二元活性毁伤材料的体系研究

在二元活性毁伤材料体系中，PTFE是常用的聚合物基体，作为四氟乙烯（TFE）的均聚物，PTFE化学性质稳定，结晶度高，熔融温度约为327℃，密度约为2.1g/cm3。PTFE还具有良好的黏结性和高温熔化/冷却硬化性能，从而能对活性毁伤材料模压定型，在满足各类形状的前提下，具有良好的力学强度。更为重要的是，PTFE在分解时能够释放大量氧化剂，并与填充活性金属发生化学反应，产生剧烈爆炸/爆燃效应。此外，二元活性毁伤材料体系中填充材料多为活泼金属，如铝（Al）、镁（Mg）、锆（Zr）、铪（Hf）、钽（Ta）等。表2.2所示为这些金属材料的相关参数。

表2.2　常用金属材料参数

由于Al粉具有较高的反应热、化学性质活泼等优点，又具有较强的爆燃效应，可大幅提高活性毁伤材料的毁伤威力，因此Al粉是活性配方体系中最常见的填充材料之一。在REAL/ASTD软件上，通过改变Al和PTFE组分含量，可获得体系配比对反应产物、放热量、反应温度和气体产物量的影响规律。以质量分数比为50/50的PTFE/Al活性毁伤材料配方体系为例，反应后的气体产物主要以AlF、AlF2、AlF3、Al为主，固体产物主要是单质C，体系反应温度和气体产物量分别为1 973 K、3.04 m3/kg。改变PTFE/Al的质量比，PTFE/Al活性毁伤材料配方体系反应的生成物、反应温度和气体产物量等随之发生变化，相关参数如表2.3所示。

表2.3　PTFE/AI活性毁伤材料配方体系的相关参数

根据表2.3的计算结果，PTFE/Al活性毁伤材料配方体系反应时，Al优先和PTFE释放出的F发生反应，根据Al和F之间物质的量关系，产物为AlF3、AlF2、AlF等。当Al有剩余时，继续与C反应生成Al4C3，当Al的含量相对较少时，则产物中有单质C生成。PTFE/Al活性毁伤材料配方体系发生的主要化学反应为

PTFE/Al活性毁伤材料配方体系在O2充足的环境中反应时，若有单质Al剩余或产物中有单质C生成时，这些未反应的Al、产物C等物质还会继续与环境中的O2发生放热反应，进一步提高毁伤威力，反应式可表述为

图2.17～图2.19所示为PTFE/Al配方体系密度、反应温度、气体产物量等随配比变化的情况。随Al粉含量增加，PTFE/Al配方体系密度逐渐升高，反应温度先增加后降低；铝粉含量为30％时，体系具有最高反应温度，约为3 531 K，Al粉含量在30％～40％，反应温度均超过3 000 K，气体产物量先增加后降低；当Al粉含量为40％时，气体产物量最大值约为4.11 m3/kg。(www.xing528.com)

图2.17　组分配比对PTFE/AI活性配方体系密度的影响

图2.18　组分配比对PTFE/AI活性配方体系反应温度的影响

图2.19　组分配比对PTFE/AI活性配方体系气体产物量的影响

除PTFE/Al外，为适应不同应用条件下对材料力化性能要求，其他常用二元活性毁伤材料体系还包括PTFE/Mg、PTFE/Zr、PTFE/Hf、PTFE/Ta等，图2.20所示为不同配方体系的密度变化特性。这些材料与PTFE/Al类似，具有一定力学强度，在冲击作用下发生反应，释放化学能和气体产物。

图2.20　活性金属含量对典型二元体系密度影响特性