一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉、制备方法及其应用

1.本发明涉及一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉、制备方法及其应用，属于含能材料技术领域。


背景技术：

2.为了提高推进剂的性能，将活泼金属粉引入火炸药和固体推进剂领域已经成为很多学者研究的方向。相比于纯铝粉，铝锂合金，铝锡合金等铝基合金具有更大的燃烧热和更多的能量。拿铝锂合金来说，含铝锂合金粉末的ap推进剂可以有效减少hcl气体向外界的排放，使得导弹武器难以被察觉。将铝锂、铝锡、铝镁等铝基合金粉作为固体推进剂的高能添加剂，既能提高推进剂的比冲又能提高武器的使用性能。它是固体推进剂中的理想燃料，但目前铝基合金粉的研究及应用尚处于研究阶段。
3.与普通铝粉相比，锂、锡、镁等金属元素的加入改变了铝粉表面氧化层的结构，这将促进氧化层的破裂，对储存产生不利影响。而且锂等金属元素的活泼性较好，使其与推进剂中的其他组分相容性较差。因此需要对铝基合金粉进行一定的改性以提高其储存性能和应用性能。单一氟硅烷包覆虽然一定程度上可以解决上述问题，但其性能仍有待进一步提高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉、制备方法及其应用。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
6.一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉，采用氟原子数小于等于九的第一氟硅烷和氟原子数大于九的第二氟硅烷复合后对铝基合金粉进行包覆，第一氟硅烷和第二氟硅烷的总量为所述铝基合金粉质量的20%~50%，第一氟硅烷和第二氟硅烷的质量比为1:1.25~3.5。
7.优选的，所述第一氟硅烷为三氟丙基三甲氧基硅烷、六氟丁基三乙氧基硅烷、九氟己基三乙氧基硅烷、九氟己基三甲氧基硅烷和三甲基五氟苯基硅烷中的一种以上。
8.优选的，所述第二氟硅烷为全氟辛基三氯硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟十二烷基三氯硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟癸基三异丙氧基硅烷和全氟辛磺酰氨丙基中的一种以上。
9.优选的，所述铝基合金粉中铝的含量为90%~98%。
10.优选的，所述铝基合金粉的粒径为5μm~50μm。
11.优选的，所述铝基合金粉为铝锂合金粉、铝锡合金粉或铝镁合金粉。
12.一种本发明所述的复合氟硅烷包覆铝基合金粉的制备方法，方法步骤包括：（1）将第一氟硅烷和第二氟硅烷充分混合并自聚至溶液颜色不再变化，得到氟硅烷混合溶液；（2）将铝基合金粉加入有机溶剂中分散均匀，然后加入所述氟硅烷混合溶液，搅拌
10min~30min在铝基合金粉表面形成致密包覆层，离心、洗涤、干燥后得到一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉。
13.优选的，步骤（1）中，混合时按照氟硅烷的链长由短到长依次加入。
14.优选的，步骤（2）中，所述有机溶剂为正庚烷、乙酸乙酯、异丙醇、丙酮、无水乙醇和正己烷中的一种以上。
15.一种本发明所述的复合氟硅烷包覆铝基合金粉的应用，所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉作为固体推进剂的高能添加剂使用。
16.有益效果本发明提供了一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉，与单一氟硅烷包覆相比，特定组成及含量的复合氟硅烷对铝基合金粉包覆时，氟硅烷之间的聚合产物也会在合金粉上进行包覆，使得包覆层更加致密，大大提高了其储存性能，且在储存一定时间内包覆层不发生明显脱落，具有较好的长期稳定性，且成品粉较细腻，可以很好改善合金粉的团聚现象。此外，还具有良好的疏水性能，提高了合金粉在液相中的稳定性。
17.本发明提供了一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉的制备方法，首先将特定的氟硅烷进行混合自聚得到氟硅烷溶液，然后通过对铝基合金粉进行改性使其获得一定的液相稳定性，进而能在热水和ap水溶液中稳定存在两个小时以上不发生反应，改善了合金粉在推进剂中相容性差的问题。
18.本发明提供了一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉的应用，经过复合氟硅烷处理过的铝基合金粉的燃烧热相比于原粉有明显增加，而且经过复合氟硅烷处理后的合金粉得到一定程度的钝化，进而可提供合金粉和推进剂中的其他组分相容性。另外，其增加的燃烧热也提高了推进剂的燃烧性能。
附图说明
19.图1为实施例1中复合氟硅烷包覆的铝锂合金粉(左)与对比例1中单一氟硅烷包覆的铝锂合金粉(右)在保存一星期后的扫描电镜照片对比图。
20.图2为实施例1中复合氟硅烷包覆的铝锂合金粉(左)与初始铝锂合金粉(右)在液相中的稳定性对比图。
21.图3为实施例1中复合氟硅烷包覆的铝锂合金粉与水的接触角。
具体实施方式
