2009年,A N Sterletskii等人通過(guò)活化處理的方式減小Al粉粒徑,從而增加PTFE/Al復(fù)合材料組分之間的接觸面積,使體系的化學(xué)活性增強(qiáng)。J McCollum等人通過(guò)改變PTFE/Al復(fù)合材料中鋁粉粒徑的大小研究了復(fù)合材料中鋁粉粒徑對(duì)其熱反應(yīng)性能和燃燒性能的影響。

從燃燒方面來(lái)看,當(dāng)Al顆粒尺寸從80 nm增加到120 nm時(shí),燃燒速度從30.5 cm/s提高到45 cm/s,而當(dāng)Al顆粒尺寸進(jìn)一步增大到5500 nm時(shí),燃燒速率急劇下降到3.3 cm/s。另外在同樣的條件下,復(fù)合材料中兩種組分的混合均勻程度和組分之間的比例也對(duì)PTFE/Al復(fù)合材料的熱性能產(chǎn)生較大的影響。對(duì)于PTFE/Al復(fù)合物來(lái)說(shuō),改變Al粉粒徑相當(dāng)于改變Al粉顆粒與PTFE顆粒之間的接觸面積,小顆粒具有更大的接觸面積,所以在燃燒性能、熱分解性能、點(diǎn)火性能方面都具有更加優(yōu)異的表現(xiàn)。除了組分比例和組分粒徑之外,研究人員發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)也會(huì)影響其性能。并且復(fù)合材料中的金屬離子也不再局限于Al顆粒,還可以是其他活性金屬或者鋁熱劑。而同樣的,氧化劑也不再局限于PTFE,還可以是PVDF、THV等。
J Daniel等人提出一種泡沫結(jié)構(gòu)提升反應(yīng)性材料得強(qiáng)度,其中PTFE和Al就是構(gòu)成這種泡沫結(jié)構(gòu)的最理想的聚合物和金屬材料。在這里,Al作為泡沫的基體材料,空隙內(nèi)的填充物是包覆著填料顆粒的PTFE,該顆??梢允荕o、Os、Ti、B、Mn、Mg、A1、Ni和鋁熱劑等。一般情況下,聚合物在復(fù)合材料中占比65 wt%~85 wt%之間,而金屬則占比為15wt%~35 wt%之間。
在后續(xù)的研究中,D B Nielson等人又進(jìn)一步豐富了金屬/聚合物反應(yīng)材料的配方。表明除了PTFE之外,還可以用四氟乙烯/六氟丙烯/偏二氟乙烯的聚合物—THV作為泡沫結(jié)構(gòu)得基體物質(zhì)。同樣地,活性金屬除了常用的Al,還可以用W、Zr、Ti、Ni等金屬。與此同時(shí),D B Nielson等人也提出可以通過(guò)粘結(jié)劑、增塑劑的方法來(lái)提高了復(fù)合材料的可塑性,增強(qiáng)復(fù)合材料成型結(jié)構(gòu)。
隨著研究工作進(jìn)一步的深入,雙組分復(fù)合材料在燃燒性能、材料強(qiáng)度等方面比較受限于復(fù)合材料組分之間的反應(yīng)比較單一,因此通過(guò)添加催化劑來(lái)豐富復(fù)合材料的反應(yīng),從而獲得更好的性能。
M Gaurav等人在AP推進(jìn)劑的基礎(chǔ)上添加PTFE對(duì)Al分進(jìn)行火花處理,制備了三元的AP/PTFE/Al復(fù)合固體推進(jìn)劑,并對(duì)其燃燒性能進(jìn)行了研究。由于質(zhì)量擴(kuò)散距離較小,采用機(jī)械活化Al顆粒的推進(jìn)劑具有較高的燃速和較低的起始反應(yīng)溫度。
K L Olney等人制備出了具有不同微觀特征的Al/W/PTFE復(fù)合顆粒,并通過(guò)對(duì)復(fù)合顆粒的材料強(qiáng)度、損傷特征和沖擊壓縮動(dòng)力學(xué)特征的表征測(cè)試,以及沖擊壓縮特性圍觀行為的仿真模擬研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,金屬W的加入有效地提升了復(fù)合材料的強(qiáng)度。
另外,ZhangXF等人在固定了Al與PTFE質(zhì)量比的前提條件下,研究了不同W含量的Al/W/PTFE三元反應(yīng)性材料的壓縮特性。研究結(jié)果也表明,W在反應(yīng)材料中的含量會(huì)影響材料的強(qiáng)度,而當(dāng)W的含量上升到一定程度時(shí),復(fù)合材料就會(huì)轉(zhuǎn)化為脆性材料。
以上研究表示在加入第三種材料之后,復(fù)合材料的燃燒性能、力學(xué)強(qiáng)度等都有了一定的提升,所以多元材料的發(fā)展是提升材料性能的有效途徑。反應(yīng)性材料具有優(yōu)異的性能,能應(yīng)用到比較廣泛的領(lǐng)域,但是在特定的應(yīng)用環(huán)境里面因能量過(guò)高而無(wú)法使用,所以有研究人員在能量調(diào)控方面進(jìn)行了研究,以獲得更加全面的含能材料。
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