Al/PVDF-Al/CuO/PVDF层间堆积多层膜的制备及其燃烧性能研究

为了研究Al/CuO铝热剂的高能量释放速率对Al/PVDF薄膜燃烧性能的影响,采用静电喷雾沉积法将Al/CuO/5%PVDF或Al/CuO/10%PVDF铝热剂与Al/PVDF薄膜原位层间堆积得到多层复合薄膜,通过调控Al/CuO/PVDF铝热剂的组成结构和厚度来调控该薄膜的燃烧性能,获得了该多层薄膜的线性燃速、可视化火焰温度和归一化热密流随铝热剂组成和厚度的变化规律。结果表明,铝热剂的组成和厚度直接决定薄膜的燃速大小和燃烧传热方式,除了Al/PVDF-Al/CuO/5%PVDF 3层薄膜表现为对流燃烧,燃速(104±10)cm/s,火焰温度2700K,其他多层薄膜的燃速只有5.5~12.0cm/s、火焰温度只有1570~1700K,Al/PVDF层对Al/CuO/5%PVDF或Al/CuO/10%PVDF层的紧密约束将铝热剂燃烧的对流传热方式可能转化为热传导和热辐射传热。Al-PVDF反应和Al-CuO反应之间的相互作用削弱了Al/CuO/PVDF铝热剂的高能量密度和高能量释放速率优势。

静电喷雾法制备n-Al/PVDF复合粒子及其放热性能研究

采用静电喷雾法制备核壳结构纳米铝粉/聚偏二氟乙烯(n-Al/PVDF)复合粒子。为优化制备参数,设计了正交试验,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、差示扫描量热仪(DSC)等设备研究了静电喷雾过程中针头内径、推进速率、输出电压、接收距离等4种因素对制备的复合粒子形貌和放热性能的影响。结果表明:在0.51mm针头内径,1mL/h推进速率,10cm接收距离,12kV输出电压条件下制备的复合粒子形貌最为规整,平均粒径为75nm,与原料n-Al颗粒基本一致;PVDF包覆层厚度均匀,平均厚度为5nm。DSC测试结果显示,按此条件制备的样品在惰性气氛及空气气氛条件下放热量最大,且均大于其他条件下制备的样品,PVDF包覆层能够显著改善n-Al粉末能量释放效率,使铝粉反应更完全。

电泳沉积PVDF/Al/CuO复合含能薄膜及其燃烧性能研究

基于含氟聚合物的强氧化及含氟量高的特性,以聚偏二氟乙烯(PVDF)为代表,通过电泳技术,采用石胆酸(LCA)作为表面活性剂,制备了PVDF/Al/CuO有机/无机杂化含能薄膜,并对其组分、结构、形貌及含能特性进行了系统的表征。结果表明:PVDF电泳沉积过程中石胆酸的最佳添加剂量为3mL(1wt%);当PVDF添加量为2wt%时,PVDF/Al/CuO复合薄膜的燃烧性能最好,热释放能量达3924J/g,远远高于Al/CuO的热释放能量。产生上述实验结果的主要原因是PVDF本身具有氧化特性,能够与铝发生化学反应,释放热量;此外,PVDF热分解产生的氟能够腐蚀铝表面的钝化膜,进而释放活性铝,极大提升了Al/CuO体系的能量释放效果。

Al_2O_3/PVDF杂化膜的制备及凝胶相变过程的研究

利用乙烯基三甲氧基硅烷为偶联剂,异丙醇铝(AIP)为无机前驱体,与KOH甲醇溶液改性的聚偏氟乙烯(PVDF)混合形成铸膜液,通过相转化法制备具有化学键相结合的Al2O3/PVDF杂化膜。研究了杂化制膜液体系相行为及凝胶沉淀过程动力学过程,探讨了AIP对杂化膜结构和性能影响的机理。结果表明:加入AIP后,铸膜液的粘度增加,且AIP含量的增加会改变铸膜液体系的相平衡关系,使其成为热力学不稳定体系,降低其对非溶剂的容纳能力,从而加速铸膜液的凝胶化过程。凝胶化初期成膜过程胶凝速度最快,之后随时间的延长而逐渐减慢。不同的铸膜液体系的胶凝速度不同。随着AIP含量的增多,凝胶速度增加,体系发生相分离的速度变快,但当AIP含量达到20%时,凝胶速率反而下降。