PTFE/Al反应材料制备工艺及性能

氟聚物基反应材料是一种主要由氟聚物和金属填料组成的亚稳态含能复合材料,也是近年来国外研究报道较多的一种新型含能材料。采用冷压、热烧结法制备了PTFE/Al反应材料,测试了其理化性能、热分解性能和力学性能,在此基础上,进一步研究了压制成型和烧结工艺参数。

硫酸钡填充改性对PTFE密封材料性能的影响

采用冷压和自由烧结工艺制备硫酸钡填充改性聚四氟乙烯(PTFE)密封材料。实验研究了硫酸钡表面处理方法、颗粒粒径及其体积含量对材料性能的影响,并对改性机理进行了分析。研究结果表明,采用钛酸酯偶联剂NDZ-401可以较好地改善填料颗粒和PTFE基体间的界面结合度,有利于提高材料性能;采用小粒径硫酸钡填充PTFE材料可有效降低材料的应力松弛率,但拉伸强度下降明显;大粒径硫酸钡的填充改性效果优于小粒径,且当其体积含量约为26%时,可获得综合性能较好的PTFE密封复合材料。

高Al含量PTFE基材料爆炸冲击压缩特性及反应行为

针对PTFE/Al含能材料在战斗部中的应用需求,研究其在爆炸冲击加载下的压缩特性及反应行为.利用炸药透镜产生平面波加载含能材料的方法,通过锰铜压阻传感器测量被加载的PTFE/Al(质量分数50%,50%)含能材料内的不同位置处压力时间关系.根据测量数据,得到材料Hugoniot曲线、Murnagham等熵方程与Grüneisen状态方程.结果表明,PTFE/Al含能材料的冲击反应有延迟现象,反应延迟时间在1.0~2.6μs之间,爆炸冲击载荷引发材料反应的最小压力在11.93~17.98 GPa之间.

PTFE/Al复合材料的冲击反应阈值试验研究

通过16mm口径气枪发射PTFE/Al圆柱破片碰撞靶板的试验和冲击压缩的理论分析,研究了该材料在冲击条件下的反应阈值。实验中,通过4种试样长度、不同发射速度以及2024铝、45号钢和LDPE这3种靶板材料的组合,对比分析了碰撞应力和应变率对反应的影响,同时获得了PTFE/Al材料的冲击反应阈值。实验结果表明:碰撞应力和应变率均对PTFE/Al的冲击反应有影响,并且共同决定材料的反应情况;碰撞应力和应变率均高于临界值是PTFE/Al材料出现反应的必要条件。综合实验数据提出,PTFE/Al材料在本文所研究条件下反应的临界应力和应变率阈值分别为665 MPa和6 594s^(-1)。

ZrH_(2)填充改性Al/PTFE的力学响应与毁伤性能

为了研究ZrH_(2)对Al/PTFE反应材料力学响应与毁伤性能的影响,采用冷压烧结工艺制备了Al/ZrH_(2)/PTFE、Al/PTFE和纯PTFE三种材料的圆柱体与药型罩试件,通过准静态压缩、落锤冲击和高速撞靶实验,对三种材料的力学性能、撞击感度与撞靶毁伤效能进行了对比研究。实验结果表明:三种PTFE基材料均为弹塑性材料,都存在应变硬化效应,质量分数为10%的ZrH_(2)能提高Al/PTFE反应材料的力学强度,使其屈服强度与失效应力分别达到22.2 Mpa与93.3 Mpa,也可降低材料撞击感度,使其点火激发能增加1.93 J,并通过活化分解参与反应保证材料能量释放水平不受影响。两种含能药型罩在撞靶过程中能发生撞击释能反应,产生穿/扩孔综合效应,形成花瓣式外翻的穿孔形式,与惰性毁伤元相比,反应材料的撞击-反应双重毁伤效应能大幅提升其扩孔能力,在Al/PTFE反应材料中引入适量添加剂ZrH_(2),能进一步增强材料的撞靶毁伤效能。

