專利名稱：一種超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒及其制備方法，屬于火炸藥和推進(jìn)劑用硼粉燃料復(fù)合造粒領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硼具有高的體積熱值和質(zhì)量熱值，是目前唯一能使固沖發(fā)動(dòng)機(jī)比沖達(dá)到IOkN · S/ kg以上的推進(jìn)能源。使用未經(jīng)處理的硼粉開展含硼富燃料推進(jìn)劑的制備主要面臨如下幾個(gè)問(wèn)題1、硼粉表面的硼酸等物質(zhì)與推進(jìn)劑體系粘結(jié)劑端羥基聚丁二烯(HTPB)反應(yīng)，導(dǎo)致工藝性能惡化；2、硼粉粒徑過(guò)小，比表面積大，添加量受限；3、硼燃燒時(shí)表面形成氧化膜， 阻礙進(jìn)一步燃燒，燃燒性能差。多年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)含硼推進(jìn)劑進(jìn)行了大量研究，結(jié)果表明對(duì)硼顆粒進(jìn)行團(tuán)聚，可減小比表面值，增大添加量，同時(shí)在團(tuán)聚硼粉表面形成包覆膜阻隔硼酸與 HTPB直接接觸，另外團(tuán)聚過(guò)程中可以添加促燃成分和改善燃燒性能。可見對(duì)硼的團(tuán)聚是解決上述問(wèn)題的有效途徑。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的團(tuán)聚硼粉制備主要采用噴霧干燥法、離心造粒法、捏合造粒法和擠壓造粒法，但噴霧干燥法制備的顆粒致密度低、離心造粒法起核困難、捏合造粒法和擠壓造粒法制備的顆粒存在顆粒范圍小和球形度差的缺點(diǎn)，并且一般制備效率低下，無(wú)法高效制備致密球形的團(tuán)聚硼粉。公開號(hào)為CN101734680A (申請(qǐng)?zhí)枮?00910273247)的中國(guó)專利申請(qǐng)涉及利用噴霧干燥法制備球形無(wú)定形硼粉的方法。這種方法制備的團(tuán)聚顆粒球形度、顆粒分散性和流動(dòng)性能良好，能夠使粉末的包覆和團(tuán)聚一步實(shí)現(xiàn)，并且顆粒能保持原來(lái)的性狀，而且能夠?qū)崿F(xiàn)批量化生產(chǎn)，適合工業(yè)應(yīng)用。但此方法生產(chǎn)的團(tuán)聚硼粉采用水和聚乙二醇作為粘結(jié)體系， 導(dǎo)致團(tuán)聚硼粉含能效果差，并且致密度和顆粒強(qiáng)度低，不適合直接向推進(jìn)劑體系中添加。公開號(hào)為CN101531556A (申請(qǐng)?zhí)枮?00910022197. 8)的中國(guó)專利申請(qǐng)涉及一種將硼粉采用捏合機(jī)造粒的方法。公開號(hào)為CN101805238A (申請(qǐng)?zhí)枮?01010131010)的中國(guó)專利申請(qǐng)涉及采用將硼粉預(yù)混和后擠壓過(guò)篩的制備方法。采用捏合機(jī)造粒和擠壓過(guò)篩制備的顆粒致密度較高，但只適合做較大顆粒并且粒度范圍小，同時(shí)制備的顆粒物質(zhì)均勻性較差。 制備的顆粒并非嚴(yán)格意義的球形，并且顆粒不易分散。因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)粒度級(jí)配，會(huì)出現(xiàn)堆積空隙且聚硼粉內(nèi)部物質(zhì)并不均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在綜合離心造粒和噴霧干燥的優(yōu)點(diǎn)，利用噴霧干燥法制備細(xì)粒徑團(tuán)聚硼粉顆粒，制備出的小顆粒充當(dāng)離心造粒用母核，解決離心造粒法難以起核的問(wèn)題，利用噴霧造粒-離心制粒的復(fù)合造粒方法制備出超細(xì)硼粉團(tuán)聚顆粒。采用噴霧干燥制備的母核，顆粒圓整，生產(chǎn)效率高，適合批量化生產(chǎn)；向離心造粒機(jī)中引入噴霧干燥制備的母核，可以有效解決超細(xì)粉末在離心造粒機(jī)內(nèi)難以起核的問(wèn)題，解決了硼粉大量飄飛損失，生產(chǎn)效率低下的問(wèn)題。采用本方法制備出的團(tuán)聚硼粉顆粒強(qiáng)度高，球形度高，粒徑可控，且制備效率高。
