微流控技术制备球形发射药及其表征

利用微流控技术,采用T型微通道装置,以水为连续相,以硝化棉的乙酸乙酯溶液为分散相,制备球形发射药。研究了连续相和分散相的流速比以及分散相的溶棉比对发射药成球效果的影响。结果表明:固定溶棉比(溶剂与硝化棉的质量比)为50∶2.5,连续相流速(Qc)为1000μL·min~(-1),分散相流速(Qd)在30~100μL·min~(-1)时,所得液滴均匀稳定,且随着分散相流速增大,所得球形药的粒径从270μm增大至306μm;固定水油两相流速比为1000μL·min~(-1):100μL·min~(-1),溶棉比在50∶2.0~50∶3.0,分散相溶棉比越小,所得球形药的粒径越大,其粒径从250μm增大到350μm。扫描电子显微镜(SEM)结果表明,利用微流控技术制得的硝化棉球形药表观形貌规整,粒径分布窄,单分散性好。     

液滴微流控技术制备窄粒径分布的HNS基PBX复合微球

为获得窄粒径分布的HNS基高聚合物黏结炸药(PBXs)微球，采用液滴微流控技术，分别以2%、3%的氟橡胶(F₂₆₀₄)、硝化棉(NC)和聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为黏结剂对HNS进行包覆，并对微球的形貌、粒径分布、晶体结构、热性能以及撞击感度进行表征和测试。结果表明：黏结剂含量为3%时，均能制得球形度较高、粒径分布窄、单分散性好的微球，平均圆形度分别为0.927,0.915,0.908,D₅₀分别为46.86,58.77,60.12μm(跨度均小于0.4);3种微球晶型未发生改变，撞击感度值分别提高了4.5,4.0,3.5 J，安全性能显著提高。     

液滴微流控技术制备亚微米级HNS基PBX复合微球

为了获得形状规则、流散性好和粒径均一的球形化造型粉,采用液滴微流控技术,研究了不同黏结剂对2,2’,4,4’,6,6’-六硝基二苯基乙烯(HNS)复合微球性能的影响。分别选取氟橡胶(F₂₆₀₄)、硝化棉(NC)和聚叠氮缩水甘油醚(GAP)对亚微米HNS进行球形化造粒制备,成功制备出亚微米级HNS/F₂₆₀₄(95/5)、HNS/NC(95/5)和HNS/GAP(95/5)复合微球。通过扫描电镜、X射线衍射仪、比表面积、热分析仪、真密度测试仪和机械感度测试仪等对微球进行测试和表征。结果表明：3种黏结剂均能制得球形度高、单分散性好、粒径分布窄的HNS复合微球,平均圆形度分别为0.934,0.915,0.925,D₅₀分别为45.39,58.68,45.43μm(跨度均小于0.55),热分解峰温分别为354.44,349.53,339.37℃。球形化过程使微球真密度分别增加到1.9408,1.9383,1.9204 g·cm^-3,有效提高了HNS装药性能。微球堆积形成的锥角分别为27°,24.3°,24°...     

液滴微流控技术制备DAAF/氟橡胶复合微球

利用液滴微流控技术，以活性剂浓度为0.5%的水溶液为连续相，以DAAF的乙酸乙酯溶液为分散相，通过流体聚焦式微通道制备了DAAF/F2602复合微球，研究了两相流速比、分散相浓度以及活性剂种类对DAAF/F2602复合微球的颗粒形貌、粒径以及圆形度的影响，得出了最佳工艺条件，并与水悬浮法进行了对比。研究结果显示，流体聚焦式微通道制备的最佳工艺为悬浮液浓度为4%、两相流速比为16∶1、活性剂为CTAB。2种制备方法所得样品的DAAF晶型均未发生改变，撞击感度均大于100 J，摩擦感度均为0%大于360 N，表明2种样品安全性能良好。其中液滴微流控法所得DAAF/F2602复合微球的粒径为20.22~53.85 μm，小于水悬浮法所得复合粒子的粒径（121~356 μm），且粒径分布更加均匀，热分解峰峰温也延后了6.45 ℃，活化能增加了6.12 kJ·mol^-1，热稳定性提高。液滴微流控法所得DAAF/F2602复合微球堆积形成的锥角为34°，小于水悬浮法所得复合粒子堆积形成的锥角（40°），流散性好。     