碳纤维对PTFE/Al反应材料动态力学行为和点火特性影响研究

本研究旨在探讨短切碳纤维(carbon fiber,CF)单丝对聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)反应材料动态力学和点火特性的影响.首先,制备了PTFE/Al和PTFE/Al/CF反应材料,开展了材料的动态力学性能测试,获得了力学性能与点火参数,记录了冲击压缩过程.结果表明,添加CF导致PTFE/Al材料的弹性模量大幅降低,弹性模量因子的应变率效应与失效应变因子的应变率效应降低.在此基础上,分析了不同CF质量分数对反应材料的冲击压缩过程与回收试件、冲击点火速度(应变率)阈值的影响.结果表明,纤维通过固结强化作用,低CF质量分数的PTFE/Al/CF试件具有较好的抗动态压缩性和能量吸收效果.随着CF质量分数的提高,TFE/Al/CF反应材料速度(应变率)点火阈值降低,反应强度和反应时间有提高.为碳纤维填充改性PTFE/Al反应材料的设计和冲击应用提供参考.

基于CT图像的Al/PTFE反应材料冲击压缩行为的三维细观模拟研究

为了研究铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)反应材料的细观冲击响应,采用理论与数值模拟的方法对Al/PTFE反应材料的冲击压缩行为进行了研究。基于三项式物态方程和混合物叠加原理,计算了Al/PTFE反应材料的冲击Hugoniot曲线及Al与PTFE材料的冲击压力—冲击温升关系;采用纳米CT获得了材料的三维细观图像,并采用数字图像处理和网格映射方法,建立了基于材料真实细观结构的三维有限元模型,计算获得的冲击Hugoniot关系与理论结果吻合较好。数值模拟研究结果表明,Al/PTFE反应材料在细观冲击压缩过程中,材料细观尺度上的波阵面呈不平整状态;铝颗粒主要受到沿冲击方向上的压缩作用,形状并未发生明显改变,W颗粒的加入使邻近的Al颗粒剧烈变形;冲击压缩后PTFE基体的温度明显高于Al颗粒的温度。当撞击速度为1500m/s时,PTFE基体的温度达3000K以上,而铝颗粒仅为400K左右。

Fe颗粒增强Al/PTFE反应材料的力学性能、冲击反应特性及能量释放效应

铝/聚四氟乙烯(Al/PTFE)复合材料是一种非常有前景的反应结构材料。为了提高材料的力学性能和反应性,将Fe颗粒加入Al/PTFE反应材料中。对Al/PTFE/Fe反应材料进行准静态和动态压缩试验,观察到明显的应变和应变率硬化现象,且当Fe含量为30%(质量分数)时,在5000 s^(-1)的应变率下,抗压强度达191.8 MPa,较Al/PTFE提升了39%。定向的PTFE纳米纤维丝能有效地阻碍裂纹的扩展。通过高速摄影对霍普金森杆和落锤冲击下的能量释放进程进行观察,且通过新设计的装置对反应活性进行定量表征。结合TG-DSC和XRD,明确了Al/PTFE和Al/Fe之间的反应。通过霍普金森杆的实验数据建立Johnson-Cook本构模型,模型结果与实验数据吻合较好。在冲击状况下,材料的反应性是多重行为的结果。

PTFE/Al/Fe_2O_3三元反应材料的力学及反应性能

为研究PTFE/Al/Fe_2O_3反应材料在准静态压缩和落锤撞击条件下的力学响应和反应特性,在PTFE/Al基础配方中加入不同体积分数的Fe_2O_3,制备了PTFE/Al/Fe_2O_3三元反应材料,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对材料进行了表征,并用准静态压缩和落锤撞击试验研究了材料的力学和反应性能。结果表明,随着Fe_2O_3含量的增加,PTFE/Al/Fe_2O_3反应材料压缩强度先增加后减小,当Fe_2O_3体积分数为15%时,材料的压缩强度达到最大,为88MPa;含Fe_2O_3体积分数5%的反应材料在准静态压缩和落锤撞击条件下均能发生剧烈的爆炸反应,但对其反应产物的XRD分析表明,Fe_2O_3与Al之间的铝热反应并未被触发;Fe_2O_3体积分数为15%和25%的反应材料在准静态压缩条件下未见发火现象,但在落锤撞击试验中,发生了剧烈的爆炸和燃烧,并在其反应产物中检测到了AlF_3、Al_2O_3、Fe、FeF_2、FeO(OH)的衍射峰,表明发生了铝热反应。

