有机物包覆纳米铝粉的设备及工艺研究

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纳米铝粉应用于固体火箭推进剂可以克服微米铝粉点火时间长、表面结块和燃烧不完全等缺点;它的高活性及大的比表面积可显著提高推进剂的燃速和降低压强指数,改善燃烧性能。然而纳米铝粉的高活性也使其易与周围环境中的氧气、二氧化碳、水蒸气反应而失活。因此,开展使用包覆技术保持纳米铝粉的高活性并应用于固体火箭推进剂的研究具有重要的意义。本论文的研究主要包含两个方面:一是有机物包覆纳米铝粉装备的设计与制造,用于制备高活性有机物包覆纳米铝粉;二是有机物包覆纳米铝粉的工艺研究及性能表征。以激光感应加热法制备纳米铝粉单机日产量为依据,便于装配及保证高真空度为原则,制造了一套容积为2.5L带有电加热系统的捏合机,捏合机置于真空操作箱内部,与纳米铝粉制造设备收集室连接。使用端羟基聚丁二烯(HTPB)及癸二酸二辛脂(DOS)包覆纳米铝粉,均分别采用21.6%、24.5%、27.3%和29.8%四种包覆比例制备出粒径为50-100nm的纳米铝粉复合体。采用TG-DSC热分析得到编号为D5(DOS包覆比例为29.8%)及H8(HTPB包覆比例为21.6%)样品中铝的放热量分别为4.955KJ/g和4.954KJ/g。并通过有机物与无机物之间的结合方式讨论了纳米铝粉的包覆机理。采用无水乙醇高锰酸钾滴定法测定的不同比例DOS包覆纳米铝粉中活性铝含量分别为75.6%及74.8%,先前制备的HTPB和DOS包覆及未包覆样品的活性铝含量均低于50%。探讨了该方法中磁力搅拌时间、高锰酸钾溶液标定及滴定终点判断三个因素对滴定结果的影响。基于升温速率分别为5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min的包覆(WBF)纳米铝粉和HTPB包覆纳米铝粉(H8)样品TG-DTA热分析数据,分别采用Kissinger法和Ozawa法计算他们的活化能。计算得到WBF样品的活化能分别为232.4KJ/mol和233.98KJ/mol; H8样品的活化能分别为253.21KJ/mol和253.88KJ/mol。采用有机物包覆纳米铝粉会略微增加其活化能,起始燃烧温度也略微的增加,对纳米铝粉的燃烧特性和固体火箭推进剂中的应用不会造成很大的影响。
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