CL-20基含能薄膜的微双喷直写成型与性能

孔胜，安崇伟，徐传豪，郭浩，叶宝云，武碧栋，王晶禹，董军

h2o2>本溪地震翻译家张培基逝世含能材料Chinese Journal of Energetic Materials ，Vol.28,No.11,2020（1048-1053）CL⁃20基含能薄膜的微双喷直写成型与性能

孔胜1，2，安崇伟1，2，徐传豪1，2，郭浩1，2，叶宝云1，2，武碧栋1，2，王晶禹1，2，董军3

（1.中北大学环境与安全工程学院，山西太原030051；2.山西省超细粉体工程技术研究中心，山西太原030051；3.四川省泸州市北方化学工业有限公司，四川泸州646000）摘

要：为了获得可在微米尺度下可靠传爆的含能薄膜，以六硝基六氮杂异伍兹烷（CL⁃20）为主体，以乙基纤维素（EC ）和聚

叠氮缩水甘油醚（GAP ）为复合黏结体系，选用适量的低沸点溶剂，设计了两种适用于微喷直写工艺的油墨配方，并且采用双喷头微喷直写装置对两种油墨材料进行了直写成型。采用扫描电子显微镜、MZ⁃220SD 电子密度计、X 射线衍射仪等对成型样品进行了表征，获得了含能薄膜的撞击感度、热分解性能和传爆临界厚度。结果表明：CL⁃20基含能薄膜表面光滑，内部存在多个微小孔隙，CL⁃20颗粒较小，晶型为ε型，含能薄膜的成型密度为1.547g·cm -3，达到最大理论密度的79.2%。CL⁃20基含能薄膜

的热分解表观活化能为241.21kJ·mol -1，撞击感度特性落高为65.7cm ，临界传爆尺寸为1.0mm×0.045mm 。关键词：六硝基六氮杂异伍兹烷（CL⁃20）；油墨；含能薄膜；双喷头；微喷直写成型；临界传爆厚度中图分类号：TJ55

文献标志码：A

DOI ：10.11943/CJEM2020041

1引言

微机电系统（Micro Electronic Mechanical Sys⁃

tems ，MEMS ）具有体积小、质量轻、精度高、集成度高、功耗低和批量生产成本低等特点，在火工技术领域具有较好的应用前景［1］。微尺度传爆药在MEMS 起爆序列中起到承上启下的作用，其传爆性能不仅与装药配方组成关系密切，也与微装药质量息息相关。鉴于微型传爆药尺寸小（截面尺寸亚毫米）的特点，传统的装药方法（压装、浇注等）已经无法满足装药要求［2］。因此，设计出小临界尺寸传爆药配方，并且开发出与MEMS 工艺兼容的装药工艺是MEMS 微起爆序列研究领域的研究热点。

经过多年的发展，国内外学者已经开发出两种适用于MEMS 火工器件的装药工艺，一种是直写装药工

艺，一种是喷墨打印工艺。直写技术，由快速原型

（Rapid Prototyping ，RP ）技术领域发展而来，可通过预先设计的图形数据驱动，在基板表面实现材料的沉积、转移或处理［3］。2010年，美国学者B.Fuchs 和A.Wil⁃son 博士［4］首次采用直写成型方法将一种油墨配方EDF⁃11直接装入到MEMS 基板的空腔中，该油墨的固含量可达72%以上。EDF⁃11成型样品具有良好的传爆性能，经测试，其爆轰临界尺寸可达0.51mm×0.086mm ，爆速值为7150m·s -1，目前已经成为美国MEMS 火工品中的主要传爆装药。国内西南科技大学的朱自强等［5-6］将粒度为1μm 左右的六硝基六氮杂异伍兹烷（CL⁃20）添加到聚乙烯醇（PVA ）/乙基纤维素（EC ）基复合黏结体系中，利用直写平台书写出最小线宽80.2μm 的复合物药条，并表征了复合物的晶型和传爆性能。通过楔形狭缝装药炸痕法，测得成型复合物的爆轰临界尺寸为0.54mm×0.36mm 。中北大学的宋长坤［7］以纳米CL⁃20为主，设计出水性聚氨酯（WPU ）及EC 的二元黏结体系，制备出对应的CL⁃20基油墨，并表征了其成型样品各项性能。成型复合物中CL⁃20的固含量可达90%。在爆轰性能上，该成型样品可满足1mm×0.1mm 以上尺寸的稳定传爆，且在1mm 装药厚度时爆速值为7300m·s -1。

铸造设备与工艺

作为另外一种先进的技术，喷墨打印在微装药方

文章编号：1006⁃9941（2020）11⁃1048⁃06

引用本文：孔胜，安崇伟，徐传豪，等.CL‑20基含能薄膜的微双喷直写成型与性能[J].含能材料,2020,28(11):1048-1053.

KONG Sheng,AN Chong‑wei,XU Chuan‑hao,et al.Double‑nozzle Microjet Direct Writing and Properties of CL‑20Based Energetic Film[J].Chinese Journal of Energetic Materials （Hanneng Cailiao ）,2020,28(11):1048-1053.林麝

收稿日期：2020‑02‑26；修回日期：2020⁃04‑02网络出版日期：2020⁃07⁃20

基金项目：装备发展部领域基金资助（61406190401）作者简介：孔胜（1995-），男，硕士，主要从事油墨研究。e⁃mail ：*****************

通信联系人：安崇伟（1980-），男，教授，主要从事新型传爆药技术研究。e⁃mail ：*******************窗前的气球教学设计

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