Al/PTFE/SiC反应材料准静压性能研究

为了研究加入纳米SiC后Al/PTFE/SiC反应材料准静态压缩的力学性能和反应影响因素,采用模压烧结工艺制备了5类不同SiC含量的Al/PTFE/SiC试件,并开展准静态压缩实验,得到了真实应力应变曲线;根据试件的失效形貌特征,分析了准静态压缩下材料的力学性能和反应影响因素。结果表明:添加纳米SiC可提高Al/PTFE材料的弹性模量和屈服强度,降低失效应变值,少量的纳米SiC可提高Al/PTFE/SiC材料的抗压强度。

填充改性PTFE复合材料蠕变性能的研究进展

介绍了近年来国内对不同填料填充PTFE复合材料压缩蠕变性能的研究,并指出了未来研究的方向。

超高速撞击下PTFE/Al含能材料薄板的载荷特性分析

不同于传统惰性材料的空间碎片防护结构,含能材料防护结构在超高速撞击下的冲击起爆特性是其防护能力得以提高的根本原因。PTFE/Al含能材料防护结构的冲击起爆特性改变了弹丸强冲击载荷下的破碎机制,弹丸内部的冲击压力对于分析含能材料在超高速撞击下的防护机理具有重要意义。对超高速撞击试验中回收的PTFE/Al防护结构后板进行损伤特性分析,获得了对应速度条件下弹丸的破碎特性。基于一维冲击波理论,分析PTFE/Al靶板在超高速撞击条件下的冲击响应过程,结合考虑化学反应效率的热化学反应模型,获得了弹丸在碰撞与爆炸联合作用下的载荷特性,通过与试验结果对比验证,获得该材料完全反应的临界撞击速度约为1800 m/s,弹丸的临界破碎速度为2875 m/s,小于铝防护结构中对应的临界破碎速度。给出了弹丸在PTFE/Al、铝两种防护结构中产生相同冲击压力时对应的临界速度,分别为弹道段的800 m/s和破碎段的3580 m/s。

填充改性聚四氟乙烯复合材料研究进展

介绍了近年来国内在填充改性聚四氟乙烯(PTFE)复合材料方面的研究进展,对填料种类以及PTFE复合材料性能的研究现状进行了阐述,并指出了未来需要努力的方向。

超微细改性Al(OH)_3填充LDPE/EVA的研究

Al(OH)3是LDPE/EVA主要的阻燃、消烟填充剂。研究了不同粒度、表面处理及填充量的Al(OH)3对LDPE/EVA的氧指数(OI)、烟密度等级(SDR)和物理机械性能的影响。

Al/PTFE活性材料冲击载荷作用下响应特性研究

为了研究铝(Al)/聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)活性材料冲击载荷作用下响应特性,制备了具有反应活性的Al/PTFE块体材料,设计了拉氏实验,采用不同厚度的铝隔板控制入射冲击波幅值,利用锰铜压阻计测量了冲击波在材料中传播过程压力演化过程。同时,基于AUTODYN有限元软件,采用Lee-Tarver三项式点火模型对Al/PTFE活性材料拉氏实验进行数值模拟,并探讨了冲击波在500 mm长的Al/PTFE活性材料中长距离传播行为。研究结果表明,冲击波压力在Al/PTFE活性材料内短距离传播过程中存在明显的衰减,但是,当冲击波传播到远距离时,冲击波压力幅值和冲击波速度趋于稳定,分别为1.3 GPa和2180 m/s;同时,距离铝隔板越远的材料,其反应度越低并最终趋于0.17。正是由于材料化学反应释能,导致了冲击波压力传播过程最终趋于稳定状态。

钨含量对氟聚物基含能材料放热反应与燃烧性能的影响

为了探索钨对氟聚物基含能材料放热反应与燃烧性能的影响,采用双重球磨混料工艺制备了不同钨含量的氟聚物基含能材料,借助SEM和XRD表征了含能材料燃烧反应前后的微观结构;用氧弹量热仪和同步热分析仪(TG-DSC)分析了含能材料放热反应的释能密度和反应机理,并利用高速热成像相机对含能材料的燃烧特性进行评价。结果表明,随着钨质量分数由0增至30%,氟聚物基含能材料的放热反应释能密度由3690 J/g降至2695 J/g,燃烧速率从40.5 mm/s降至19.6 mm/s;不加钨时,含能材料燃烧火焰的温度最低;随着钨含量增加,火焰温度先显著升高然后缓慢降低;这是由于钨的加入减缓了Al与PTFE放热反应的热量传递,推迟了Al与Fe_(2)O_(3)的放热反应进程。加入钨后生成W_(2)C的反应造成了更多放热反应累积叠加,使氟聚物基含能材料产生更剧烈的燃烧反应过程和更高的火焰温度。

