含能墨水聚合物单体的设计与合成(2)

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在传统的火工元器件的生产工艺流程中，包括了装药、压药等一系列工作，操作流程较为复杂，在各个流程环节中都有可能发生药品损坏甚至爆炸的危险，而且对于体积大，重量重的武器已经难以满足当代军事运用。随着现在发展迅猛的3D打印技术的崛起，让武器系统中的火工件等不易于微型制作的含能材料有了一个新的发展方向和制作工艺。3D打印简易精细、安全可靠、低成本投入等优点让火工件的微型体积制作更加安全，更加精细，更加轻便，并且去除了中间繁杂有危险的装配过程，全部一体化制成，为火工件的生产与发展带来新的机遇。

1.2 含能墨水的概念

1.2.1 含能墨水定义

含能材料是分子中含有硝基、叠氮基或肼基等官能团的有机物质。在武器生产中使用最广泛的最多的含能材料大致为黑索金（RDX）、奥克托今（HMX）、太安、特屈儿和史蒂芬酸铅等。一般来说，含能材料中以硝基作为含能官能团，硝基含量越多，含能越高。

含能墨水即为一种含有含能聚合物的墨水，一般分为含能聚合物直接溶解在溶剂中制成墨水的传统含能墨水和通过超声震荡将含能聚合物和预聚物混合制成的新型含能墨水。含能聚合物是由分子中含有一种或几种含能官能团的含能单体通过聚合反应得到的聚合物，常见的有硝基（-NO2）、叠氮基（-N3）、硝胺基（-NNO2）和二氟氨基（-NF2）等含能官能团，它们在分解时会产生大量的热量并伴随着会生成大量低分子量的气体，这是含能材料高性能的特点的明显体现。预聚物又称为低聚物，是墨水配方中的基本树脂，构成墨水的基本框架。墨水固化后墨膜的主要性能包括硬度、柔韧性、附着力、光泽度、清晰度、耐摩擦性和耐老化性等主要由预聚物的性质决定。预聚物相比于传统油墨中的树脂而言，分子量较大，固化时体积收缩，但是固化速度快，粘度较大，所以一般加入的量较少。预聚物中一般含有C=C双键、环氧基团等，所以能在光照下进一步反应或聚合成膜。

1.2.2 含能墨水单体

含能墨水单体即为含能预聚物单体。在UV固化墨水的系统中，一般来说，预聚物的粘度都是比较高的，因此用含能墨水单体来调节墨水的粘度。单体的选择主要是依据体系的粘度、固化速度、机械性能、毒性、挥发性、毒性、气和成本等因素决定。

单体在墨水中主要起的作用有：

（1）调节墨水的粘度和流体性质；

（2）与光引发剂共同决定墨水的固化速率；

（3）粘结预聚物分子的作用；

（4）减少体系固化的时间；

（5）高官能团单体可以和双官能团预聚物形成网状结构；

（6）提高或改善固化膜的性质。

含能聚合物单体最主要的作用是通过自身的高能量性与预聚物制成墨水，提高其含能性，使其具有一定大小的能量，可用于火工件制作和武器制作中，提高武器的性能。

1.2.3 含能墨水单体分类

含能墨水单体即为含能预聚物单体，根据含能官能团的不同可分为以下几类。

（1）硝酸脂类含能聚合物单体

硝酸脂类含能聚合物含有非常高比例的硝酸酯基官能团。由于其氧含量高，能够在很大程度上提高其在化学反应作用时候的氧平衡。氧平衡是用来衡量含能材料中所含有的氧将可燃元素完全氧化的程度，硝酸脂类官能团含氧量高，氧化程度大，含能性能高。常见的硝酸酯类含能聚合物有硝化端羟基聚丁二烯（NHTPB）和聚缩水甘油醚硝酸酯（PGN）等。