通過(guò)噴霧造粒一離心制粒復(fù)合工藝，高效制備了 50 500 μ m粒徑可控、球形圓整度好、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、致密度大于1. 8g/cm3、功能組分比例可調(diào)的超細(xì)硼粉致密球形團(tuán)聚體， 有效避免了常規(guī)技術(shù)針對(duì)硼粉類超細(xì)輕質(zhì)粉末造粒時(shí)制備效率低下、致密度低、起核困難和粒度不易控制等難題。本發(fā)明的上述目的通過(guò)一種超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒的制備方法實(shí)現(xiàn)， 該方法包括如下步驟
(1)真空烘干將超細(xì)硼粉進(jìn)行70 90°C真空烘干處理，處理時(shí)間為1 6小時(shí)；
(2)噴霧干燥制備母核將步驟(1)所述處理后的硼粉、粘結(jié)劑、有機(jī)稀釋劑和功能助劑添加到球磨筒中，硼粉、粘結(jié)劑、稀釋劑和功能助劑的質(zhì)量比為100 6 20 100 300 1 15，通過(guò)3 30小時(shí)滾筒球磨制備料漿，采用噴霧干燥制粒法制備出25 80 μ m細(xì)小球形團(tuán)聚顆粒；
(3)離心造粒將上述細(xì)小顆粒經(jīng)熱固化處理后直接引入離心造粒機(jī)中充當(dāng)母核，通過(guò)離心造粒，逐漸長(zhǎng)大成致密球形大團(tuán)聚顆粒；
(4)固化處理將步驟(3)所得到的大團(tuán)聚顆粒置于真空干燥箱內(nèi)進(jìn)行固化處理，固化溫度為70°C以上，固化時(shí)間為2 4天。優(yōu)選的是，所述的超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒的制備方法，其特征在于步驟(1)所述的超細(xì)硼粉為粒徑在0. 1 10 μ m的無(wú)定形硼粉。優(yōu)選的是，所述的超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的粘結(jié)劑為聚氨酯預(yù)聚物類粘結(jié)劑或聚乙烯醇；稀釋劑為乙酸乙酯、乙醇、丙酮或去離子水；功能助劑為氰酸酯類固化劑、硅烷或硼酸酯類偶聯(lián)劑。優(yōu)選的是，所述的超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的噴霧干燥方法為離心式、壓力式或氣流式噴霧干燥法。優(yōu)選的是，所述的超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒的制備方法，其特征在于步驟(3)所述的離心造粒所用母核為步驟(2)所制備的25 80 μ m細(xì)小球形團(tuán)聚顆粒。優(yōu)選的是，所述的超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒的制備方法，其特征在于制備的大團(tuán)聚顆粒粒徑在50 500 μ m范圍。本發(fā)明還涉及通過(guò)上述方法制備的超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)利用噴霧干燥制備顆粒粒度可控，球形度好，流動(dòng)性能好，物質(zhì)分布均勻，適合批量化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，可以高效的制備25 80 μ m細(xì)小球形團(tuán)聚硼粉顆粒；
(2)采用噴霧干燥制備出的細(xì)粒徑團(tuán)聚硼粉顆粒充當(dāng)母核供給離心造粒，最終采用離心造粒制備出團(tuán)聚硼粉，解決了離心造粒對(duì)于超細(xì)硼粉難以起核、粉末損失嚴(yán)重和制備效率低下的難題；
