连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法

1.本发明涉及含能材料领域，具体涉及一种连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法。


背景技术：

2.含能材料是一种在热、电、机械、冲击波等外界刺激作用下能发生快速化学反应并释放能量的亚稳态物质。具有一定结构强度的含能材料可用于导弹战斗部破片，作为兵器装备的最终毁伤单元杀伤目标。
3.铝/聚四氟乙烯含能材料战斗部的爆炸毁伤效果是惰性材料战斗部的五倍。国内外研究人员广泛采用模压-烧结法制备铝/聚四氟乙烯含能材料，此类含能材料反应可释放较高的能量密度、产生较高的温度、释放较多的气体。但是，该材料的结构强度较低，如准静态压缩强度通常低于90mpa，当其在打击具有防护结构的目标时，因侵彻效果不佳而无法对目标内部结构产生有效毁伤，严重制约了其广泛应用。
4.鉴于铝/聚四氟乙烯含能材料的结构强度较低，国内外的研究人员尝试添加高密度颗粒(如钨粉等)来提升其强度。但是，钨为“惰性”的材料组元，会显著降低含能材料的释能密度。其次，加入的颗粒在氟聚物基体材料内呈分散分布，并不能形成一个连续的骨架，对结构强度的提升效果非常有限，其压缩强度仍然较低。面对武器装备轻量化和高效毁伤的目的，不仅应降低材料密度，而且应提高材料的强度和反应释能密度。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种工艺简单的连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法，采用本发明方法制备的铝/聚四氟乙烯含能材料在没有降低释能密度的前提下显著提升了含能材料的结构强度，利于铝/聚四氟乙烯含能材料的推广应用。
6.本发明是通过如下技术方案实现的：
7.一种连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
8.s1、镍网加工：将镍网外形加工成目标结构件的形状；
9.s2、镍网预处理：清洗去除加工后镍网表面的脏污；
10.s3、制备高强度的连续镍网骨架：配制化学镀镍溶液，在镍网表面进行二次镀镍，得到骨架尺寸增粗的三维连续镍网；
11.s4、制备含能材料浆料：将铝颗粒与聚四氟乙烯颗粒混合，然后超声分散，烘干，在惰性气氛下加热使所述聚四氟乙烯颗粒熔融，形成铝颗粒在聚四氟乙烯中均匀分散的浆料；
12.s5、挤压成型含能材料结构件：将上述步骤s3制备的高强度的连续镍网骨架置于成型模具的型腔中，将上述步骤s4制备的含能材料浆料挤入成型模具型腔，以填充镍网骨架的空隙，填充后保温保压，然后冷却，开模，得到具有特定形状的连续镍网增强铝/聚四氟
乙烯含能材料结构件。
13.进一步的，一种连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法：步骤s1、镍网加工：将镍网外形加工成目标结构件的形状；其中所述的镍网选用规格为50、70、120ppi的商业三维连续镍网。优选的，其中的连续镍网骨架可根据实际需要加工成各种形状的结构，例如钟罩型等。
14.进一步的，一种连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法：步骤s2、镍网预处理：将加工后的镍网浸渍于50-60℃的碱性溶液中清洗去除表面的脏污，然后再依次用流动自来水和去离子水漂洗。清洗时间约为10-15分钟。
15.进一步的，一种连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法：所述碱性溶液是由氢氧化钠和碳酸钠配制形成的混合溶液。
16.进一步的，一种连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法：所述碱性溶液中氢氧化钠的浓度为15-25g/l、碳酸钠的浓度为5-15g/l。
17.进一步的，一种连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法：步骤s3、制备高强度的连续镍网骨架：配制化学镀镍溶液，将预处理后的镍网浸渍于75-85℃的化学镀镍溶液中进行二次镀镍，使二次镀镍的厚度为5-15μm；获得骨架增厚的连续镍网。
18.进一步的，一种连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法：所述化学镀镍溶液的成分包括：硫酸镍20-60g/l、次磷酸钠20-40g/l、柠檬酸钠20-60g/l、乳酸10-40ml/l；所述化学镀镍溶液的ph为8-10。
19.进一步的，一种连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法：s4、制备含能材料浆料：其中所述的铝颗粒与所述聚四氟乙烯颗粒的质量比为(25-35)：(75-65)；所述的超声分散在无水乙醇中进行；熔融加热的温度为330-380℃。
20.进一步的，一种连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法：s5、挤压成型含能材料结构件：保温保压时间为2-6小时。
21.本发明的有益效果：
22.(1)本发明提供的连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法，采用了常规的商业镍网和化学镀工艺，连续镍网骨架的制备方法简单、成本低廉。
23.(2)本发明制备的连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件其结构强度、比强度、反应释能密度均较高，能够满足武器装备轻量化和高效毁伤的要求。
24.(3)本发明制备的连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件中的连续镍网骨架可根据需要加工成各种形状的结构，进而可以制备出形状复杂的含能材料结构件，具有广阔的应用前景。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
