[发明专利]一种超细CL-20的制备装置及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含能材料的细化技术，进一步地说，是涉及一种快速批量的制备超细CL-20的装置及方法。

背景技术

随着科学技术的发展及武器对抗的日益激烈，国内外炸药的细化技术方兴未艾。因为超细炸药具有以下几个优点：爆轰历程接近理想爆轰规律，把爆炸的潜在内能开发出来；导热性能好，容易进行热传导，使爆炸热点不易形成；易于与大粒径炸药进行颗粒级配，分散性能好，促进装药密度更好且更均匀；受冲击载荷时，冲击力很快均匀分散到整个药柱中，降低撞击感度。因此，超细炸药在实际应用中将起到重要的作用。

CL-20（六硝基氮杂异伍兹烷）是一种高能量密度化合物，密度比奥克托今（HMX）高8%，爆速高6%，能量密度高15%以上。Cl-20是迄今能量密度和爆速最高的单质硝胺炸药，在未来的武器装备中有着很好应用前景。超细CL-20，尤其是亚微米级、纳米级CL-20，除保留普通颗粒CL-20高能量密度的优异性能外，还具有冲击波感度和撞击感度更低，更安全的特性，这对拓宽CL-20的应用范围、提高武器系统的性能具有重要意义。

目前，超细CL-20制备方法主要有溶剂-非溶剂重结晶法、超临界流体重结晶法、微乳状液法，高速射流粉碎法等，但各有其优缺点。

溶剂-非溶剂重结晶法是用化学溶剂溶解CL-20制成饱和溶液，然后用非溶剂惰性液体稀释分散，使炸药以颗粒晶体状态重结晶出来。制备的超细CL-20，粒度一般处于微米或亚微米级。其缺点是成本高，产量低，生产周期长；难以使炸药粒径超细到亚微米、纳米尺寸；对溶剂要求高，废有机溶剂排放量大且不易回收。每百克超细CL-20需要排放的废有机溶剂量为1000克以上，产品的粒度要求越细，排放的有机废液量越大。

微乳状液法是采用专用的表面活性剂改善CL-20表面特征，连续超细乳化，在分子尺度量级上超高细分，在一定的温度梯度条件下及一定的工艺条件下使其成为流动物性良好的均匀纳米粉体CL-20。其缺点是后处理比较复杂，至今国内外还没有成功该后处理工作的报道。

高速射流粉碎法，是利用撞击流在极窄的管道中高速相向流动碰撞时产生的强冲击、挤压、剪切力、强湍流作用和强高压声波作用，使得外加载机械功能够较充分地转化为颗粒粉碎和分散的力量，从而达到CL-20颗粒超细化的目的。其缺点是由于溶剂通过相互撞击形成雾化液滴，这就需要对液体做很大的功；液体在管道中高速流动需要很大的压力，这对装置密封性及耐压性等条件要求很高。

也有在实验室采用手工研磨法得到粒度细小的CL-20。如May L Chan（MayL Chan.New Ingredients for non-polluting propellants[J],CA93555-6001USA）将HNIW均匀分散在装有蒸馏水和乙醇混合液体的研磨玻璃器皿中研磨14~16小时，得到了粒度在3μm左右的HNIW。但这种方法存在研磨时间长、产量低、粒度分布不均匀、废液量大和手工研磨存在的危险等问题。

总之，上述方法不同程度存在着工艺复杂，成本高，产量低，效率低，粒度不好控制且分布较宽，效果不够理想等缺点，限制了其在武器中大规模的生产和应用。

发明内容：

为了解决现有技术中制备超细CL-20存在的工艺复杂，成本高，产量低，污染重，粒度不好控制等问题，本发明设计出一套包括球磨机的装置，可对CL-20等危险品物质实现快速、批量和无污染超细粉碎，产品的粒度可根据研磨时间和研磨球的配比来实现。同时提供出了一种通过机械研磨快速批量且环保地制备CL-20的方法。

本发明的目的之一是提供一种制备超细CL-20的装置。

本发明的一种超细CL-20的制备装置，包括球磨机主机，还包括有与球磨机主机相连的混合器和物料泵。

由于CL-20属于高机械感度的高能量密度材料，机械冲击和撞击容易发生危险。因此，在设备设计和选型方面，采用以摩擦作用力为主的球磨机械细化粉碎方式。以上所述球磨机主机包括带有搅拌的研磨腔、研磨腔上盖、研磨球；研磨腔为上方敞口的空腔结构，研磨腔上盖紧固于研磨腔上方盖住其上方敞口，并设置密封以防物料溅出，研磨腔上盖设有进料口，研磨腔底部设有出料口，研磨球置于研磨腔内；