液滴微流控技术制备TATB基PBX复合微球

为了调控高聚合物黏结炸药(PBXs)的形貌、粒径分布和涂层包覆效果,采用高灵敏度的液滴微流控技术制备了TATB/F2602微球.研究了黏结剂含量和流量大小对TATB/F2602微球的形貌和粒径的影响.通过扫描电镜、X射线衍射、比表面积、DSC和TG等测试方法,系统研究了微球样品的形貌、结构、成分和热行为.结果表明:黏结...     

微流控技术制备叠氮化铅起爆药及其改性

针对常规叠氮化铅(Pb(N3)2,LA,Lead Azide)制备工艺存在自爆风险等问题,采用旋T型微流控芯片提供的微通道作为微反应器,借助其分子间扩散距离短、比表面积大、连续流动等特点,在微通道反应器内制备了微纳米尺度的LA起爆药,并使用聚焦型液滴微流控芯片对制备的LA起爆药进行了球形化改性处理.研究了反应物流速、有...     

硝化棉包覆催化剂球形药的制备工艺研究

介绍了悬浮法制备硝化棉我覆催化剂球形药的工艺方法，讨论了工艺过程中硝化棉溶解时间，质量分散、水和醋酸 肉体上体系比以及球化釜转速对球形药假密度、中位粒径的影响。     

微孔阵列芯片的设计、制备与乳化反应性能研究

为了探索一种连续安全可控的乳化炸药微流控合成策略,采用微机电系统(MEMS)制造工艺,设计制备了10,20,30,40μm四种孔径的硅基微孔阵列芯片并构建了乳化炸药微流控反应装置.研究发现,影响乳胶基质分散相液滴粒径的主要因素是微孔孔径和连续相流速,探究了孔径尺寸、油水两相流速对乳化液滴粒径分布和放热性能的影响规律.结...     

溶剂浸析法制备硝化棉基微孔球形药

为简化硝化棉基微孔球形药的制备工艺,使内部孔结构更加均匀,研究了一种新的制备工艺——溶剂浸析法。改变溶剂蒸馏工艺后期的溶剂驱除方式,由升温蒸馏方法改为水溶液常温浸析方法,并与溶剂蒸馏法工艺进行对比。探讨了两种工艺参数对球形药形貌、粒径、内部孔结构的影响。用扫描电镜及Hope Image软件表征了硝化棉基微孔球形药的结构。结果表明,用溶剂浸析法工艺制备的硝化棉基微孔球形药表面光滑,粒径主要集中在20μm左右,球形度为0.89,比溶剂蒸溶法提高约20%,孔隙率为92%,比溶剂蒸溶法提高约10%。溶剂浸析法工艺制备的硝化棉基微孔球形药内部孔结构分布更均匀。     

微流控技术制备微米级DAP-4基含能复合微球及性能研究

为提高分子钙钛矿含能材料（DAP-4）的装药工艺安全性,采用同轴型液滴微流控技术,改变黏结剂聚叠氮缩水甘油醚（GAP）和硝化纤维素（NC）的复合比例（占DAP-4质量的2%）实现了DAP-4基含能复合微球的球形化造粒。通过扫描电镜、X射线衍射仪、差热扫描量热仪、热失重分析仪、高速摄影、撞击感度测试仪和摩擦感度测试仪等系统测试和分析了样品的宏微观形貌、晶体结构、热性能、燃烧性能、机械感度等。结果表明：黏结剂GAP与NC的比例为4∶1时,DAP-4基复合微球（GN41）的球形化效果最好;对DAP-4进行球形化造粒后不会改变其晶体结构,热分解峰温略有提前;DAP-4基复合微球的燃烧时间比原料有轻微延长,总体依然表现出非常平稳的持续燃烧,保留了其优异的燃烧性能;GN41微球在降低机械感度的同时显著改善了流动性,提高了装药工艺安全性。     