26.图1为本发明实施例1钟罩型连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件挤压成型过程的示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.实施例1
29.一种连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法，包括如下具体步骤：
30.s1、镍网加工：选用规格为70ppi的商业三维连续镍网，并将其加工成钟罩型；
31.s2、镍网预处理：将加工后的镍网浸渍于50℃的碱性溶液中清洗10分钟，去除镍网表面的脏污，然后再依次用流动自来水和去离子水漂洗；在该步骤中：碱性溶液的成分包括：20g/l的naoh，10g/l的na2co3；
32.s3、制备高强度的连续镍网骨架：配制化学镀镍溶液，然后将上述预处理后的镍网浸渍于80℃的化学镀镍溶液中进行二次镀镍，通过调节镀镍工艺参数，使二次镀镍的厚度为10μm，获得骨架尺寸增粗的三维连续镍网，增加镍网的结构强度；在该步骤中：化学镀镍溶液的成分包括：硫酸镍35g/l、次磷酸钠30g/l、柠檬酸钠30g/l、乳酸15ml/l；且该化学镀镍溶液的ph约为9；
33.s4、制备含能材料浆料：将铝颗粒与聚四氟乙烯颗粒按照质量比30：70机械搅拌混合均匀，然后将混合颗粒置于无水乙醇溶液中进行超声波分散处理，随后置于烘箱中进行烘干，然后在惰性气氛下将混合粉体颗粒加热至350℃，使聚四氟乙烯颗粒熔融，同时确保二者在该温度下不发生反应，形成铝颗粒在聚四氟乙烯树脂中均匀分散的半固态的浆料；
34.s5、挤压成型含能材料结构件：将上述步骤s3制备的高强度的连续镍网骨架置于成型模具的型腔中，然后快速将上述步骤s4制备的含能材料浆料导入挤压模具的料腔，随后移动挤压模，将含能材料浆料挤入成型模具并填充镍网骨架的空隙(其过程如图1所示)，填充后保温保压3小时，然后冷却，开模，取出，得到连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件，即为钟罩型含能材料结构件。
35.在上述所得结构件较厚部位加工出圆柱状试样进行准静态压缩试验，测得其压缩强度为142mpa；在结构件上取出少量材料进行热分析实验，测得其放热反应释能密度为2.1kj/g。
36.实施例2
37.一种连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法，包括如下具体步骤：
38.s1、镍网加工：选用规格为120ppi的商业三维连续镍网，并将其外形加工成目标结构件的形状；
39.s2、镍网预处理：将加工后的镍网浸渍于60℃的碱性溶液中清洗15分钟，去除镍网表面的脏污，然后再依次用流动自来水和去离子水漂洗；在该步骤中：碱性溶液的成分包括：25g/l的naoh，15g/l的na2co3；
40.s3、制备高强度的连续镍网骨架：配制化学镀镍溶液，然后将上述预处理后的镍网
浸渍于75℃的化学镀镍溶液中进行二次镀镍，通过调节镀镍工艺参数，使二次镀镍的厚度为8μm，获得骨架尺寸增粗的三维连续镍网，增加镍网的结构强度；在该步骤中：化学镀镍溶液的成分包括：硫酸镍55g/l、次磷酸钠25g/l、柠檬酸钠60g/l、乳酸30ml/l；且该化学镀镍溶液的ph约为10；
41.s4、制备含能材料浆料：将铝颗粒与聚四氟乙烯颗粒按照质量比25：75机械搅拌混合均匀，然后将混合颗粒置于无水乙醇溶液中进行超声波分散处理，随后置于烘箱中进行烘干，然后在惰性气氛下将混合粉体颗粒加热至370℃，使聚四氟乙烯颗粒熔融，形成铝颗粒在聚四氟乙烯树脂中均匀分散的半固态的浆料；
42.s5、挤压成型含能材料结构件：将上述步骤s3制备的高强度的连续镍网骨架置于成型模具的型腔中，然后快速将上述步骤s4制备的含能材料浆料导入挤压模具的料腔内部，缓慢挤压料浆，使含能材料浆料填充镍网骨架的空隙，填充后保温保压6小时，然后冷却，开模，取出，得到连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件。
43.实施例3
44.一种连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件的制备方法，包括如下具体步骤：
45.s1、镍网加工：选用规格为50ppi的商业三维连续镍网，并将其外形加工成目标结构件的形状；
46.s2、镍网预处理：将加工后的镍网浸渍于55℃的碱性溶液中清洗15分钟，去除镍网表面的脏污，然后再依次用流动自来水和去离子水漂洗；其中碱性溶液的成分包括：15g/l的naoh，5g/l的na2co3；
47.s3、制备高强度的连续镍网骨架：配制化学镀镍溶液，然后将上述预处理后的镍网浸渍于85℃的化学镀镍溶液中进行二次镀镍，通过调节镀镍工艺参数，使二次镀镍的厚度为15μm，获得骨架尺寸增粗的三维连续镍网，增加镍网的结构强度；在该步骤中：化学镀镍溶液的成分包括：硫酸镍45g/l、次磷酸钠35g/l、柠檬酸钠40g/l、乳酸10ml/l；且该化学镀镍溶液的ph约为8；
48.s4、制备含能材料浆料：将铝颗粒与聚四氟乙烯颗粒按照质量比35：65机械搅拌混合均匀，然后将混合颗粒置于无水乙醇溶液中进行超声波分散处理，随后置于烘箱中进行烘干，然后在惰性气氛下将混合粉体颗粒加热至335℃，使聚四氟乙烯颗粒熔融，形成铝颗粒在聚四氟乙烯树脂中均匀分散的半固态的浆料；
49.s5、挤压成型含能材料结构件：将上述步骤s3制备的高强度的连续镍网骨架置于成型模具的型腔中，然后快速将上述步骤s4制备的含能材料浆料导入挤压模具的料腔内部，缓慢挤压料浆，使含能材料浆料填充镍网骨架的空隙，填充后保温保压4小时，然后冷却，开模，取出，得到连续镍网增强铝/聚四氟乙烯含能材料结构件。
50.上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。