叠氮聚醚热塑性弹性体基多相复合微/纳米高能纤维膜及其制备方法

1.本发明涉及一种叠氮聚醚热塑性弹性体(a-etpe)基多相复合微/纳米高能纤维膜及其制备方法，属于含能材料、高分子复合材料领域。


背景技术：

2.聚合物基含能复合材料通常由聚合物、高能炸药及其它填料组成，广泛应用于弹药、航空航天等领域。设计并制备钝感、高能的复合含能材料是当下发展的主要方向。炸药的钝感包覆和提高炸药与催化剂之间的紧密性是复合含能材料降感、增能的有效途径。但是，宏观的共混方式很难实现微细观的有效复合，为此微纳米含能复合材料得到了广泛关注，其中通过静电纺丝技术制备功能化微纳米复合含能纤维发展迅速。该方法不仅可使聚合物有效包覆高能炸药，而且可增强各组分间的接触紧密性，从而获得低感度、高能量释放的复合含能纤维。
3.现有通过静电纺丝制备复合含能纤维所采用的聚合物基体主要为聚丙烯腈(pan)、聚四氟乙烯(pvdf)、硝化纤维素(nc)，其中pan和pvdf为惰性聚合物，在降感方面表现良好但对复合含能纤维的能量水平呈负贡献，nc含氮量低、能量水平有限，且感度较高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种叠氮聚醚热塑性弹性体(a-etpe)基多相复合微/纳米高能纤维膜，使其具有低感度、高能量释放的特点。
5.本发明的目的之二是提供一种叠氮聚醚热塑性弹性体(a-etpe)基多相复合微/纳米高能纤维膜的制备方法，以a-etpe为基体，硝胺炸药和纳米燃烧催化剂为固相组分，采用静电纺丝一步成型。
6.本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
7.一种叠氮聚醚热塑性弹性体(a-etpe)基多相复合微/纳米高能纤维膜，具有如下特征：
8.所述高能纤维膜由交错分布的纤维构成，每一根纤维上，a-etpe作为载体包覆硝胺炸药和纳米燃烧催化剂,且纳米燃烧催化剂紧密附着于硝胺炸药的表界面。
9.较佳的，纤维的直径为1～10微米。
10.较佳的，所述的a-etpe为聚叠氮缩水甘油醚基含能热塑性弹性体(gap-etpe)、3,3-双叠氮甲基环氧丁烷-四氢吠喃共聚醚基含能热塑性弹性体(pbt-etpe)、3,3'-双叠氮甲基环氧工烷基含能热塑性弹性体(bamo-etpe)、3-叠氮甲基-3-甲基环氧工烷基含能热塑性弹性体(ammo-etpe)中的一种。
11.较佳的，硝胺炸药为黑索金(rdx)、六硝基六氮杂异伍兹烷(cl-20)、奥克托金(hmx)中的一种或者两种混合物。
12.较佳的，纳米燃烧催化剂为纳米氧化铁(n-fe2o3)、纳米氧化铜(n-cuo)、纳米氧化
铅(n-pb2o3)、纳米氧化铬(n-cr2o3)、石墨烯中的一种或两种。
13.较佳的，a-etpe含量为所述高能纤维膜质量的25wt％-60wt％，硝胺炸药含量为所述高能纤维膜质量的35％-70％；纳米燃烧催化剂含量为所述高能纤维膜的0.1wt％～5wt％。
14.基于上述叠氮聚醚热塑性弹性体(a-etpe)基多相复合微/纳米高能纤维膜的制备方法，所述方法具体步骤如下：
15.步骤1，将a-etpe和硝胺炸药加入有机溶剂，并在室温下持续搅拌8h～10h，直至完全溶解；
16.步骤2，将纳米燃烧催化剂缓慢加入步骤1所得溶液中，搅拌1h～3h后，超声分散0.5h～1h，获得纺丝前驱液；
17.步骤3，采用静电纺丝法以步骤2所得纺丝前驱液，制备所述多相复合微/纳米高能纤维膜。
18.较佳的，所述的有机溶剂选自丙酮、乙酸乙酯、四氢呋喃(thf)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中的一种或者两种混合物。
19.较佳的，纺丝溶液前驱液浓度为10％～50％。
20.较佳的，步骤3中，纺丝参数为：注射器吸取量为2～20ml，静电电压6～18kv，推进速率1～2ml/h，纺丝距离10～14cm。
21.与现有技术相比，本发明有益效果是：
22.(1)本发明所述的一种叠氮聚醚热塑性弹性体(a-etpe)基多相复合微/纳米高能纤维膜不仅具有低的感度，而且具有高的能量释放效率，可用于高燃速钝感固体推进剂的开发。
23.(2)本发明所属的采用静电纺丝法制备一种叠氮聚醚热塑性弹性体(a-etpe)基多相复合微/纳米高能纤维膜，其装置简单，安全可控，方法便捷，无需后处理，具有良好的工业化应用前景。