(3)制備過(guò)程中通過(guò)調(diào)節(jié)噴霧干燥和離心造粒工業(yè)參數(shù)，可以使得團(tuán)聚硼粉粒徑可控、 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，通過(guò)合適粒度級(jí)配和團(tuán)聚體中添加功能組分，可很好地提升火炸藥和推進(jìn)劑用硼粉燃料的添加量和燃燒效率。


圖1所示為本發(fā)明的超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒的制備工藝的一優(yōu)選實(shí)施例的路線圖。圖2所示為圖1所示工藝中的噴霧干燥示意圖。圖3所示為圖1所示工藝中的離心造粒示意圖。圖4所示為由本發(fā)明的方法中的噴霧干燥制備出的母核。圖5所示為由本發(fā)明的方法制備出的球形團(tuán)聚顆粒。附圖標(biāo)記說(shuō)明 21料漿
22熱風(fēng)(噴霧造粒) 23除塵 24出料口 31供粉 32噴漿
33熱風(fēng)(離心造粒)。
具體實(shí)施例方式根據(jù)圖1所述，本發(fā)明首先將一定量的超細(xì)硼粉進(jìn)行真空烘干處理，烘干后將硼粉加入到球磨筒中，之后按比例添加粘結(jié)劑、有機(jī)稀釋劑和功能助劑進(jìn)行球磨制漿。球磨制漿的目的是保證噴霧造粒的料漿各組分充分混合均勻，避免超細(xì)硼粉的局部聚集團(tuán)聚。球磨后制備出噴霧造粒所需料漿21。將制備好的料漿21采用噴霧造粒方法進(jìn)行團(tuán)聚造粒，通過(guò)調(diào)節(jié)熱風(fēng)22的進(jìn)/出口溫度、噴霧速度和進(jìn)料速率等參數(shù)來(lái)控制團(tuán)聚造粒的大小和形貌，經(jīng)除塵23后從出料口 24得到小粒徑顆粒。噴霧造粒制備出的小粒徑顆粒，經(jīng)固化處理后充當(dāng)離心造粒的母核。將母核加入離心造粒機(jī)中，通過(guò)在離心轉(zhuǎn)盤上輸入一定量的母核，母核在離心力、 摩擦力以及與擋板沖擊作用下，在轉(zhuǎn)盤與通體的過(guò)渡曲面上形成漩渦運(yùn)動(dòng)的粒子流，同時(shí)按照規(guī)律在這種粒子流的表面噴漿32 (即噴射霧化的粘結(jié)劑)和供粉31 (即供給粉料)，并不斷吹入熱風(fēng)33，使母核不斷長(zhǎng)大，通過(guò)控制離心造粒參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)粒度可控、制備效率高、 球形度好和真球度高的致密團(tuán)聚硼粉。下面列舉實(shí)例 實(shí)例1
(1)將硼粉進(jìn)行70°c真空烘干處理，處理時(shí)間1-6小時(shí)，在室溫下采用質(zhì)量比為硼粉HTPB:乙酸乙酯甲苯二異氰酸酯=100:20: 250:9進(jìn)行配料，采用滾筒球磨方式混料，混料3 5小時(shí)制得滿足造粒要求的噴霧料漿；
(2)以上述料漿為基礎(chǔ)，采用噴霧干燥，熱風(fēng)進(jìn)出/口溫度取100/70°C，進(jìn)料泵選用 0. 9Kg/h的進(jìn)料速度，調(diào)節(jié)噴霧速度制備出粒徑在40 60 μ m的團(tuán)聚顆粒，采用此團(tuán)聚顆粒充當(dāng)離心造粒母核；
(3)以上述母核為基礎(chǔ)，采用離心造粒法造粒，通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速、粘結(jié)劑流量、供粉速率來(lái)調(diào)節(jié)最終團(tuán)聚顆粒大小。性能測(cè)試
