[发明专利]基于共轴聚焦微混合器的微纳米炸药制备系统及方法

说明书

本发明公开一种基于共轴聚焦微混合器的微纳米炸药制备系统及方法。包括稳流驱动单元，高压流体驱动单元，包括共轴聚焦微混合器的重结晶单元和收集单元；共轴聚焦微混合器包括内部微管，外部微管和“T”型三通接头；稳流驱动单元后接内部微管并为溶剂提供流动驱动力，高压流体驱动单元后接“T”型三通接头并为非溶剂提供流动驱动力；共轴聚焦微混合器通过内部微管向外部微管的喷射实现溶剂和非溶剂的混合，生成炸药悬浊液；收集单元用以回收炸药悬浊液以及收集成品。本发明通过在轴向上平行的内外微管完成溶液与反溶剂的高效混合，具有不受流量比限制、效率高、工序少、方便、结构简单、体积小、产品质量高的优势且易于实现连续化生产。

技术领域

本发明属于含能材料制备领域，具体涉及一种基于共轴聚焦微混合器的微纳米炸药制备系统及方法。

背景技术

炸药作为一种含能材料，广泛应用于工程爆破、航空航天、爆炸成形、武器系统等，对推动人类社会进步起着关键作用。目前，微纳米炸药的制备方法有多种，主要包括溶胶—凝胶法、机械球磨法、雾化结晶法以及常规溶剂/非溶剂法，但现有制备方法或多或少存在缺点。其中，溶胶—凝胶法是一种通过湿化学来制备微纳米炸药的方法，但该方法实验周期较长，通常需要几天或几周；机械球磨法是通过球磨介质的撞击、挤压、剪切等机械力作用而使颗粒破碎的方法，但该方法制备的微纳米炸药颗粒大小不够均匀、粒径分布范围较宽、易引入杂质；常规溶剂/非溶剂法制备和筛选微纳米炸药费时费力，获得的微纳米炸药粒度分布宽，晶体形貌可控性差，且对溶剂和非溶剂消耗量大，成本较高，存在环境污染的风险等。综上，现有方法操作步骤复杂、研发周期长、试剂消耗量大、重复性较差且具有潜在危险性等，难以实现微纳米炸药的快速制备和筛选。

微流控技术是利用微管道精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术，是一个包括了工程学，物理学，化学，微加工和生物工程的多交叉学科。近几十年来，随着微流控技术的快速发展，人们开始探索微尺度下多相流液滴动力学原理及流动行为，微通道中的液滴操控技术，以及对这一技术的应用研究，其中之一即广泛应用于微纳米颗粒的制备。与传统间歇式反应相比，微流控技术具有更高的混合效率、更快的传热传质速率、更低的试剂消耗量以及更精确的反应参数控制。

目前为止，已有将微流控技术应用于炸药制备的例子出现(CN201910793520.5)(CN201811027496.6)，基于微流控技术，已经实现窄粒径分布炸药的快速制备和筛选，同时，在一定程度上实现了微尺度下炸药的形貌控制。然而，受到振荡器工作特性和微混合器结构的限制，溶液和反溶剂的流速比很难实现大范围的调控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于共轴聚焦微混合器的微纳米炸药制备系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于共轴聚焦微混合器的微纳米炸药制备系统，包括稳流驱动单元，高压流体驱动单元，包括共轴聚焦微混合器的重结晶单元，收集单元及相关连接组件；

共轴聚焦微混合器包括内部微管，外部微管和“T”型三通接头；“T”型三通接头后连接外部微管，内部微管设置在“T”型三通接头和外部微管的内部；

稳流驱动单元后接内部微管并为溶剂提供流动驱动力，高压流体驱动单元后接“T”型三通接头并为非溶剂提供流动驱动力；共轴聚焦微混合器通过内部微管向外部微管的喷射实现溶剂和非溶剂的混合，生成炸药悬浊液；收集单元用以回收炸药悬浊液以及收集成品。

进一步的，还包括“Y”型接头，高压流体驱动单元的出口连接“Y”型接头的一端，“Y”型接头的两个出口分别连接“T”型三通接头的两个端口。

进一步的，所述重结晶单元还包括温度控制装置，用于控制重结晶的温度。

进一步的，所述稳流驱动单元包括泵装置和注射器组成，泵装置驱动注射器中的溶液；

所述高压流体驱动单元包括高压气瓶、压力调节计和密封罐，高压气瓶内的气体产生高压驱动密封罐中的溶液沿连接管道流向共轴聚焦微混合器。