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原材料与配方 张小红·制备树脂基 RF/RDX 含能材料的溶剂选择研究

律性的关系。对溶剂黏度的研究能较好的体现这种影响 体本性、实验环境因素也都可能会对最终溶剂的润湿效
因素的作用，溶剂黏度对润湿过程的影响由下式表示 ： 果产生影响。

dcosθ = γ s (cosθ − cosθ ) 2.6 纳米 RF/RDX 复合物形貌
dt η s L ∞ t 使用 S-4700 型扫描电子显微镜在不同放大倍数
式中 ： γ s — 固体材料表面能 ； L— 溶质对凝胶的 下对 RF 气凝胶扫描拍照如图 3 所示。参照该型扫描电
动力学长度特性值 ； η s — 溶剂的黏度 ； θ ∞ — 无限长时 子显微镜的操作说明，左侧照片下部 12.4 mm×20.0 k
间的接触角 ； θ t —t 时刻的接触角。dcosθ/dt— 接触角 表示视野宽度为 12.4 mm，电镜放大倍数为 20 000 倍，
余弦对时间 t 的变化率。 右下角有一带刻度的标尺，写有 2.00 µm，表示标尺
从液体刚开始接触固体表面起，到固 - 液体系达 所代表的 10 个小格长度为 2.00 µm，以此作为估算照
到动力学平衡液体不再流散这一过程，接触角 θ 从初始 片中某段距离的依据。从图片信息可见，右侧图片放
状态的 θ 0 逐渐变化发展到实验条件下的平衡接触角。 大倍数为 50 000 倍。根据放大倍数的定义放大倍数 =
可见，当黏度很小时，dcosθ/dt 很大，说明接触 图像距离 / 真实距离，选取照片中表示孔结构的某段
角余弦值随时间变化迅速，溶剂可以在很短时间内完 距离，对比下方标尺可得知图像距离，用图像距离除
全润湿炸药表面，达到平衡状态。如果溶剂黏度太大， 以相应的放大倍数，即可测算出所取图像里材料的尺
再加上固体表面的缺陷和势垒作用，影响到液体在固 度。按照测算方法，左侧图片中标尺的一格应该代表
体表面散开，cosθ 随时间变化缓慢，在完全润湿之前 的实际距离为 ： 2 µm/20 000= 0.000 1 µm =0.1 nm。
溶剂失去流动性则会出现动力学不完全润湿现象，造 图中可以看到孔隙率较高，凝胶孔径在几纳米到十几
成润湿的不完全或是不润湿。所以，在选择溶剂时，在 纳米范围内，三维网络凝胶骨架结构明显。
得到接触角数据后，还应该再继续测量各溶剂的黏度
值，用以说明各种溶剂在固体表面的流散性的好坏。在
实验条件下测定的 20℃各种溶剂的黏度值如表 6 所示。
表 6 20℃时各种溶剂的黏度值
溶剂 甲醇 三氯乙烯 乙腈 N，N- 二甲基甲酰胺
0.595 0.58 0.375 0.802
黏度值 /C P
图 3 不同放大倍数下 RF 气凝胶的电镜扫描图
从表 6 的数据可以看出，四种溶剂的黏度大小顺
序为：乙腈 < 三氯乙烯 < 甲醇 <N，N- 二甲基甲酰胺。 电镜扫描结果照片中，颜色较暗部分是凝胶的孔
乙腈的黏度最小在固体表面散开最快，但是因为它在 结构，灰白色部分是凝胶的三维网络的固体结构，对
RF 表面的接触角高于三氯乙烯和 N，N- 二甲基甲酰 复合物的扫描结果中灰白色是 RDX 在 RF 孔表面结晶
胺的接触角，浸润功较小不应作为最佳的溶剂。对于 形成的固体结构，从图 3 可以看出 RDX 结晶较为均
三氯乙烯，其黏度为 0.58，在三种备选溶剂中处于适 匀光滑，没有明显的缺陷。扫描电镜的放大倍数定义
中的程度，另外从它在 RF 表面的接触角来看，是三 为 ：放大倍数 = 图像距离 / 真实距离。通过对制备的
种溶剂中最小的，浸润功较大，润湿效果最好。虽然 RF/RDX 复合物进行电镜扫描测试结果如图 4 所示，
N，N- 二甲基甲酰胺的接触角不是很大，可以较好的 可知放大倍数为 45 000 倍，照片中标尺的一格代表真
润湿，但是其黏度值明显高于另外两种溶剂，综合来 实距离为 0.1 µm/45 000=0.002×103 µm=0.002 nm，
看 N，N- 二甲基甲酰胺的润湿效果只能是适中。从 选用 DMF 为溶剂制备的 RF/RDX 复合物可看见明显
实验数据定性分析，三种溶剂中三氯乙烯的润湿效果 网络结构，RF 凝胶孔被 RDX 晶体填充程度较好。
应该是最佳的，三种溶剂的效果好坏顺序为三氯乙烯
优于 N，N- 二甲基甲酰胺，N，N- 二甲基甲酰胺优 3 结论
于乙腈。另一方面，三种溶剂的润湿效果对比只是相 （1）使用超临界干燥得到的 RF 气凝胶孔结构较
对的，从文献资料中看，这三种溶剂在纳米 RDX 的 均匀，孔隙率较高，孔径在 100 nm 以下，达到了纳
相关研究中均有较好的应用效果。本文中仅仅对接触 米级，制备得到的 RF/RDX 复合物 RDX 填充较满，
角和黏度两个方面进行讨论，难免存在偏颇，固体或液 粒度较均匀，按照前述讨论，选用的 DMF 是制备 RF/

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