Al/PTFE活性材料在炸药爆轰作用下的响应特性研究

为探究铝—聚四氟乙烯(Al/PTFE)活性材料在炸药爆轰作用下的响应特性,采用JO-8及DHL两种高爆速炸药对活性材料进行了端面及对碰爆轰加载试验。通过转镜式高速扫描相机记录了炸药爆轰波及活性材料激发的响应迹线,并结合理论分析获取了2种爆轰加载方式下活性材料内的冲击波压力值。结果表明:端面爆轰加载下,Al/PTFE活性材料在初始高压约为33.59 GPa的入射冲击波作用下发生剧烈反应,但随着冲击波压力衰减,反应速率迅速降低,表明该活性材料不能发生自持爆轰;对碰爆轰加载下,Al/PTFE活性材料受到持续高压作用,虽然由滑移爆轰加载产生的入射冲击波初始压力仅为15.76 GPa,但冲击波在活性材料的中心处发生汇聚叠加,形成高压集中区,在该区域内发生了“类爆轰”反应,反应速率达到4 mm/μs,但其反应过程还需要进一步研究。此外,研究还表明,同轴组合装药结构可使活性材料受到炸药爆轰产生的持续强冲击加载,不仅能够显著提升其反应速率,还可避免其反应无法自持的问题,可为相关战斗部装药的设计提供参考。

TiH_2含量对Al/PTFE准静态压缩力学性能和反应特性的影响

为了研究铝/氢化钛/聚四氟乙烯(Al/TiH_2/PTFE)反应材料的力学性能和反应特性,采用冷等静压和真空烧结工艺制备了四种不同TiH_2含量(0%,5%,10%,20%)的试件,同时制备了不含活性Al颗粒的TiH_2/PTFE试件作为对比组,对所有试件开展了准静态压缩实验。得到了不同TiH_2含量下试件的应力应变曲线及反应率数据,并记录下了试件的反应现象。对反应残渣进行了X射线衍射(XRD)物相分析,讨论了材料的反应机理。结果表明,TiH_2含量对材料性能和反应率影响显著,当TiH_2含量为5%时,反应率达到90%,材料强度达到最大值108MPa,比Al/PTFE类材料强度高15.1%;在TiH_2和Al含量相同时,TiH_2颗粒对PTFE基体增强作用大于Al颗粒;与Al/PTFE相比,含TiH_2的试件反应时出现了特殊的燃烧火苗现象,且该现象随TiH_2含量增加逐渐明显;材料断裂尖端高温引发Al与PTFE反应,使TiH_2活化,释放出氢,生成Ti C,能量释放充分,达到其作为高能添加剂的目的。

聚四氟乙烯复合材料填充改性研究进展

详细介绍了金属填料、无机物填料、有机物填料和纳米材料对聚四氟乙烯(PTFE)的填充改性研究,并提出填充改性PTFE研究建议。

不同纳米材料填充聚四氟乙烯复合材料的力学性能研究

对不同纳米材料Si3N4、SiC、石墨、碳纳米管(CNTs)填充聚四氟乙烯(PTFE)复合材料进行了拉伸和硬度试验,观察了复合材料拉伸断面的微观结构。结果表明:几种填料均能不同程度地提高PTFE的硬度。不同填料对PTFE拉伸性能的影响不同,纳米SiC填充PTFE有较好的拉伸性能,碳纳米管的加入会使PTFE拉伸强度和断裂伸长率降幅较大,其复合材料呈脆性破坏。纳米SiC在PTFE基体中有较好的分散性,其与PTFE基体界面结合较好,而纳米Si3N4在PTFE中分散性不好,纳米石墨和碳纳米管与PTFE基体的界面结合不好。当SiC的质量分数为3%时,其综合性能最佳。