銷售熱線：158-1687-3821
銷售熱線：158-1687-3821
3D打印技術打印Al基反應活性材料，并對其性能進行研究測試，從3D打印技術參數和能量釋放兩個方面分別獲得優異的可打印含能油墨配方和復合結構，從而獲得復合結構與壓力輸出之間的關系。3D打印技術在含能材料領域的應用，不僅提升了含能材料的生產安全性，而且還可以有效提升含能材料制備的結構多樣性，可以實現傳統裝藥方式難以完成的復雜結構等。
另一方面，3D打印技術的應用，可以實現結構調控含能材料的壓力輸出過程和壓力值，以此來對含能材料的作用時間和毀傷程度進行控制，進一步實現對能量釋放的調控作用，在已有的基礎上增強含能材料的毀傷效果。
目前研究結果表明，在眾多反應性材料中，鋁熱劑由于具有能量高、密度大、配方靈活等優點而被國內外同行廣泛認可，而鋁/氟聚物含能材料又因為較高的能量、低感度和獨特的能量釋放特性成為了重要的軍用和民用的新型含能材料。
本課題在已經有的研究基礎上選取了反應性材料中兩種典型的復合材料：CuO/Al復合材料和PTFE/Al復合材料，利用3D打印（直寫沉積）技術構造相應的三維結構，并對其性能進行測試分析，具體的實驗內容如下：
（1）制備可用于3D打印的復合油墨。制備不同粘結劑含量的CuO/Al復合油墨和不同PTFE于Al質量比的PTFE/Al復合油墨，并分別驗證了所制備復合油墨的流變特性，表明了復合油墨屬于非牛頓流體（假塑性流體），能夠順利地進行3D打印并保持其成型結構不發生形狀變化。
（2）研究反應性材料的放熱性能和燃燒性能。利用3D打印（直寫沉積）技術對制備的復合油墨構建了不同表觀直徑的線條，使用高速攝像機記錄線條燃燒時火焰傳播情況，分別獲得了粘結劑含量對CuO/Al復合材料的影響規律以及組分比例對于PTFE/Al復合材料的影響規律。此外，不同表觀直徑的復合材料線條的燃燒實驗，進一步驗證了線條表觀直徑對火焰傳播的影響規律；在較大表觀直徑的情況下，熱量損失較小，火焰能夠更順暢地傳播。
（3）研究PTFE/Al復合材料的壓力輸出特性。構建PTFE/Al復合材料的軸向梯度結構和徑向梯度結構，分別以組分比例（PTFE與Al質量比）和PTFE的形態（微米PTFE、PTFE纖維、納米PTFE）作為出發點，獲得組分比例對PTFE/Al復合材料壓力輸出的影響規律以及PTFE形態對于PTFE/Al復合材料壓力輸出的影響規律。
共振聲混合(resonant acoustic mixing，RAM)是基于振動宏觀混合和聲流微觀混合耦合作用的混合新工藝。依托于共振聲混合設備的低頻(30~100 Hz)、大加速度(100 g，g為重力加速度，g=9.8 m/s2)往復振動實現物料的無槳混合。在混合過程中沒有槳葉等元件的介入，具有混合效率高、均勻性好、危險刺激量小等優勢；共振聲混合技術的出現不但能夠滿足含能材料混合的功能性要求，而且能夠保證含能材料混合的安全性要求。
DHR-1旋轉流變儀是以空氣軸承馬達為核心測量結構的高等級旋轉流變儀，可以進行連續的轉速控制、可以產生正弦波應變或應力，具有穩態測量、動態測量、瞬態測量功能，可以測量黏度、流動曲線、屈服應力、觸變性、復數模量G*、儲能模量G'、損耗模量G"、Tanδ、應力松弛、蠕變等流變學特性。
掃描電子顯微鏡（SEM）是利用二次電子和背散射電子信號，通過真空系統、電子束系統和成像系統獲取被測樣品本身的各種物理、化學性質的信息，如形貌、組成、晶體結構、電子結構和內部電場或磁場等的一種分析儀器，隨著科學技術水平的提高，其放大倍數可達幾十萬倍，分辨率可達納米級別，是形貌和成分分析領域極其重要的一種工具。
平行板結構是由兩個互相平行的同心圓盤組成，即夾具和底座，測試半徑R由夾具的規格決定，加載間隙根據測試樣品的性質不同而有差異，在沒有特殊要求的情況下，一般設置加載間隙為1mm。相較于同軸圓通和錐板結構，平行板結構更適合測量復合物與共混物的流變性能，而且更加容易進行精度檢查；此外，容易清洗也是平行板結構的一個優勢。
粘結劑含量從5wt%~25 wt%的CuO/Al納米鋁熱劑油墨的粘度都隨著剪切速率的增加而急劇下降。從圖中我們可以將粘度劃分為兩個區域，包括低剪切速率（0–40 s-1）的非牛頓區（也稱為假塑性區）以及高剪切速率（>40 s-1）區域，稱為牛頓區。在假塑性區，CuO/Al納米鋁熱劑油墨的粘度在0~40 s-1的剪切速率范圍內大幅度下降至穩定，被認為是典型的非牛頓流體。由于具有優異的剪切稀釋率，這種流變性使得CuO/Al納米鋁熱劑油墨能夠順利通過3D打印針頭。而隨著剪切速率的增加，在牛頓區域CuO/Al納米鋁熱劑墨水保持了低剪切速率形成的低粘度特性，粘度基本保持不變，依舊能夠在一定壓力作用下順利通過針頭。添加不同的粘結劑含量，可以有效調控CuO/Al納米鋁熱劑油墨的粘度，這可能是由于氟橡膠與納米粒子之間的交聯作用導致了FX-A與納米鋁熱劑的相互作用。
3D打印技術，PTFE/Al復合材料的流變特性（粘度和模量）是打印復雜結構的重要因素。對聚四氟乙烯/鋁復合材料的粘度和模量進行了測試和控制。復合材料的粘度隨剪切速率的增加而降低，圖中所有曲線都展現出了相似的剪切變稀過程。剪切變稀理論表明，所制備的PTFE/Al復合材料為非牛頓流體，滿足3D打印的流動性要求。從圖中可以清楚地看出，鋁粉的加入降低了復合油墨的初始粘度，更有利于3D打印。