22.下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
23.对比例1在常温常压下，将10g铝锂合金粉加入到200ml乙酸乙酯中，锂含量为5%，粒径为50μm。超声10min后向其中加入4g全氟癸基三甲氧基硅烷，搅拌20min使氟硅烷在铝锂合金表面进行致密包覆；返应结束后经离心、洗涤、离心、干燥，得到一种单一氟硅烷包覆的铝锂合金粉。
24.实施例1将三氟丙基三甲氧基硅烷、全氟十二烷三氯硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷按照质量比为1:1.25:0.75充分混合至溶液呈黑色，得到氟硅烷混合溶液；
在常温常压下，将10g铝锂合金粉（锂含量为5%，粒径为50μm）加入到200ml乙酸乙酯中，超声10min后向其中加入4g氟硅烷混合溶液，搅拌20min使氟硅烷在铝锂合金表面进行致密包覆；经离心、洗涤、离心、干燥，得到一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉。
25.将本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉存放一个星期后的电镜图（图一左）与对比例1中单一氟硅烷包覆的铝锂合金粉存放一星期后的电镜图（图一右）进行比较，如图1所示，经过对比发现，本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉在储存一星期后包覆层仍然致密且稳定。但在储存一星期后对比例1中单一氟硅烷包覆的铝锂合金粉表面出现了包覆层脱落（包覆层上细小孔洞）。说明本实施例所制成的改性合金粉相比于单一氟硅烷包覆的改性合金粉有更好的储存性能。
26.将本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉和初始铝锂合金粉放入70℃的热水中进行对比，如图2所示，从本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉在70℃热水下存在3h后的图片（左）可以看到表面并未发生反应。初始铝锂合金粉在25℃水中存在1min后的图片（右），可以看到其剧烈反应。这说明经多种氟硅烷包覆后的合金粉在液相环境中具有一定的稳定性。此外，将本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉和初始铝锂合金粉放入ap水溶液中2h，无气体释放，且微观形貌未发生变化。
27.为了证实本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉具有一定的疏水性以增加其在环境中的储存性能，对其进行水的接触角测试结果如图3所示，与水的接触角可以超过90度，具备良好的疏水性能。
28.实施例2将九氟己基三乙氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟十二烷三氯硅烷和全氟癸基三乙氧基硅烷按照质量比为1:0.25:0.75:0.5充分混合至溶液呈黑色，得到氟硅烷混合溶液；在常温常压下，将20g铝锂合金粉（锂含量为5%，粒径为50μm）加入到300ml乙酸乙酯中，超声10min后向其中加入6g氟硅烷混合溶液，搅拌30min使氟硅烷在铝锂合金表面进行致密包覆；经离心、洗涤、离心、干燥，得到一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉。
29.本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉存放一个星期后后包覆层仍然致密且稳定。
30.将本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉分别放入70℃的热水和ap水溶液中微观形貌未发生变化，说明经多种氟硅烷包覆后的合金粉在液相环境中具有一定的稳定性。
31.本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉与水的接触角可以超过90度，具备良好的疏水性能。
32.实施例3将六氟丁基三乙氧基硅烷、全氟十二烷三氯硅和全氟癸基三乙氧基硅烷按照质量比为1:1:1充分混合至溶液呈黑色，得到氟硅烷混合溶液；在常温常压下，将10g铝锡合金粉（锡含量为5%，粒径为30μm）加入到200ml无水乙醇中，超声10min后向其中加入5g氟硅烷混合溶液，搅拌30min使氟硅烷在铝锂合金表面进行致密包覆；经离心、洗涤、离心、干燥，得到一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉。
33.本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉存放一个星期后后包覆层仍然致密且
稳定。
34.将本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉分别放入70℃的热水和ap水溶液中微观形貌未发生变化，说明经多种氟硅烷包覆后的合金粉在液相环境中具有一定的稳定性。