微流控组装nAl@PVDF@CL-20复合含能微颗粒的制备与表征

含六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）和铝粉的炸药及推进剂表现出优良的能量性能，Al/CL-20基含能材料已成为研究的热点。以聚偏二氟乙烯（PVDF）作为黏结剂，以纳米铝粉和六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）为原料，采用微流控技术制备了nAl@PVDF和nAl@PVDF@CL-20复合微颗粒。采用扫描电子显微镜（SEM）和激光粒度分析仪对两种复合微颗粒进行形貌和粒径分析，并用扫描电镜观察复合微颗粒的剖面表征其内部结构，采用傅里叶红外光谱仪（FTIR）进行结构分析，采用热重-差示扫描量热仪（TG-DSC）进行热分析。结果表明，制备的两种复合微颗粒球形度高，分散性好，粒度分布均匀，粒径为10~20 μm；复合微颗粒内部各组分分布均匀，各组分之间是物理复合，不存在化学键。热分析结果表明，nAl@PVDF和nAl@PVDF@CL-20复合微颗粒中PVDF和nAl表面的氧化层之间均发生了预点火反应，预点火反应放出的热量能够促进PVDF的分解；与nAl和PVDF复合能够促进CL-20的分解反应；与机械混合的nAl/PVDF/CL-20材料相比，微流控技术制备的nAl@PVDF@CL-20复合微颗粒各组分分布更加均匀。     

双乳液法制备微孔球形药的孔结构形成机制

为了揭示双乳液法制备微孔球形药孔结构的形成机制,分别在乳化、成球及溶剂蒸馏等过程中进行取样,并采用显微观察和图像分析方法探索了孔结构的形成和演变规律。结果表明：影响微孔球形药中孔结构形成的主要因素是乳化条件和溶剂蒸馏条件。硝化棉乳液中分散相水滴的形态及尺寸分布规律与成品微孔球形药中的孔结构及孔径分布规律基本一致。乳化条件决定球形药中孔的形貌特征;成球过程的工艺条件对孔径及孔的形貌无显著影响;溶剂蒸馏条件对孔径分布影响较大,溶剂蒸馏速度加快,孔隙发生聚集而导致孔径分布不均匀。通过降低溶剂蒸馏速度,成品颗粒中的孔结构均匀性可以得到有效改善。采用双乳液法制备的硝化棉基微孔球形药中的孔结构是由硝化棉乳液中的分散相液滴形态决定的。     

超细Zr@NC的微尺度连续流动制备与性能表征

为了实现超细锆(Zr)粉表面包覆改性的制备过程安全,研究了一种在微尺度下连续流动制备核壳结构Zr粉的方法,并构建了一个由微流控单元和喷雾干燥单元组成的连续化微流控系统以验证其可行性.该系统可连续化实现组分的微尺度混合、核壳结构的形成以及样品的后处理.以Zr粉和硝化纤维素(NC)为组分,通过控制NC含量并在微尺度上调节干...     

共轴聚焦型微流控装置剪切高粘溶液连续制备双基球形发射药

为了探索连续化生产粒径可控的百微米范围内双基球形发射药工艺条件,以质量分数为10%的双基发射药溶液为分散相,采用共轴聚焦型微流控装置制备了400～700μm范围内粒径可控的双基球形发射药,并研究了两相流量比(Q_c/Q_d)、芯片尺寸对其粒径和形貌的影响。通过扫描电镜、光学显微镜、密闭爆发器等测试方法,表征了样品形貌、粒径分布和定容燃烧性能。结果表明：随两相流量比(Q_c/Q_d)减小,相同芯片下制备样品的中位粒径(D₅₀)先增大后减小;随芯片的连续相或分散相通道内径增大,相同两相流量比下制备样品的D₅₀依次增大。当分散相通道内径为0.85 mm,连续相通道内径为2.00 mm,两相流量比为200.00时,制备的样品单分散性好、表面光滑、内部密实、球形形状规则(平均球形度φ_K=0.949)且粒径分布窄(跨度span=0.09),其D₅₀为539.94μm,平均颗粒密度ρ为1.601 g·cm^-3。密...     

