高安全性能HMX/PTFE复合粒子的制备及其对TiH2能量释放的协同增强机制研究

为优化金属氢化物在固体推进剂中的能量释放性能，研究人员通过乳液-溶剂蒸发法制备了高安全性的HMX/PTFE复合粒子。结果表明，含10% PTFE的复合粒子具有致密结构和均匀分布，热分解活化能提升40.05 kJ·mol?1，机械感度显著降低，并促进TiH2更稳定燃烧，为新型含能材料设计提供新思路。

　　

在固体推进剂领域，金属氢化物如TiH₂（二氧化钛氢化物）因其高储氢密度和燃烧热值备受关注，但其能量释放效率与稳定性仍是技术瓶颈。传统氧化剂HMX（1,3,5,7-四硝基-1,3,5,7-四氮杂环辛烷）虽能提供高能量，但机械敏感性和热稳定性不足易引发安全隐患。如何平衡能量输出与安全性，成为推进剂研发的核心挑战。

针对这一难题，国内某研究机构通过创新性的乳液-溶剂蒸发法，成功制备出HMX/PTFE（聚四氟乙烯）复合粒子。研究发现，当PTFE含量为10%时，复合粒子表面致密、形貌规则，PTFE与粘结剂均匀包覆HMX晶体，且保留了β型晶体结构。热力学分析显示，复合粒子的热分解活化能较纯HMX提升40.05 kJ·mol^?1，热爆炸临界温度提高17.26 K；机械感度测试中，冲击和摩擦临界值分别达到4.5 J和40 N，安全性显著优于原料HMX。

关键技术包括：1）乳液-溶剂蒸发法制备复合粒子；2）扫描电镜（SEM）分析形貌特征；3）X射线衍射（XRD）鉴定晶体结构；4）差示扫描量热法（DSC）测试热分解性能；5）机械感度测试仪评估安全性；6）燃烧实验观测TiH₂氧化行为。

研究结果

1. 形貌与结构表征：SEM显示PTFE形成网状结构包覆HMX，XRD证实复合粒子保持β-HMX晶型，未发生相变。
2. 热稳定性提升：Kissinger法计算表明复合粒子活化能达220.38 kJ·mol^?1，热分解峰温延后5.3°C。
3. 安全性能增强：摩擦感度测试中，复合粒子爆炸概率从纯HMX的100%降至16%。
4. 能量释放优化：燃烧实验显示，HMX/PTFE使TiH₂燃烧波传播速度提升23%，且火焰振荡幅度减小。

结论与意义
该研究通过PTFE的物理包覆与协同作用，首次实现HMX感度降低与能量释放效率提升的协同优化。复合粒子中PTFE不仅作为钝感剂，还通过形成氟化层促进TiH₂表面氧化反应的持续性。发表于《Reactive and Functional Polymers》的这项成果，为高安全性能固体推进剂设计提供了材料基础与理论支撑，尤其对航天推进系统含能材料的开发具有重要指导价值。