【摘要】：身管是火炮的重要組成部件,但隨著各種新型高能發(fā)射藥的廣泛應(yīng)用,身管的燒蝕磨損成為制約提高火炮威力、延長其使用壽命的關(guān)鍵因素之一。在裝藥系統(tǒng)中加入緩蝕劑是降低火炮身管燒蝕磨損較為簡單、有效的方法,但傳統(tǒng)緩蝕劑由于普遍存在用量大、占用裝藥空間大和殘渣多等問題,已不能滿足高新火炮的降燒蝕要求,因此迫切需求探索適用于高能發(fā)射藥的新型高效緩蝕劑。納米復(fù)合材料因其具有獨(dú)特的物理及化學(xué)性質(zhì)受到了廣泛關(guān)注。本文結(jié)合有機(jī)-無機(jī)納米復(fù)合材料優(yōu)異的性能,從造成火炮身管燒蝕磨損的影響因素出發(fā),將不同功能組分進(jìn)行復(fù)合,設(shè)計、合成及制備了一系列新型的納米復(fù)合材料,并重點(diǎn)研究了它們的理化及其在發(fā)射藥配方中的抗燒蝕性能。該類納米復(fù)合材料不僅可顯著降低高能發(fā)射藥的燒蝕性能,還可調(diào)控其燃燒性能,是一種潛在的多功能添加劑。本文的主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)TiO2可作為抗燒蝕材料和包覆鈍感材料應(yīng)用于發(fā)射藥中。為了改善微納米級TiO2在發(fā)射藥中的應(yīng)用效果,以聚苯乙稀(PS)微球?yàn)槟０?采用溶膠-凝膠法制備了不同粒徑的空心TiO2微球,然后利用“點(diǎn)擊”化學(xué)法對空心TiO2微球表面進(jìn)行改性,成功將聚酰亞胺(PI)分子鏈段接枝到空心TiO2微球表面,得到了具有比表面積大、質(zhì)輕和耐熱阻燃性能的TiO2/PI復(fù)合粒子,可作為一種新型結(jié)構(gòu)的功能添加劑應(yīng)用于發(fā)射藥中。(2)相變材料如固體石蠟在其相變過程中可以吸收或釋放大量的熱量,可作為緩蝕劑的主要組分之一。借助納米材料的獨(dú)特性能以及無機(jī)材料如Si3N4和BN具有的高強(qiáng)度和硬度、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和耐磨損性能等優(yōu)點(diǎn),制備了多種無機(jī)納米粒子改性的、基于固體石蠟的復(fù)合相變材料,以期作為高能發(fā)射藥的高效緩蝕添加劑。研究發(fā)現(xiàn):復(fù)合相變材料呈微膠囊結(jié)構(gòu),粒徑約為10μm～30μm,同時還具有較高的相變焓,熱穩(wěn)定性良好。在制備過程中,通過改變無機(jī)納米粒子和固體石蠟的用量可以調(diào)控復(fù)合相變材料的微觀形貌、蓄熱性能和熱穩(wěn)定性等。(3)硅油是降低火炮身管燒蝕的一種高效液體緩蝕劑。為了解決液體硅油的裝填和易泄漏的問題,利用Pickering乳液聚合法對二甲基硅油進(jìn)行微封裝,并將納米TiO2和Si3N4復(fù)合物引入到微膠囊表面獲得了以PS為內(nèi)殼層,無機(jī)納米粒子為外殼層的復(fù)合硅油微膠囊,粒徑約為10μm～20μm,封裝率可達(dá)70%。熱重分析發(fā)現(xiàn),液態(tài)硅油經(jīng)微膠囊化后,由于雜化殼層對硅油囊芯的保護(hù)作用,硅油的初始分解溫度和最大熱分解溫度明顯滯后。(4)沸石咪唑酯骨架結(jié)構(gòu)材料(ZIFs)是一種新型超多孔有機(jī)-無機(jī)雜化材料,具比表面積極高、熱穩(wěn)定性優(yōu)異和骨架結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)及功能化等獨(dú)特的性能。