1、利用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)制備的團(tuán)聚硼粉進(jìn)行觀察，噴霧干燥制備出的母核見附圖4，制備出的團(tuán)聚硼粉顆粒見附圖5。由SEM圖可發(fā)現(xiàn)制備的團(tuán)聚硼粉球形度非常高， 表面光滑無(wú)氣孔。2、對(duì)超細(xì)硼粉和團(tuán)聚硼粉進(jìn)行比表面積、流動(dòng)性能和松裝密度對(duì)比，測(cè)試結(jié)果見表1。表1團(tuán)聚前后性能對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒的制備方法，其特征為，包括以下步驟(1)真空烘干將超細(xì)硼粉進(jìn)行70 90°C真空烘干處理，處理時(shí)間為1 6小時(shí)；(2)噴霧干燥制備母核將步驟(1)所述處理后的硼粉添加到球磨筒中，按比例添加粘結(jié)劑、稀釋劑和功能助劑，硼粉、粘結(jié)劑、稀釋劑和功能助劑的質(zhì)量比為100 6 20 100 300 :1 15，通過(guò)3 30小時(shí)滾筒球磨制備料漿，采用噴霧干燥制粒法制備出25 80 μ m 細(xì)小球形團(tuán)聚顆粒；(3)離心造粒將上述細(xì)小球形團(tuán)聚顆粒經(jīng)熱固化處理后直接引入離心造粒機(jī)中充當(dāng)母核，經(jīng)過(guò)離心造粒，形成致密球形大團(tuán)聚顆粒；(4)固化處理將步驟(3)所得到的大團(tuán)聚顆粒置于真空干燥箱內(nèi)進(jìn)行固化處理，固化溫度為70°C以上，固化時(shí)間為2 4天。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒的制備方法，其特征在于步驟(1)所述的超細(xì)硼粉為粒徑在0. 1 10 μ m的無(wú)定形硼粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的粘結(jié)劑為聚氨酯預(yù)聚物類粘結(jié)劑或聚乙烯醇；稀釋劑為乙酸乙酯、乙醇、丙酮或去離子水；功能助劑為氰酸酯類固化劑、硅烷偶聯(lián)劑或硼酸酯類偶聯(lián)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒的制備方法，其特征在于步驟(2)所述的噴霧干燥方法為離心式、壓力式或氣流式噴霧干燥法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒的制備方法，其特征在于步驟(3)所述的離心造粒用母核為步驟(2)所制備的25 80 μ m細(xì)小球形團(tuán)聚顆粒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒的制備方法，其特征在于制備的大團(tuán)聚顆粒粒徑在50 500 μ m范圍。
7.一種超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒，其由權(quán)利要求1-6中任一種制備方法制備得到。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超細(xì)硼粉的高效致密球形團(tuán)聚顆粒及其制備方法，將超細(xì)硼粉進(jìn)行70～90℃真空烘干處理后添加到球磨罐中，按比例添加粘結(jié)劑、稀釋劑和功能助劑及磨球，通過(guò)3～30小時(shí)滾筒球磨制備料漿，采用噴霧干燥制粒法制備出25～80μm細(xì)小球形團(tuán)聚顆粒；將上述細(xì)小顆粒經(jīng)熱固化處理后直接引入離心造粒機(jī)中充當(dāng)母核，通過(guò)不斷噴漿和供粉，在離心、撞擊力等多重作用下逐漸長(zhǎng)大成致密球形大團(tuán)聚顆粒。所制得的團(tuán)聚硼粉粒徑可控、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，通過(guò)合適粒度級(jí)配和團(tuán)聚體中添加功能組分，可很好地提升火炸藥和推進(jìn)劑用硼粉燃料的添加量和燃燒效率。
文檔編號(hào)C01B35/02GK102219232SQ20111007783
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者于月光, 任先京, 冀國(guó)娟, 冀曉鵑, 張春鳴, 張?chǎng)? 彭浩然, 曾克里, 馬江虹 申請(qǐng)人:北京礦冶研究總院