【摘 要】
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现代武器系统和含能材料的发展主题一直离不开更高的能量水平和优异的燃烧性能。环三亚甲基三硝胺（RDX）、环四亚甲基四硝胺（HMX）、六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）等单质含能材料与亚稳态分子间复合物材料（MICs）集成为复合含能材料是提高整体能量系统性能的补充策略。本论文通过设计和调整微观结构,利用RDX、聚多巴胺（PDA）涂层和聚四氟乙烯（PTFE）/铝粉通过超声合成技术构建核壳结构复合材料。由
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现代武器系统和含能材料的发展主题一直离不开更高的能量水平和优异的燃烧性能。环三亚甲基三硝胺（RDX）、环四亚甲基四硝胺（HMX）、六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）等单质含能材料与亚稳态分子间复合物材料（MICs）集成为复合含能材料是提高整体能量系统性能的补充策略。本论文通过设计和调整微观结构,利用RDX、聚多巴胺（PDA）涂层和聚四氟乙烯（PTFE）/铝粉通过超声合成技术构建核壳结构复合材料。由于核壳结构特征,实现了组分之间的紧密接触,保持组分自身性质实现了多种功能的结合以及复合材料性能的改善。具体研究内容如下:（1）通过对n-CuO/Al、n-Fe2O3/Al、μ-Fe2O3/Al、n-PTFE/Al和μ-PTFE/Al的热分解性能和燃烧过程进行分析。不同MICs材料的热分解结果表明:n-Fe2O3作为氧化剂拥有比n-Cu O更高的放热量以及更低的放热反应峰。聚四氟乙烯作为氧化剂在放热量上远大于两组金属氧化物,n-PTFE与Al反应放热量达到5511 J/g远大于n-Fe2O3的1627 J/g。开放式燃烧试验结果表明,聚四氟乙烯与铝粉可以稳定传播火焰,并生成气体产物。（2）通过聚合物包覆RDX作为内层壳,设计了制备核壳结构材料的方法。聚酰胺甲酸乙酯（Estane）和聚多巴胺修饰RDX,分析了聚合物与RDX之间的相容性和对RDX微观形貌的影响。超声合成法制备了E-RDX@Fe2O3/Al、E-RDX@PTFE/Al和P-RDX@PTFE/Al三种复合材料,通过与物理混合样品的对比燃烧实验,显示了Al-F体系核壳结构材料有着远快于Al-Fe体系的质量燃烧速率。结合SEM测试解释了E-RDX@PTFE/Al和P-RDX@PTFE/Al两组样品燃烧现象相似的原因。（3）通过调节多巴胺溶液浓度,以及反应时间,得到了三种RDX@PDA材料,通过超声合成技术获得对应的复合材料。SEM测试结果证明,利用低浓度多巴胺溶液在含能晶体表面形成均匀的涂层外壳,有效减少了PDA的聚合以及RDX之间的聚集,提高了样品分散性。SEM、XRD、FT-IR和XPS测试结果可以推断核壳结构复合材料的制备。DSC测试,发现在低升温速率下各组分的主要反应相对独立,核壳结构材料的放热量达到物理混合样品的2.9倍,并且Al-F反应得到了催化。燃烧实验结果表明,由于结构的优越性以及组分之间的功能互补,P-RDX@PTFE/Al展现出最佳的燃烧性能,燃烧稳定,火焰集中,燃烧速度快。摩擦和撞击感度测试表明了P-RDX@PTFE/Al在拥有出色的放热性能和燃烧性能以外,对机械刺激的敏感性降低,安全性得到了提高。综上所述,本文设计和制备了RDX@PDA@PTFE/Al纳米复合含能材料。PTFE/Al提高了复合材料的能量密度,PTFE作为外层壳发挥了缓冲和润滑的作用,降低了对机械刺激的敏感性;通过PDA涂层的强界面性能,确保了组分之间的紧密接触,降低了传质和传热距离,RDX与PTFE/Al之间的燃烧性能互补,促进了以对流为主导的火焰传播。因此,本文的研究结果为复合含能材料提高反应速率和能量输出效率提供了一种可行策略。
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