摘要
六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）、奥克托金（HMX）、黑索金（RDX），因具有较高的能量水平而广泛应用于混合炸药、推进剂等各类武器能源中。然而，这些炸药的机械感度较高，在很多场合需对其钝化处理以提高其使用安全性。将炸药颗粒与粘结剂复合是一种提高安全性能的可行途径。本文将快速膜乳化技术与水悬浮组装技术相结合，制备了三种具有球形度高、粒度分布窄的含能复合微球，并对其性能进行测试与分析。主要内容如下： （1）以CL-20和CAB（醋酸丁酸纤维素）的乙酸乙酯溶液为分散相，水为连续相，制备水包油（O/W）预乳液，并利用快速膜乳化技术制备出均一稳定的水包油乳液。以乳液为模板，通过驱溶剂，粘结剂与CL-20炸药共同析出，在悬浮状态下实现组装，制备不同比例（CAB的含量分别为3%、5%、10%、15%、20%）的含能复合微球。采用扫描电子显微镜（SEM）对制备的样品进行形貌分析，结果表明，随着CAB含量的增加，颗粒趋于球形，当含量为20%时，样品的粒度分布较窄，粒度分布跨度（SPAN）为0.87；由X射线衍射（XRD），傅立叶红外光谱（FT-IR）结果分析，含能复合微球的晶型发生了改变，为β-CL-20，且CAB含量为20%的XRD图谱显示出非晶态，表明CAB膜已包覆于CL-20晶体上；通过差示扫描量热仪（DSC）对不同样品进行热分析，当CAB含量超于10%，样品的热稳定性下降，但由撞击感度测试结果表明，随着CAB的增加含能复合微球的安全性提高。 （2）以GAP（聚叠氮缩水甘油醚）和NC（硝化棉）的乙酸乙酯溶液为分散相，以水为连续相，利用快速膜乳化技术制备了水包油乳液，将细化的HMX粉体悬浮于乳液模板中，通过驱除溶剂，实现了粘结剂与超细HMX颗粒的悬浮组装，制备了三种不同粘结剂含量的含能复合微球。由SEM、图像颗粒分析和激光粒度测试表明复合微球具有较高的圆形度和较窄的粒度分布，其中粘结剂含量为80%和3%的复合物的SPAN值分别为0.51和0.45；通过XRD、FT-IR、XPS（X射线光电子能谱）结果显示粘结剂与HMX颗粒之间并没有发生化学键的反应，同时HMX的晶型并未发生改变；当粘结剂含量为80%时，由SEM图可以看到复合颗粒的核-壳结构，以GAP/NC为壳的复合物并未有晶体外露，表明粘结剂已完全包覆在细化颗粒表面，同时也可以说明复合物的特性落高较高（95.2cm）的原因；DSC测试显示复合物具有两个分解峰温（200.16℃和244.91℃），在粘结剂的放热条件下，HMX的活性增强，热分解提前。当粘结剂含量为3%时，由TEM（透射电子显微镜）对复合物的结构进行表征，可以明显的看到颗粒之间的结构组成，粘结剂涂覆于颗粒表面的同时颗粒之间粘结成球；通过对样品的热分解性能比较发现，复合材料的表观活化能（Ea）比细化HMX提高33.61kJ?mol-1，而爆炸临界温度（Tb）略低（0.28K），近乎无变化，表明复合物的热稳定性更好；撞击感度测试结果显示复合微球的安全性较原料有所提高，但感度比细化HMX略高，虽然安全性比细化颗粒相对较差，但静力压缩试验可以看到，复合微球的抗压性能较好。 （3）以GAP和NC的乙酸乙酯溶液为分散相，通过快速膜乳化技术制备水包油粘结剂乳液模板，将细化的RDX颗粒悬浮于乳液体系后，通过驱溶剂使炸药与粘结剂组装成型。通过SEM测试结果显示，复合微球的结构为炸药颗粒被粘结剂包覆再粘结成球状；经图像颗粒分析和激光粒度分布测试表明，复合微球的圆形度为0.875，粒度分布跨度为0.47，具有圆形度高且粒度分布窄的特点；由XRD和FT-IR图谱可以看到复合微球的晶型并未发生变化且分子间并未有化学键的反应，这使得粘结剂与炸药颗粒之间存在一种性能互补的关系；将DSC测试所得数据对样品进行热性能分析，结果显示复合材料具有较高的Ea，具有较高的稳定性，但Tb略低，表明粘结剂促进了炸药颗粒的分解；撞击感度实验显示复合微球比原料具有更高的特性落高，表明安全性能有一定的提升。
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