利用ZIFs獨(dú)特的性能,將其與緩蝕劑組分固體石蠟進(jìn)行復(fù)配,制備了ZIFs/固體石蠟復(fù)合相變材料。研究發(fā)現(xiàn),該復(fù)合材料具有非常好的吸熱性能,當(dāng)ZIF-67晶體(由Co2+和2-甲基咪唑配位而成)含量為10wt%時,熔化焓可達(dá)159.60J/g,熱穩(wěn)定性良好。(5)利用燒蝕管試驗(yàn)法研究了上述制備的無機(jī)納米粒子增強(qiáng)復(fù)合相變材料、復(fù)合硅油微膠囊和ZIFs/石蠟復(fù)合相變材料以及各種微納米粒子的降燒蝕性能,并對其降燒蝕機(jī)理進(jìn)行了分析。研究發(fā)現(xiàn):在相同用量下,ZIF-67晶體的降燒蝕效果比納米Ti02、BN和Si3N4粒子的都高;三種微納米復(fù)合材料都具有較好的降燒蝕性能,降燒蝕率隨用量增加而增大,但ZIFs/石蠟復(fù)合相變材料在較低用量下對發(fā)射藥的降燒蝕效果更加明顯。微納米復(fù)合材料的小尺寸效應(yīng)、燃燒過程中的吸熱作用以及復(fù)合物中納米粒子的沉積保護(hù)作用是其降低燒蝕管燒蝕的主要原因。(6)優(yōu)選降燒蝕性能較好的納米粒子與固體石蠟進(jìn)行復(fù)合,制備得到多組分納米復(fù)合材料,然后將其作為高能發(fā)射藥的功能助劑,采用半溶劑法,經(jīng)塑化捏合、擠出成型工藝獲得改性高能發(fā)射藥,并研究了其燃燒及燒蝕性能。研究發(fā)現(xiàn):納米復(fù)合材料對發(fā)射藥基體的前期熱分解歷程有一定的影響;納米復(fù)合材料的加入顯著降低了高能發(fā)射藥的燒蝕性能,同時還可抑制其起始燃速,并且該趨勢隨納米復(fù)合材料含量的增加而增大。在相對發(fā)射藥5.1 wt%的最大添加量下,改性高能發(fā)射藥的燒蝕量下降了37.0%,對應(yīng)火藥力降低值為5.7%。實(shí)際應(yīng)用過程中可根據(jù)應(yīng)用需求調(diào)整添加量以獲得綜合性能的平衡。
【圖文】：

Ｗｈｉｔｅ等＿將合成的一？種新型配體通過“點(diǎn)擊，，化學(xué)反應(yīng)將其成功引入至丨Ｊ納米金屬逡逑氧化物的表面，不僅改善了納米金屬氧化物的團(tuán)聚行為，還為其進(jìn)一步的功能化提供了逡逑橋梁。Ｗａｎｇ等網(wǎng)采用“點(diǎn)擊”化學(xué)反應(yīng)在納米Ｓｉ０２粒子表面引入不同的官能團(tuán)（－ＣＯＯＨ、逡逑－ＮＨ２、－０Ｈ、＝），為粒子的進(jìn)一步功能化提供了條件。Ｏｕａｄａｈｉ等［７｜］以疊氮甲基苯乙焌、逡逑苯乙烯、二乙烯基苯乙烯為單體，通過微乳液聚合法直接合成了疊氮基功能化的Q嚮懾義廈琢Ｗ櫻詈笤謁櫓手欣謾暗慊鰲被Хǘ雜謝擅琢Ｗ詠徊絞迪至吮礱嫘奘�。辶x希攏幔潁幔耄簦幔虻扔τ謾暗慊鰲被Хㄔ誚榭拙酆銜鏤⑶蟣礱娼又α聳杷裕ɑ蚯姿裕╁義戲腫鈾ⅲ傭謀浣榭拙酆銜鏤⑶虻謀礱嫘災(zāi)�。该研究钡a鰨暗慊鰲被強(qiáng)刂平榭族義銜⑶蟣礱嫘閱艿囊恢鐘行Х椒�。自组装的磁虚喩米粒子灾k孕繾友Ш褪荽媧⒌確矯駑義系撓τ彌涼刂匾�。Ｋｉｎ＜傚谍x郟罰常薟捎謾暗慊鰲被Хń判裕疲澹校裟擅琢Ｗ幼宰樽霸詮杵義媳礱媯緯傻シ腫硬恪＝昀�，温眉g躍郟危轂０罰ǎ校危桑校粒恚┪⒔耗業(yè)納杓棋義霞昂銑梢彩茄衃偟娜鵲恪＃齲酰幔睿緄壤謾暗慊鰲被Х從νü酆銜鋝悴闋宰樽昂銑懾義狹隋澹櫻椋埃玻校危桑校粒硨絲悄擅贅春狹Ｗ櫻詈筧芙獾簦櫻椋埃材０�，硶瘭恒婇W艘曰Ъ岷襄義系模校危桑校粒砦⒔耗遙ㄈ繽跡保擔(dān)�。辶x希粒悖澹簦歟澹睿澹疲酰睿悖簦椋錚睿幔歟椋澹溴危粒歟洌錚疲酰睿悖簦歟錚睿幔歟歟澹溴義

本文編號：2649714