液滴微流控技术制备窄粒径分布的HNS基PBX复合微球_刘意.pdf
《液滴微流控技术制备窄粒径分布的HNS基PBX复合微球_刘意.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《液滴微流控技术制备窄粒径分布的HNS基PBX复合微球_刘意.pdf(5页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、火工品INITIATORS&PYROTECHNICS文章编号:1003-1480(2023)01-0053-05液滴微流控技术制备窄粒径分布的HNS基PBX复合微球刘意,朱瑞,周近强,武碧栋,安崇伟,王晶禹(中北大学 环境与安全工程学院,山西 太原,030051)摘要: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
2、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46.86,58.77,60.12m(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 4.5,4.0,3.5J,安全性能显著提高。关键词:液滴微流控技术;高聚合物黏结炸药(PBXs);HNS;窄粒径分布;复合微球中图分类号:TJ55;TQ560.5文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1480.2023.01.011Preparationof HNS-basedPBX Composite Microspheres with NarrowParticle SizeDistr
3、ibution by DropletMicrofluidicsLIU Yi,ZHU Ri,ZHOU Jin-qiang,WU Bi-dong,AN Chong-wei,WANG Jing-yu(School of Environmental and Safety Engineering,North University of China,Taiyuan,030051)Abstract:In order to obtain HNS-based high polymer bonded explosives(PBXs)microspheres with narrow particle sizedis
4、tribution,by use of droplet microfluidic technology,HNS was coated with 2%and 3%fluororubber(F2604),nitrocellulose(NC)and polyazide glycidyl ether(GAP)as binders,respectively,the morphology and particle size distribution of microspheres wereevaluated,crystalstructure,thermalpropertiesandimpactsensit
5、ivitywerecharacterizedandtested.Theresultsshowthatwhenthecontent of binder is 3%,the microspheres with high sphericity,narrow particle size distribution and good monodispersity can beobtained,and the average circularity is 0.927,0.915,0.908 respectively,D50is 46.86m,58.77m,60.12m(the span is less th
6、an0.4),respectively;The three microsphere crystal forms is not changed,and the impact sensitivity value is increased by 4.5J,4.0Jand3.5J,respectively,whichshowthesafetyperformanceissignificantlyimproved.Keywords:Dropletmicrofluidics;Highpolymer bondedexplosives(PBXs);HNS;Narrowparticlesizedistributi
7、on;Compositemicrosphere随着含能材料的发展,对武器弹药的安全性能和爆轰特性提出了更高的要求。2,2,4,4,6,6-六硝基二苯基乙烯(HNS)是一种耐热性能良好的高能钝感炸药,广泛应用在航天航空、军事和工业系统中。HNS-纯度高、对窄脉冲敏感、爆轰波传播稳定、抗辐射性能好,常用作冲击片雷管起爆主装药1-4。随着微机电系统(MEMS)技术的不断发展,爆炸箔冲击片雷管朝着小型化和不敏感方向发展,2023 年02 月2023 年第1 期收稿日期:2022-07-29作者简介:刘意(1995-),女,在读硕士研究生,从事含能材料改性技术研究。基金项目:国家自然科学青年基金(No.
8、22005275);山西省研究生教育创新项目(No.2022Y657)。刘意等:液滴微流控技术制备窄粒径分布的 HNS 基 PBX 复合微球542023 年第1 期导致启动能量变高5。因此,进一步提高 HNS-窄脉冲感度,降低冲击波起爆阈值是目前亟待解决的问题。炸药的性能不仅取决于化学组成,其粒径、粒径分布、晶体形貌和结构形态等都具有重要影响6-7。冲击起爆机制模拟及实验均表明,随着炸药粒径的减小,冲击波感度显著提高8-11。但超细 HNS的高表面能和低球度,容易发生团聚或结块,导致二次成粒,失去超细颗粒的优异特性,不能直接用于雷管装药。通常的解决方法是使用高分子黏结剂对其进行包覆,以改善成型
