通道组装技术制备HMX/氟橡胶复合微球：提升机械性能与安全性能的新策略

为解决高能炸药HMX机械敏感性高、安全性差的问题，研究人员通过通道组装技术(CAT)制备了HMX/氟橡胶(F2603)复合微球。研究证实，该微球具有规整形貌、均匀包覆结构和更高相变温度(195°C)，其最大承载力和压缩强度分别达121.52 N和6.20 MPa，特性落高(H50)提升至48.5 cm。通过可视化落锤试验发现，微球结构可延迟热点形成时间，为复合炸药微观结构调控与安全性能提升提供了新思路。

　　

在含能材料领域，环四亚甲基四硝胺(HMX)作为混合炸药中占比最高的组分，既是实现毁伤功能的核心，也是影响炸药综合性能的关键。然而其高机械敏感性成为制约工程应用的瓶颈——在制备、运输过程中，HMX易在低速碰撞、摩擦或跌落等意外刺激下产生热点甚至爆炸。传统机械混合法虽能通过表面包覆改善安全性，但存在涂层不均匀、微观结构不可控等问题。如何构建具有强功能针对性、精细可调微观结构的包覆体系，成为该领域亟待解决的核心问题。

北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室的Jinqiang Zhou、Kunlun Gu等研究团队在《Polymer Testing》发表研究，创新性地将通道组装技术(CAT)引入HMX的聚合物包覆改性。该技术采用玻璃材质同轴微通道作为液滴发生器，通过调控两相流速比形成单分散乳液滴，最终获得具有规则球形结构的HMX/F2603复合微球。研究综合运用扫描电镜(SEM)、微计算机断层扫描(micro-CT)、能量色散谱(EDS)等技术表征材料特性，并通过热分析(TG-DSC)、准静态压缩试验和可视化落锤试验系统评估了其热稳定性、机械性能及安全性能。

3.1 复合微球形貌表征

通过高速摄像记录显示，CAT技术可形成单分散液滴，固化后获得粒径可控的微球。SEM显示微球表面存在100-450μm孔隙，氟橡胶分布均匀，变异系数(CV)均小于10%，证明其单分散性优异。与物理混合(PM)样品相比，微球堆积密度提升26%至0.57 g/cm³，接触角从91.3°增至104.1°，疏水性显著增强。

3.2 微观结构与组分

EDS和micro-CT三维成像揭示微球呈"碗状"结构，内部存在10-70μm空隙，氟元素在颗粒边缘富集。这种特殊结构源于溶剂去除机制：氟橡胶优先在液滴外表面饱和析出形成壳层。XRD和FTIR证实制备过程未改变HMX晶型，F2603特征峰(881 cm^-1、1180 cm^-1)清晰可见，保证了材料本征安全性。

3.3 热性能分析

TG-DSC显示微球样品将HMX的β→δ相变温度从183°C延迟至195°C，这归因于氟橡胶的低导热性形成"热屏障"。PM样品相变温度(193°C)低于CAT样品，表明均匀包覆能更有效延缓相变，避免HMX意外受热转化为高敏感性的δ相。

3.4 机械性能

微球样品最大承载力(121.52 N)和压缩强度(6.20 MPa)均显著高于PM样品(99.44 N, 4.39 MPa)，证明其具有更致密的微观结构和更强的界面结合力。这种优势源于CAT技术实现的均匀包覆，避免了传统方法导致的局部薄弱点。

3.5-3.7 安全性能与机理

特性落高(H₅₀)测试显示，HMX/5%F微球达48.5 cm，较原料HMX(23 cm)提升111%，较PM样品(36.5 cm)高12 cm。可视化落锤试验首次捕捉到冲击反应全过程：在15cm落高下，HMX经历压缩变形(0-1030μs)→热点形成(1030μs)→剧烈燃烧(1035-1040μs)；而微球样品在相同条件下仅发生塑性变形。热点形成时间对比显示：HMX/5%F(1287μs) > PM-HMX/5%F(1080μs) > 原料HMX(822μs)，证实均匀包覆能有效延缓热点形成并促进其快速淬灭。

该研究突破性地证明，通过CAT技术精细调控复合材料的特征结构，可增强界面协同效应，抑制组分间热传递，从而延缓热点形成或加速热点消失。这种"碗状"结构的微球设计不仅解决了传统包覆技术不均匀的问题，还为高能材料微观结构定制与安全性能提升提供了新范式。研究成果对复合炸药的工程化应用具有重要指导意义，其揭示的"结构-性能"关系也可拓展至其他含能材料体系的安全设计。