纳米TiO2微胶囊型缓蚀剂的制备及作用机理研究

Microcapsules of nano TiO2 precursor are designed to reduce the erosion of gun barrel. The mcrocapsules are burnt during the firing process to produce nano TiO2 aerosol which acts as wear reducing agent. With the giant specific surface area the aerosol is apt to form thin film on the inner layer of gun barrel, which will reduce the gun barrel erosion and inhabit the growth of cracks. The preparation of nano TiO2 precursor will be explored to get stable precursou solution. Proper polymers will be chose as wall material, and the process and mechanism of nano TiO2 microcapsules will be studied to obtain reliable technology. The physicochemical propeties of the capsules will also be studied including the high and low temperture shock test and the consistency test with propellant and combustible case. The antierosion property and mechanism of the capsules will be investigated and the results will be the technical reference for a feasible method to reduce gun barrel wear.

为提高武器身管的耐烧蚀性能，设计微胶囊化的纳米TiO2前驱体作为火炮缓蚀剂，借助发射过程产生的高温高压环境将前驱体转变为纳米TiO2气溶胶，通过纳米微粒的表面特性实现抗烧蚀和裂纹修复功能。研究稳定、易于产生高质量气溶胶的纳米TiO2前驱体制备工艺，选择合适的胶囊材料，研究TiO2微胶囊化的制备工艺及形成机理，获得封闭性好、包覆率高的微胶囊。研究该缓蚀剂的理化性能、高低温性能以及与火药和可燃药筒等材料的相容性。探讨微胶囊型缓蚀添加剂对火炮内膛的缓蚀效果和缓蚀机理，为解决火炮身管烧蚀磨损问题，有效提高身管寿命提供理论支持和技术参考。

武器身管在发射过程中的烧蚀磨损作用已成为降低弹道性能、导致身管报废的重要因素。在提高身管烧蚀性能的主要方法中，添加缓蚀剂由于效率高、工艺简单等优点越来越受到国内外武器研制者的重视并被普遍采用。本项目针对身管的烧蚀磨损问题，研究一种基于TiO2前驱体微胶囊的缓蚀技术，在火炮发射时的高温高压环境中微胶囊原位形成TiO2，达到降低内膛烧蚀、提高身管寿命的目的。本项目的主要研究内容及重要研究结果如下：.1. 研究了胶溶-水解回流法制备TiO2前驱体的工艺，确定溶胶体系的pH值为2左右，重点探讨了乙醇和水的用量及超声分散等因素对溶胶的凝胶时间及乳化性能的影响规律，提出了TiO2的低温形成机理。.2. 研究了关键参数对以聚乙烯醇（PVA）为壳体、W/O/W复乳体系界面交联法微胶囊制备工艺的影响规律，探讨了微胶囊的形成机理；研究发现W/O乳液的均匀性是制备微胶囊的关键因素，系统研究了溶胶含量、表面活性剂、乳化速率等工艺参数对乳液均匀性的影响规律；发现冷冻干燥工艺有利于获得形貌、分散性较好的微胶囊样品。.3. 制备了三种TiO2溶胶/PVA微胶囊，利用红外光谱、扫描电镜等手段表征了样品的形貌和组成结构；烧蚀试验结果表明加入缓蚀剂后发射药的燃烧规律未发生明显变化，微胶囊型缓蚀剂表现出了高效的降烧蚀效果；分析了缓蚀作用机理。.4. 针对上述工艺的缺点，首次设计并实现了以偏钛酸为核、脲醛树脂为壳的缓蚀剂的制备，进一步简化了工艺、提高了效率，通过树脂包覆改善偏钛酸与发射药的相容性，借助有机树脂与无机材料的复合协同效应，进一步提高了缓蚀效果。.5. 利用SEM、EDS、XPS等手段表征了偏钛酸/脲醛树脂微胶囊样品的组成和结构；热分析表明样品与发射药的相容性好；烧蚀试验结果表明样品的缓蚀效率高，并表现出显著的复合协同效应；分析了缓蚀作用机理。.通过本项目研究最终获得了工艺简便、利于推广应用且缓蚀效率高的微胶囊及其制备工艺，为解决身管烧蚀磨损问题，有效提高身管寿命提供了理论支持和技术参考。