35.本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉与水的接触角可以超过90度，具备良好的疏水性能。
36.实施例4将九氟己基三乙氧基硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷和全氟十二烷三氯硅烷按照质量比为1:1:0.75充分混合至溶液呈黑色，得到氟硅烷混合溶液；在常温常压下，将20g铝镁合金粉（镁含量为4.7%，粒径为65μm）加入到200ml无水乙醇中，超声10min后向其中加入5g氟硅烷混合溶液，搅拌30min使氟硅烷在铝锂合金表面进行致密包覆；经离心、洗涤、离心、干燥，得到一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉。
37.本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉存放一个星期后后包覆层仍然致密且稳定。
38.将本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉分别放入70℃的热水和ap水溶液中微观形貌未发生变化，说明经多种氟硅烷包覆后的合金粉在液相环境中具有一定的稳定性。
39.本实施例所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉与水的接触角可以超过90度，具备良好的疏水性能。
40.综上所述，发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉，其特征在于：采用氟原子数小于等于九的第一氟硅烷和氟原子数大于九的第二氟硅烷复合后对铝基合金粉进行包覆，第一氟硅烷和第二氟硅烷的总量为所述铝基合金粉质量的20%~50%，第一氟硅烷和第二氟硅烷的质量比为1:1.25~3.5。2.如权利要求1所述的一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉，其特征在于：所述第一氟硅烷为三氟丙基三甲氧基硅烷、六氟丁基三乙氧基硅烷、九氟己基三乙氧基硅烷、九氟己基三甲氧基硅烷和三甲基五氟苯基硅烷中的一种以上。3.如权利要求1所述的一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉，其特征在于：所述第二氟硅烷为全氟辛基三氯硅烷、全氟癸基三甲氧基硅烷、全氟十二烷基三氯硅烷、全氟癸基三乙氧基硅烷、全氟癸基三异丙氧基硅烷和全氟辛磺酰氨丙基中的一种以上。4.如权利要求1所述的一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉，其特征在于：所述铝基合金粉中铝的含量为90%~98%。5.如权利要求1所述的一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉，其特征在于：所述铝基合金粉的粒径为5μm~50μm。6.如权利要求1所述的一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉，其特征在于：所述铝基合金粉为铝锂合金粉、铝锡合金粉或铝镁合金粉。7.一种如权利要求1~6任意一项所述的复合氟硅烷包覆铝基合金粉的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：（1）将第一氟硅烷和第二氟硅烷充分混合并自聚至溶液颜色不再变化，得到氟硅烷混合溶液；（2）将铝基合金粉加入有机溶剂中分散均匀，然后加入所述氟硅烷混合溶液，搅拌10min~30min在铝基合金粉表面形成致密包覆层，离心、洗涤、干燥后得到一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉。8.如权利要求7所述的一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，混合时按照氟硅烷的链长由短到长依次加入。9.如权利要求7所述的一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述有机溶剂为正庚烷、乙酸乙酯、异丙醇、丙酮、无水乙醇和正己烷中的一种以上。10.一种如权利要求1~6任意一项所述的复合氟硅烷包覆铝基合金粉的应用，其特征在于：所述复合氟硅烷包覆铝基合金粉作为固体推进剂的高能添加剂使用。

技术总结
本发明涉及一种复合氟硅烷包覆铝基合金粉、制备方法及其应用，属于含能材料技术领域。采用氟原子数小于等于九的第一氟硅烷和氟原子数大于九的第二氟硅烷复合后对铝基合金粉进行包覆，第一氟硅烷和第二氟硅烷的总量为所述铝基合金粉质量的20%~50%，第一氟硅烷和第二氟硅烷的质量比为1:1.25~3.5。与单一氟硅烷包覆相比，特定组成及含量的复合氟硅烷对铝基合金粉包覆时，氟硅烷之间的聚合产物也会在合金粉上进行包覆，使得包覆层更加致密，大大提高了其储存性能，且在储存一定时间内包覆层不发生明显脱落，具有较好的长期稳定性。此外，还具有良好的疏水性能，提高了合金粉在液相中的稳定性。稳定性。稳定性。


技术研发人员：邹美帅 付泓迪 王硕 徐康程 刘炫验
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/10/11