一种低感度速燃材料及其制备方法

本发明涉及含能材料，具体涉及一种低感度速燃材料及其制备方法。

背景技术：

1、固体火箭推进剂属于具备特殊功能的含能复合材料，是战略与战术导弹、航天飞行器各类固体发动机以及动能拦截弹等装备的核心动力来源。固体推进剂作为化学推进剂的重要分支，主要分为两大类：一类是均质推进剂，以双基推进剂为代表；另一类为异质推进剂，包含复合固体推进剂以及部分改性双基推进剂。固体火箭推进剂的综合性能是衡量导弹与航天装备作战能力的核心指标，其不仅决定了装备的射程、速度、机动性等关键战术参数，还直接影响装备的战场生存能力与使用安全性。高燃速固体推进剂的总发展趋势是进一步提升安全性能和燃烧速率。其中，低感度高燃速固体推进剂现已成为固体火箭推进剂领域的重点发展方向。该类推进剂可显著降低对外界撞击、摩擦、静电及热刺激的敏感程度，大幅提升推进剂在生产、储运及发射全流程的安全可靠性，能够适配反坦克导弹、防空导弹、机载导弹、拦截导弹及高速动能弹等武器装备对含能材料安全钝感性能的严苛使用需求。

2、为获得低感度高燃速材料，主要通过材料组分调控、微观结构设计与界面改性等途径，降低高燃速固体推进剂的机械感度与热感度。庞爱民、刘学等人在丁羟高燃速推进剂中研究发现，超细氧化剂与常规燃速催化剂可显著提升燃速，但易加剧热点形成导致机械感度上升；张炜、杨军等人在超细ap/二茂铁催化体系中研究发现，多种二茂铁衍生物可显著促进ap热分解、提升燃速催化效果，但会明显加剧体系热点生成，导致撞击感度与摩擦感度同步升高，且摩擦感度随催化剂铁含量增加而上升。结合上述研究，可以得出固体推进剂的燃速升高，感度会随之升高的结论。

3、目前高端装备对固体推进剂同时提出高燃速快响应、低感度高安全性的双重性能要求。传统高能推进剂依靠cl20等高能炸药提升能量，却普遍存在机械感度极高、热点易形成、安全性差等问题，长期存在能量提升、感度恶化的矛盾，无法兼顾高能输出与本质安全。任晓斌、李军强等研究表明，通过包覆、共晶及微纳米球形化降感处理的低感cl20用于cmdb推进剂，虽将撞击感度特性落高升高至17-24.5（h50）/cm，但工艺复杂且成本高昂；刘云杰、张天福等人采用键合型相变材料thp包覆细粒度ap，通过界面键合与相变吸热协同作用，将撞击感度从92%降低至32%，摩擦感度从96%降低至36%，但引入了额外的工艺步骤；国外wangy等通过纳米催化结构调控，显著降低推进剂燃速温度敏感性，在保持高燃烧性能的同时提升安全特性，但对材料结构设计要求极高；因此，同步提升燃速与降低感度，突破二者相互制约瓶颈，对航天航空、导弹武器及空间动力技术快速发展具有重要研究价值与工程意义。

4、最近，发明专利cn106518583a公开了一种米级超高燃速高能致密复合材料及其制备方法，该材料燃速高达1000mm/s以上，撞击感度为44～60%，呈现高燃速伴随较高机械感度；在轻质速燃材料方面，发明专利cn111592435b公开了一种轻质速燃材料的制备方法，获得常压燃速为100-1200mm/s、密度为0.1-1.0g/cm3的块体材料，该方法注重提升材料燃速，并未涉及感度；块体材料虽然在发动机内填充领域具备高燃速，但在安全储存输运领域受限。因此，提供一种低感度速燃材料及其制备方法是本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供了一种低感度速燃材料及其制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种低感度速燃材料，包括以下质量百分比原材料：30-40%的金属粉、35-45%的氟聚物和20-30%的纤维材料；

4、其中，所述金属粉采用氟碳改性聚硅氧烷复合季戊四醇磷酸酯作为包覆剂进行包覆处理。

5、氟碳改性聚硅氧烷：表面低表面能润滑层，隔离金属粉棱角摩擦热点，降低摩擦感度；分子链柔性缓冲撞击外力，减少撞击热点生成；季戊四醇磷酸酯：吸热阻燃型包覆组分，受热分解吸热降温，抑制热点引燃；磷酸酯基团与金属粉表面羟基键合，提升包覆层附着力，避免加工中包覆层脱落失效；有机硅提供润滑缓冲，磷酸酯提供吸热阻燃，单一包覆剂无法同时实现撞击、摩擦双重降感，复配后机械感度可控制在0-5%。

