-蒸发工艺中粘结剂溶液分散液滴大小不一，使得由此方法制成的造型粉颗粒仍存在粒度分布宽、球形度不高、性能一致性差等问题。膜乳化技术是一种新型微球制备工艺，可制备出乳滴均一的粘结体系乳液。本课题组采用膜乳化-水悬浮组装相结合的方法已制备了CL-20/CAB、HMX/GAP/NC 和 RDX/GAP/NC 含能复合微球9，验证了该技术的可行性。为了进一步考察膜乳化-水悬浮组装相结合方法的普适性，本文以 NC 和 F2602为粘结剂、RDX 为主体炸药，采用该方法制备窄粒度分布的 RDX 基复合微球，并对包覆前后的形貌、晶型、粒径分布、热稳定性以及撞击感度进行了测试和表征。1实验1.1原材料黑索今（RDX），甘肃银光化学工业集团有限公司；氟橡胶（F2602），佛山俊源化工有限责任公司；硝化棉（NC），四川北方硝化棉股份有限公司；乙酸乙酯（AR），天津市光复精细化工研究所；吐温-80（Tween-80），天津市大茂化学试剂厂；聚乙烯醇（PVA），青岛优索化学科技有限公司；蒸馏水，实验室自制。1.2仪器与表征采用场发射扫描电子显微镜（TESCAN MIRA3LMH，捷克泰思肯公司）对样品的形貌、尺寸、微观结构进行表征；采用 X 射线粉末衍射仪（DX-2700，丹东浩元仪器公司，辽宁）分析样品晶型，实验选用30mA、40kV 的 Cu K辐射，测试角度为555，步进角度为 0.05；采用差示扫描量热仪（DSC1，梅特勒托利多公司）测试样品的热分解性能，取样品质量为 1mg，加热速率分别为 5，10，15，20 Kmin-1，设定温度范围为 100350；采用激光粒度分析仪（Bettersize 2000E，丹东百特仪器有限公司，辽宁）对样品的尺寸大小和粒度分布进行分析，测试时，需保证遮光率高于 5%；根据 GJB 772A-1997 方法 601.3测试样品的撞击感度，落锤重量为（2.50.002）kg，样品质量为（351）mg，实验室温度为 1035，相对湿度不大于 80%。1.3实验过程首先，采用机械球磨法对原料 RDX 进行细化处理。将质量比为 11020 的 RDX 原料、水和二氧化锆磨球放入研磨罐内，密封后，将研磨罐固定在球磨机相应位置，在转速为350rmin-1的条件下研磨3h。待研磨结束后，对物料进行过滤、干燥，得到细化的RDX 粉体。其次，通过快速膜乳化制备乳滴均一分散的 O/W 乳液，制备过程如图 1 所示。图1快速膜乳化制备乳液的过程示意图Fig.1The schematicdiagramof theprocessof preparingemulsionbyrapidmembraneemulsification将质量比为 23 的 NC 和 F2602溶于乙酸乙酯溶液中，待完全溶解后，与含有表面活性剂的水溶液按照 13 的体积比混合制成水包油乳液，其中表面活性剂由浓度为 5%的 Tween-80 和浓度为 3%的助表面活性剂 PVA 组成。将所制乳液倒入膜乳化器的储料室中，并在 0.05MPa 的 N2压力下，从孔径为 50m的膜管中挤出，形成乳滴直径均一的 O/W 乳液体系。最后，进行 RDX 基复合微球的悬浮组装成型，实施过程如图2 所示。图2含能微球的悬浮组装示意图Fig.2The schematicdiagramof suspensionassemblyofenergeticmicrospheresO/W 乳液滴加乳化N2压力含表面活性剂的水溶液乳滴均一的乳液NCF2602膜管加压NC/F2602的乙酸乙酯溶液表面活性剂分子粘结剂溶液加入乳液驱除溶剂超细RDX的水悬浮液RDX基复合微球的水悬浮液朱玉宇等：NC/F2602/RDX 复合微球悬浮组装成型及其性能研究602023 年第1 期将一定量超细 RDX 颗粒和 10mL 水加入到三口烧瓶中，在超声波作用下使 RDX 颗粒均匀分散在水中，将其放置于恒温水浴锅中，在恒速电动搅拌器的搅拌下，将 O/W 乳液加入三口烧瓶中，在水浴温度40、搅拌转速 110rmin-1的条件下驱溶 12h，经抽滤干燥后，得到 wNCwF2602wRDX=2395 的复合微球。2结果与讨论2.1形貌和粒径分析通过扫描电子显微镜对原料 RDX、超细 RDX 及NC/F2602/RDX 复合微球的表观形貌和结构进行表征，结果如图 3 所示。图 3不同样品的 SEM 图Fig.3SEM imagesof different samples由图 3（a）（b）可知，原料 RDX 形状不规则且大小不一，颗粒粒径在 550m；机械球磨细化后的超细 RDX 颗粒形貌为球形，表面光滑圆润，粒径明显变小，约为 0.52.0m。由图 3（c）可知，经过膜乳化-水悬浮组装的RDX颗粒和粘结剂体系进行了有效粘结和组装，复合颗粒的球形度较高，微球粒径约为 200300m，颗粒之间无粘连，具有较好的分散性。由图 3（d）可知，微球表面有明显颗粒感，进一步证明了含能微球是超细 RDX 颗粒被 F2602和 NC粘结在一起的组合体。通过激光粒度分析仪对原料 RDX、超细 RDX 及NC/F2602/RDX 复合微球的粒度进行分析，粒径分布见图 4，累计粒度分布数所对应的粒径见表 1。图 4不同样品的粒度分布图Fig.4Particlesizedistributionof differentsamples表1不同样品的粒度对比情况Tab.1Theparticlesizecomparisonof different samples名称D10/mD50/mD90/m原料RDX5.02216.7843.282.28超细RDX0.7081.9783.9921.66NC/F2602/RDX206.9259.1325.80.46表 1 中粒度分布跨度（SPAN）10定义为：式（1）中：Di（i=10、50、90）表示累计粒度分布百分数达到 i%时所对应的颗粒粒径，值越小，粒