附图说明
24.图1为本发明实施案例2得到的微/纳米纤维膜的扫描电镜图。
25.图2为本发明实施案例5得到的微/纳米纤维膜的扫描电镜图。
26.图3为本发明实施案例8得到的微/纳米纤维膜的扫描电镜图。
27.图4为本发明实施案例1得到的微/纳米纤维膜的dsc图。
具体实施方式
28.为了对本发明进行更清楚的解释说明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行进一步的详细说明。但具体实施例不对本发明有任何限定，本发明的实施方式不仅限于此。
29.叠氮聚醚热塑性弹性体是一种富含大量叠氮基的高能量、低感度、优异力学性能的聚合物，本发明作为基体设计复合微/纳米含能材料，使其能够具有高能量与低感度的优异性能。降低感度、提高能量是当前含能材料追求的主要目标。钝感材料包覆、提高炸药与催化剂之间的紧密性是降感、增能的常用方法。但是宏观层面改善这两方面难度较大，而微纳米结构则表现出明显的优势。本发明采用静电纺丝法制备出基于a-etpe的多相复合微/
纳米高能纤维膜。首先将a-etpe、硝胺炸药溶解于合适的溶剂中，再加入适量的纳米燃烧催化剂，配制出相应的纺丝前驱液，最后通过静电纺丝仪制备出a-etpe基多相复合微/纳米高能纤维膜。该方法制备路径短，无需后处理，在室温下即可成型，产品低感、高能在含能复合材料领域具有良好的应用价值。
30.【实施例-1】
31.用电子天平称取0.35g gap-etpe、0.60g rdx，溶于3ml溶剂丙酮，室温下磁力搅拌8h，直至完全溶解。然后，称取0.05g n-cuo加入其中，搅拌1h，超声分散0.5h，直至完全溶解，得到浓度为25％的纺丝前驱液。静置5min后，用5ml注射器吸取3ml纺丝前驱液，进行静电纺丝。静电纺丝参数为：电压9kv，速率1ml/h，纺丝距离14cm。
32.【实施例-2】-【实施例-9】配方见表1，其制备步骤与实施例-1相同。
[0033] gap-etpepbt-etpebamo-etpehmxcl-20rdxn-cuon-fe2o3石墨烯实施例-135
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605
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实施例-235
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632
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实施例-335
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实施例-4 35
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60
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5 实施例-5 35
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2 实施例-6 35
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4 实施例-7
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5实施例-8
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2实施例-9
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ꢀꢀꢀꢀ4[0034]
实施例2、5、8的结果由扫描电镜图1-3所示。由图可知，所得纤维排列较为均匀，无粘结现象出现。实施例1的dsc图如图4所示，由图可知，加入硝铵炸药rdx后，热分解峰相较于原料gap-etpe降低了12℃，可知加入硝铵炸药rdx有效降低了热分解温度。
[0035]
表2为本发明实施例2、5、8得到的微/纳米纤维膜以及原料的机械感度。
[0036]
表2样品的机械感度
[0037][0038]