喷嘴结构对含能液体雾化性能的影响

针对含能液体的特点，用不稳定波理论，建立了射流破碎的简化模型，模型中考虑了射流初始破碎、液滴之间的碰撞聚合和破碎。经过数值计算，得到了不同喷嘴结构条件下，HY911射流雾化液滴的Sauter平均直径分布并与实验结果进行了分析比较。     

含碳颗粒凝胶推进剂模拟液雾化研究（英）

制备了含质量分数5%平均粒径5 μm的碳颗粒的凝胶推进剂模拟液并研究了其雾化特性。测量了模拟液的流变特性,在射流速度10~22 m·s^-1、撞击角60°~90°、喷嘴直径0.5~1.5 mm及喷嘴长径比3.5~8条件下进行了雾化实验,利用线性稳定理论研究了其液膜破碎特性。结果表明,碳颗粒的添加导致凝胶模拟液的稠度系数增大、流动指数减小;在本文实验范围内,模拟液只能雾化形成液丝及大尺寸液滴,雾化效果随着射流速度、撞击角度的增加而改善,喷嘴长径比及喷嘴直径变化对雾化模式的影响很小;理论预测的液膜破碎长度与实验值之间存在14.9%~24%的误差,但线性稳定理论预测的液膜破碎长度变化趋势与实验吻合良好。     

含碳颗粒凝胶推进剂模拟液雾化研究（英文）

制备了含质量分数5%平均粒径5μm的碳颗粒的凝胶推进剂模拟液并研究了其雾化特性。测量了模拟液的流变特性,在射流速度10~22 m·s~(-1)、撞击角60°~90°、喷嘴直径0.5~1.5 mm及喷嘴长径比3.5~8条件下进行了雾化实验,利用线性稳定理论研究了其液膜破碎特性。结果表明,碳颗粒的添加导致凝胶模拟液的稠度系数增大、流动指数减小;在本文实验范围内,模拟液只能雾化形成液丝及大尺寸液滴,雾化效果随着射流速度、撞击角度的增加而改善,喷嘴长径比及喷嘴直径变化对雾化模式的影响很小;理论预测的液膜破碎长度与实验值之间存在14.9%~24%的误差,但线性稳定理论预测的液膜破碎长度变化趋势与实验吻合良好。     

微流控结晶系统制备窄分布微米级硝胺炸药

为了在安全临界尺度下实现炸药结晶的调控与批量生产,基于微流控技术组建了ZS-1型微流控结晶系统,并选用二甲亚砜（DMSO）和去离子水分别作为溶剂与反溶剂,通过改变两相流量比、炸药相浓度与总流量等结晶过程参数,在微尺度下进行了环三亚甲基三硝胺（RDX）的粒度控制研究和环四亚甲基四硝胺（HMX）的粒度与晶型控制研究,探索了结晶参数的高通量筛选。在ZS-1型微流控结晶系统上进行了微米级RDX的批量制备实验。结果表明,经系统重结晶细化的RDX样品的D₅₀为3.35 μm,跨度（粒径分布）为0.956,纯度为99.80%,平均粒径较原料RDX缩小了22.2倍,且产量可达每小时百克量级,验证了微尺度下窄分布微米级炸药批量制备的可行性。     

液体工质喷雾特性的测量与分析

借助粒子动态分析仪PDA系统,开展了HAN基液体推进剂模拟工质喷雾特性的试验研究,分别观测了单孔圆柱形射流和双孔对撞射流在大气中的雾化特性,研究了喷射压力、喷孔直径及喷射模式对雾化性能的影响,定量测试了喷雾场轴向、径向雾化液滴的索特平均直径D_(32)和液滴速度v.结果表明,对撞射流与单股圆柱形射流相比,在喷雾场中下游空间里雾化液滴均匀度较高,液滴D_(32)和速度v易达到稳定.     

微流控技术调控炸药结构形态的研究进展

炸药的综合性能不仅取决于其化学组成,更大程度上取决于其晶体颗粒形态,有时其结构形态还成为关键作用因素.微流控技术因其较高的传质传热效率、精准的参数控制和本质安全性在炸药结构形态调控方面具备很大的优势,成为新的研究关注点.本文就液滴流和连续流在起爆药和猛炸药的粒径、粒径分布、晶体形貌和聚集结构方面的研究状况进行分析与总结...