9、性能、流散性能12-13。传统的包覆方法包括水悬浮12-13、喷雾干燥法16、乳液溶剂蒸发法17等,但这些方法是在宏观尺度上包覆,容易导致产品球形度低、颗粒团聚和粒径不均匀等。近年来,基于微用量、高通量、高集成、高效传质传热的液滴微流控技术在含能材料制备领域取得了高速的发展18。该技术通过剪切多相流体在微通道内形成单分散的液滴,装置中窄小规则的芯片通道能使微球受力更强,实现流体的均匀输送,连续相也会更加牢固包封于分散相表体,以解决传统球形化方法的不足。Han R S 等20采用流体聚集微通道,制备了高球形度、流散性的 HNS/NC微球,相对于原料 HNS,微球的短脉冲冲击感度明显提高,有效降低
10、了起爆阈值。笔者团队采用液滴微流控技术,制备出球形度高、粒径分布窄、单分散性好的 HMX 基、TATB 基等含能微球21-24。基于液滴微流控技术的显著优势,本研究以氟橡胶(F2604)、硝化棉(NC)、聚叠氮缩水甘油醚(GAP)为黏结剂,研究了黏结剂的种类和含量对HNS 基复合微球形貌特征、晶体结构、热分解性能、机械感度的影响,以期为球形化炸药的制备提供理论和实验参数,拓宽 HNS 在冲击片雷管中的应用。1实验1.1试剂与仪器试剂:六硝基茋(HNS,平均粒径 200nm),陕西应用物理化学研究所;氟橡胶(F2604)、硝化棉(NC),佛山俊源化工公司;聚叠氮缩水甘油醚(GAP),泸州北方化学
11、工业公司;乙酸乙酯(EA),AR 分析纯,安徽泽升科技有限公司;十二烷基苯磺酸钠(SDBS),AR 分析纯,上海麦克林生化有限公司;去离子水,实验室自制。仪器:微流控芯片,自制;LSP01-1A 型注射泵,保定兰格恒流泵有限公司;HH-WO-5L 型磁力搅拌水浴锅,上海一科仪器有限公司;DX-2700 型 X 射线衍射仪,辽宁丹东浩元仪器有限公司;DSC-800 差示扫描量热仪,中国盈诺精密仪器有限公司;TG 热重分析仪,瑞士梅特勒托利多公司;电子光学显微镜,中国深圳市顺华力电子有限公司。1.2实验过程1.2.1 液滴微流控平台搭建液滴微流控平台主要由 3 部分构成:驱动模块(全自动可调驱动注
12、射泵)、生成模块(高精微芯片)、收集模块(烧杯和恒温磁力搅拌水浴锅),如图 1 所示。用注射泵分别向通道内注入分散相和连续相,经微流控芯片处理后,形成微液滴。用装满去离子水的烧杯收集微液滴,抽滤后得到 HNS 基复合微球。图1实验过程示意图Fig.1Schematicdiagramof theexperimentalproce1.2.2 微球制备配方确定:黏结剂的含量过高,会降低窄脉冲感度,影响冲击片雷管起爆能力,因此选择黏结剂含量为 2%、3%进行微球制备。制备步骤:第 1 步,向乙酸乙酯(EA)中分别加入含量为 2%、3%的黏结剂(F2604/NC/GAP),待黏结剂完全溶解后,再加入 H
13、NS 超声搅拌 30min,确保 HNS 颗粒完全悬浮,得到分散均匀的悬浮液作为分散相;第 2 步,称取一定质量的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶于去离子水中,搅拌至表面活泵连续相驱动模块泵生成模块收集模块磁力搅拌水浴锅分散相40+-火工品2023 年 02月55性剂完全溶解,得到质量分数为 2%的连续相溶液;第 3 步,通过注射泵分别向芯片通道内注射分散相和连续相,两相在芯片“十”字处相互作用,分散相受到剪切力作用,从而形成水包油(O/W)型液滴;第 4 步,液滴通过管道被收集到装满去离子水的烧杯中,随着 EA 缓慢扩散到水中,黏结剂不溶于水而达到过饱和状态,沉淀在液滴表体,最终固化成球。对微
14、球进行过滤、洗涤和干燥,得到 HNS基复合微球。2结果与讨论2.1黏结剂种类及含量对微球制备的影响根据黏结剂种类(F2604,NC,GAP)及含量将制备的复合微球分别命名为 H/F-X%、H/N-X%、H/G-X%,其中 X 表示黏结剂含量。采用电子光学显微镜观测复合微球形貌特征,如图 2 所示。图2微球的电子显微镜图(放大120倍)Fig.2Electronmicroscopeimageof microspheres(magnified120times)由图 2 可见,3 种不同含量的黏结剂均能成功制备球形颗粒。当黏结剂为 2%时,H/F-2%、H/N-2%、H/G-2%微球中间出现明显凹陷
15、(见图中虚线圈标识)。分析认为,这可能归因于 HNS 悬浮液滴的塌陷。黏结剂浓度较低时,悬浮液粘度不足以抵抗水溶液的扰动,不能支持 HNS 的聚集,最终导致 HNS 微球中心凹陷。当黏结剂含量为 3%时,H/F-3%、H/N-3%、H/G-3%微球形状规则、单分散性好、球形化程度提高。2.2微球的圆形度分析通过 BT-1600 图像粒度分析系统对 H/F-3%、H/N-3%、H/G-3%微球的粒径分布情况及圆形度进行测试。测试结果见图 3 和表 1,3 种微球平均圆形度别为 0.927,0.915,0.908,圆形度均大于 0.9,跨度均小于 0.4,说明使用液滴微流控技术制备的 3种 HNS
16、 基复合微球具有较好的圆形度和较高的均一性。图3不同黏结剂制备的微球二值化图像Fig.3Binarizationimageof microspherespreparedwithdifferentbinders表1不同黏结剂制备的微球圆形度Tab.1Roundnessof microspherespreparedwithdifferentbinders样品D50/m最大粒径/m最小粒径/m平均圆形度跨度H/F-3%46.8665.0532.160.9270.39H/N-3%58.7775.2047.290.9150.29H/G-3%60.1276.3644.110.9080.363HNS 基复合
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 液滴微流控 技术 制备 粒径 分布 HNS PBX 复合 刘意
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。