金属基高热剂湿法制粒技术

贾栓柱，杜仕国，甄建伟，翟研研

(1.军事科学院防化研究院， 北京 102200； 2.陆军工程大学石家庄校区，石家庄 050003；(3.保定市满城区石井村学校， 河北 保定 072150)

金属基可燃胶体为胶体粘结剂与复合铝热剂配方混合制备而成，但在胶体粘结剂与复合铝热剂配方混合时，由于复合铝热剂粉体间间隙较多[1]，导致胶体粘结剂在金属基可燃胶体中所占质量比过高，因此为提高铝热剂含量，采取将复合铝热剂制粒的方法减小胶体粘结剂的充填间隙。

1 试验试剂及仪器

复合铝热剂制粒试验所需试验试剂主要包括：铝粉、四氧化三铁、氧化铜、硝酸钾、YO3、明胶等，其规格型号和生产厂家见表1所示。

复合铝热剂制粒试验所需试验仪器及检测设备主要包括：JM-12001电子天平、FT-2000脆碎度检查仪，其仪器名称及型号和生产厂家见表2所示。

表1 试验试剂

表2 试验仪器及检测设备

2 铝热剂颗粒的制备

2.1 制粒方法的确定

金属基可燃胶体的制备，为提高铝热剂含量，同时提高反应蔓延速率，将铝热剂制粒，再用胶体粘结剂进行粘结，达到增加铝热剂实际含量，增加实际灼穿能力的目的。目前制粒主要分为湿法制粒、干法制粒与微丸制粒3种，其具体方法特性[2-5]如图1所示。通过分析图1中干法制粒与湿法制粒的特点，决定采用湿法制粒中的挤压-滚圆法，以达到颗粒大小集中，圆整度高的目的。

为满足金属基可燃胶体在应用过程中具有一定流动性的要求，需要将铝热剂颗粒大小控制在3 mm以下，根据图1所示的微丸制备方法对铝热剂进行制粒。同时为保证复合铝热剂颗粒的粒度集中率，本文选取挤压-滚圆的工艺进行制粒，并采用采用2 mm筛孔挤压成形。挤压装置原理如图2所示。

挤压铝热剂采用变螺距挤压剪切装置，螺旋叶片螺距为6 mm，外部剪切扇与轴相连，转动频率与轴一致，剪切扇分为3片，轴每转动一圈对挤出条状铝热剂剪切3次，形成直径为2 mm，长度为2 mm的圆柱状，再落入离心机滚圆。

图1 制粒方法

图2 挤压装置原理图

2.2 制粒粘结剂的选取

烟火剂中常用湿法粘结剂包括：酚醛树脂、虫胶、松脂酸钙、松香、干性油、蓖麻油、萘、明胶；但酚醛树脂、虫胶、松脂酸钙、松香、萘、蓖麻油都溶于酒精，而可燃胶体粘结剂中的火棉胶中含有酒精成分，因此满足要求的主要有干性油(不溶于有机溶剂、不软化、不可燃)、明胶(溶于水、醋酸、甘油，不溶于乙醇、乙醚)二种粘结剂。干性油具有不可燃的性质，因此本试验采用明胶溶液作为胶黏剂，明胶颗粒需要搅拌加热直至溶解为粘稠液体，如图3所示，放置降温作为胶黏剂备用。

为探究明胶溶液最佳浓度，分别配置不同浓度的明胶溶液，如表3所示。

图3 明胶溶液

序号12345浓度/%5791113

在每100 g复合铝热剂分别加入20 g明胶溶液对铝热剂挤压-滚圆法进行制粒，烘干后铝热剂颗粒，如图4所示，直径在1～2 mm。

图4 铝热剂颗粒

2.3 脆碎度测试

药粒在运输与运用过程中，会因为各个药粒间、药粒与容器间的碰撞和挤压发生破碎，这不仅会影响产品性能，甚至会给未爆弹药的销毁产生不利后果。根据实际生产、运输、储存、使用情况，颗粒主要承受振动、摩擦等物理因素。而脆碎度[6]是反应片剂抗振耐磨能力的指标，当脆碎度小于1%时责满足标准。因此，选取脆碎度作为衡量指标对铝热剂颗粒进行测试。不同浓度胶体的颗粒脆碎度如图5所示。

根据图4、图5可知，随着明胶浓度的增高，脆碎度逐渐下降，当浓度达到11%时，脆碎度在1%左右，脆碎度趋于稳定，干燥后明胶在复合铝热剂颗粒中质量在2%左右，均在理想范围。因此，试验选定在每100 g复合铝热剂中加入20 g浓度为11%的明胶溶液最为合适。

图5 药粒脆碎度

3 结论

通过挤压滚圆湿法制粒，利用明胶溶液将复合铝热剂制为直径大小为1～2 mm的颗粒，通过在每100 g铝热剂中加入浓度为5%～13%的明胶溶液制粒。当明胶浓度达到11%时，脆碎度稳定在1%左右，干燥后明胶在复合铝热剂颗粒中质量在2%左右，即实现制粒目的，同时引入粘结剂质量少。因此确定每100 g复合铝热剂中加入20 g浓度为11%的明胶溶液最佳。