6、优选的，所述金属粉由铝粉、钛粉和铜粉组成，所述铝粉、钛粉和铜粉的质量百分比为70%:20%:10%。

7、优选的，所述氟聚物由质量百分比60%:40%的氟橡胶和聚四氟乙烯微粉组成。

8、优选的，所述纤维材料由质量百分比80%:20%的碳纤维和镁纤维组成。

9、优选的，所述包覆剂中氟碳改性聚硅氧烷和季戊四醇磷酸酯的质量比为7:3；

10、优选的，所述包覆剂为所述金属粉质量的3-5%。

11、优选的，所述包覆处理的具体方法为：将所述氟碳改性聚硅氧烷和季戊四醇磷酸酯加入乙醇乙酸乙酯中溶解得到包覆液，将所述金属粉加入包覆液中，300-350r/min搅拌2-4h，然后升温至80-110℃保温2-4h，真空干燥后制得包覆后的金属粉。

12、如上述所述一种低感度速燃材料的制备方法，包括以下具体步骤：

13、（1）按所述质量百分比称取原材料，备用；

14、（2）将氟橡胶和聚四氟乙烯微粉分散在乙酸乙酯溶剂中得到氟聚物，混匀后依次加入包覆后的金属粉、碳纤维和镁纤维，搅拌均匀后去除乙酸乙酯溶剂，获得材料料浆，将所述材料料浆烘干后获得速燃材料粉体，再将所述材料粉体模压成型得到低感度速燃材料。

15、优选的，所述混匀为在250-350r/min条件下搅拌3-6h；

16、所述搅拌均匀为在600-700r/min条件下搅拌1.5-3h；

17、所述去除乙酸乙酯溶剂的步骤为升温至85℃减压蒸馏；

18、所述烘干的条件为：60-80℃常压预烘4h，再转入60℃真空烘箱保温8-12h，至物料溶剂残留＜0.5%；

19、所述模压成型的温度为150-180℃。

20、优选的，所述氟橡胶和乙酸乙酯溶剂的质量比为：1:8-1:12。

21、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

22、本发明所得材料常压燃速为100-400mm/s，撞击感度与摩擦感度为0-5%，该低感度速燃材料兼具高燃速与低感度的优异性能，在快速发射及可燃芯模等领域有着重要的应用潜力；且本发明制备工艺条件温和、流程简单，原料混合、包覆、模压工艺参数易控制，产品性能重复性好，便于实验室制备与工业化放大。

1.一种低感度速燃材料，其特征在于，包括以下质量百分比原材料：30-40%的金属粉、35-45%的氟聚物和20-30%的纤维材料；

2.根据权利要求1所述一种低感度速燃材料，其特征在于，所述金属粉由铝粉、钛粉和铜粉组成，所述铝粉、钛粉和铜粉的质量百分比为70%:20%:10%。

3.根据权利要求1所述一种低感度速燃材料，其特征在于，所述氟聚物由质量百分比60%:40%的氟橡胶和聚四氟乙烯微粉组成。

4.根据权利要求1所述一种低感度速燃材料，其特征在于，所述纤维材料由质量百分比80%:20%的碳纤维和镁纤维组成。

5.根据权利要求1所述一种低感度速燃材料，其特征在于，所述包覆剂中氟碳改性聚硅氧烷和季戊四醇磷酸酯的质量比为7:3。

6.根据权利要求1所述一种低感度速燃材料，其特征在于，所述包覆剂为所述金属粉质量的3-5%。

7.根据权利要求1所述一种低感度速燃材料，其特征在于，所述包覆处理的具体方法为：将所述氟碳改性聚硅氧烷和季戊四醇磷酸酯加入乙醇乙酸乙酯中溶解得到包覆液，将所述金属粉加入包覆液中，300-350r/min搅拌2-4h，然后升温至80-110℃保温2-4h，真空干燥后制得包覆后的金属粉。

8.如权利要求1-7任一项所述一种低感度速燃材料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

9.根据权利要求8所述一种低感度速燃材料的制备方法，其特征在于，所述混匀为在250-350r/min条件下搅拌3-6h；

10.根据权利要求8所述一种低感度速燃材料的制备方法，其特征在于，所述氟橡胶和乙酸乙酯溶剂的质量比为：1:8-1:12。