金屬基高熱劑濕法制粒技術(shù)

賈栓柱，杜仕國(guó)，甄建偉，翟研研

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

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

1 試驗(yàn)試劑及儀器

復(fù)合鋁熱劑制粒試驗(yàn)所需試驗(yàn)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(hào)和生產(chǎn)廠家見表1所示。

復(fù)合鋁熱劑制粒試驗(yàn)所需試驗(yàn)儀器及檢測(cè)設(shè)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(hào)和生產(chǎn)廠家見表2所示。

表1 試驗(yàn)試劑

表2 試驗(yàn)儀器及檢測(cè)設(shè)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(shí)提高反應(yīng)蔓延速率，將鋁熱劑制粒，再用膠體粘結(jié)劑進(jìn)行粘結(jié)，達(dá)到增加鋁熱劑實(shí)際含量，增加實(shí)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(guò)分析圖1中干法制粒與濕法制粒的特點(diǎn)，決定采用濕法制粒中的擠壓-滾圓法，以達(dá)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(yīng)用過(guò)程中具有一定流動(dòng)性的要求，需要將鋁熱劑顆粒大小控制在3 mm以下，根據(jù)圖1所示的微丸制備方法對(duì)鋁熱劑進(jìn)行制粒。同時(shí)為保證復(fù)合鋁熱劑顆粒的粒度集中率，本文選取擠壓-滾圓的工藝進(jìn)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(zhuǎn)動(dòng)頻率與軸一致，剪切扇分為3片，軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈對(duì)擠出條狀鋁熱劑剪切3次，形成直徑為2 mm，長(zhǎng)度為2 mm的圓柱狀，再落入離心機(jī)滾圓。

圖1 制粒方法

圖2 擠壓裝置原理圖

2.2 制粒粘結(jié)劑的選取

煙火劑中常用濕法粘結(jié)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(jié)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(jī)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(jié)劑。干性油具有不可燃的性質(zhì)，因此本試驗(yàn)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(hào)12345濃度/%5791113

在每100 g復(fù)合鋁熱劑分別加入20 g明膠溶液對(duì)鋁熱劑擠壓-滾圓法進(jìn)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(cè)試

藥粒在運(yùn)輸與運(yùn)用過(guò)程中，會(huì)因?yàn)楦鱾€(gè)藥粒間、藥粒與容器間的碰撞和擠壓發(fā)生破碎，這不僅會(huì)影響產(chǎn)品性能，甚至?xí)o未爆彈藥的銷毀產(chǎn)生不利后果。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用情況，顆粒主要承受振動(dòng)、摩擦等物理因素。而脆碎度[6]是反應(yīng)片劑抗振耐磨能力的指標(biāo)，當(dāng)脆碎度小于1%時(shí)責(zé)滿足標(biāo)準(zhǔn)。因此，選取脆碎度作為衡量指標(biāo)對(duì)鋁熱劑顆粒進(jìn)行測(cè)試。不同濃度膠體的顆粒脆碎度如圖5所示。

根據(jù)圖4、圖5可知，隨著明膠濃度的增高，脆碎度逐漸下降，當(dāng)濃度達(dá)到11%時(shí)，脆碎度在1%左右，脆碎度趨于穩(wěn)定，干燥后明膠在復(fù)合鋁熱劑顆粒中質(zhì)量在2%左右，均在理想范圍。因此，試驗(yàn)選定在每100 g復(fù)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(jié)論

通過(guò)擠壓滾圓濕法制粒，利用明膠溶液將復(fù)合鋁熱劑制為直徑大小為1～2 mm的顆粒，通過(guò)在每100 g鋁熱劑中加入濃度為5%～13%的明膠溶液制粒。當(dāng)明膠濃度達(dá)到11%時(shí)，脆碎度穩(wěn)定在1%左右，干燥后明膠在復(fù)合鋁熱劑顆粒中質(zhì)量在2%左右，即實(shí)現(xiàn)制粒目的，同時(shí)引入粘結(jié)劑質(zhì)量少。因此確定每100 g復(fù)合鋁熱劑中加入20 g濃度為11%的明膠溶液最佳。