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        金屬基高熱劑濕法制粒技術

        2019-05-05 08:57:58賈栓柱杜仕國甄建偉翟研研
        兵器裝備工程學報 2019年4期
        關鍵詞:制粒粘結劑膠體

        賈栓柱,杜仕國,甄建偉,翟研研

        (1.軍事科學院防化研究院, 北京 102200; 2.陸軍工程大學石家莊校區(qū),石家莊 050003;(3.保定市滿城區(qū)石井村學校, 河北 保定 072150)

        金屬基可燃膠體為膠體粘結劑與復合鋁熱劑配方混合制備而成,但在膠體粘結劑與復合鋁熱劑配方混合時,由于復合鋁熱劑粉體間間隙較多[1],導致膠體粘結劑在金屬基可燃膠體中所占質量比過高,因此為提高鋁熱劑含量,采取將復合鋁熱劑制粒的方法減小膠體粘結劑的充填間隙。

        1 試驗試劑及儀器

        復合鋁熱劑制粒試驗所需試驗試劑主要包括:鋁粉、四氧化三鐵、氧化銅、硝酸鉀、YO3、明膠等,其規(guī)格型號和生產廠家見表1所示。

        復合鋁熱劑制粒試驗所需試驗儀器及檢測設備主要包括:JM-12001電子天平、FT-2000脆碎度檢查儀,其儀器名稱及型號和生產廠家見表2所示。

        表1 試驗試劑

        表2 試驗儀器及檢測設備

        2 鋁熱劑顆粒的制備

        2.1 制粒方法的確定

        金屬基可燃膠體的制備,為提高鋁熱劑含量,同時提高反應蔓延速率,將鋁熱劑制粒,再用膠體粘結劑進行粘結,達到增加鋁熱劑實際含量,增加實際灼穿能力的目的。目前制粒主要分為濕法制粒、干法制粒與微丸制粒3種,其具體方法特性[2-5]如圖1所示。通過分析圖1中干法制粒與濕法制粒的特點,決定采用濕法制粒中的擠壓-滾圓法,以達到顆粒大小集中,圓整度高的目的。

        為滿足金屬基可燃膠體在應用過程中具有一定流動性的要求,需要將鋁熱劑顆粒大小控制在3 mm以下,根據圖1所示的微丸制備方法對鋁熱劑進行制粒。同時為保證復合鋁熱劑顆粒的粒度集中率,本文選取擠壓-滾圓的工藝進行制粒,并采用采用2 mm篩孔擠壓成形。擠壓裝置原理如圖2所示。

        擠壓鋁熱劑采用變螺距擠壓剪切裝置,螺旋葉片螺距為6 mm,外部剪切扇與軸相連,轉動頻率與軸一致,剪切扇分為3片,軸每轉動一圈對擠出條狀鋁熱劑剪切3次,形成直徑為2 mm,長度為2 mm的圓柱狀,再落入離心機滾圓。

        圖1 制粒方法

        圖2 擠壓裝置原理圖

        2.2 制粒粘結劑的選取

        煙火劑中常用濕法粘結劑包括:酚醛樹脂、蟲膠、松脂酸鈣、松香、干性油、蓖麻油、萘、明膠;但酚醛樹脂、蟲膠、松脂酸鈣、松香、萘、蓖麻油都溶于酒精,而可燃膠體粘結劑中的火棉膠中含有酒精成分,因此滿足要求的主要有干性油(不溶于有機溶劑、不軟化、不可燃)、明膠(溶于水、醋酸、甘油,不溶于乙醇、乙醚)二種粘結劑。干性油具有不可燃的性質,因此本試驗采用明膠溶液作為膠黏劑,明膠顆粒需要攪拌加熱直至溶解為粘稠液體,如圖3所示,放置降溫作為膠黏劑備用。

        為探究明膠溶液最佳濃度,分別配置不同濃度的明膠溶液,如表3所示。

        圖3 明膠溶液

        序號12345濃度/%5791113

        在每100 g復合鋁熱劑分別加入20 g明膠溶液對鋁熱劑擠壓-滾圓法進行制粒,烘干后鋁熱劑顆粒,如圖4所示,直徑在1~2 mm。

        圖4 鋁熱劑顆粒

        2.3 脆碎度測試

        藥粒在運輸與運用過程中,會因為各個藥粒間、藥粒與容器間的碰撞和擠壓發(fā)生破碎,這不僅會影響產品性能,甚至會給未爆彈藥的銷毀產生不利后果。根據實際生產、運輸、儲存、使用情況,顆粒主要承受振動、摩擦等物理因素。而脆碎度[6]是反應片劑抗振耐磨能力的指標,當脆碎度小于1%時責滿足標準。因此,選取脆碎度作為衡量指標對鋁熱劑顆粒進行測試。不同濃度膠體的顆粒脆碎度如圖5所示。

        根據圖4、圖5可知,隨著明膠濃度的增高,脆碎度逐漸下降,當濃度達到11%時,脆碎度在1%左右,脆碎度趨于穩(wěn)定,干燥后明膠在復合鋁熱劑顆粒中質量在2%左右,均在理想范圍。因此,試驗選定在每100 g復合鋁熱劑中加入20 g濃度為11%的明膠溶液最為合適。

        圖5 藥粒脆碎度

        3 結論

        通過擠壓滾圓濕法制粒,利用明膠溶液將復合鋁熱劑制為直徑大小為1~2 mm的顆粒,通過在每100 g鋁熱劑中加入濃度為5%~13%的明膠溶液制粒。當明膠濃度達到11%時,脆碎度穩(wěn)定在1%左右,干燥后明膠在復合鋁熱劑顆粒中質量在2%左右,即實現制粒目的,同時引入粘結劑質量少。因此確定每100 g復合鋁熱劑中加入20 g濃度為11%的明膠溶液最佳。

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