DOI: 10.1007/s10570-021-03957-w

纳米铝（Al）由于其较高的能量密度和燃烧温度，一直是含能材料领域的研究热点，被认为是增强各种推进系统能量释放的一种有前途的燃料。在本文中，研究者采用静电纺丝技术，将纳米铝和再结晶的环三甲撑三硝胺（RDX）颗粒与硝化纤维素（NC）纤维相结合，制备了纳米复合纤维。纳米Al颗粒在纤维中的团聚受到明显抑制。采用X射线衍射（XRD）、傅立叶变换红外分光光度法（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和Brunauer-Emmett-Teller（BET）对NC/Al、NC/RDX和NC/Al/RDX复合纤维的形态和化学成分进行了表征。热分析表明纳米NC纤维具有低于原始NC（208.2℃和218.5kJ/mol）的热分解温度（202.1℃）和表观活化能（149.3kJ/mol），与NC/RDX和NC/Al相比，NC/Al/RDX具有更好的热分解性能。激光点火实验表明，均匀分散的纳米Al颗粒能够明显促进燃烧并缩短点火延迟时间。由于RDX纤维分解温度高，可能会延迟点火，但NC/Al/RDX纤维的燃烧性能显著提高。复合纤维的燃烧传播速度明显高于其物理混合物。冷凝燃烧产物主要是直径中值约为180nm的球形氧化铝（Al2O3）。究其原因，是复合纤维中燃料与氧化剂的紧密结合，增强了热量和质量的传递。

图1.通过静电纺丝制备纳米复合纤维的示意图

图2.NC纤维、Al、RDX和纳米复合纤维的XRD（a）和FT-IR（b）光谱

图3.通过静电纺丝制备纳米纤维毡的照片

图4.RDX（a），纳米Al（b），NC（c）和NC纳米纤维（d）的SEM图像

图5.NC/RDX（a-a”），NC/Al（b-b”）和NC/Al/RDX（c-c”）复合纤维的SEM图像。注意：从a（b）到a”（b”），NC与RDX（Al）的质量比分别为1:1、3:1、5:1；NC/Al/RDX复合纤维中NC、Al、RDX的质量比分别为5:1:1（c），3:1:1（c’），1:1:0.2（c”）

图6.纳米Al颗粒（a）和具有不同NC与Al质量比的NC/Al复合纤维的TEM图像：（b）1:1，（c）3:1，（d）5:1

图7.NC、NC/Al、NC/RDX和NC/Al/RDX复合纤维的氮气吸附-解吸等温线。插图：相应样品的孔径分布

图8.在N2气流下，当升温速率为10℃/min时，（a）NC纤维、NC和RDX，（b）NC/Al，（c）NC/RDX和（d）NC/Al/RDX的DSC曲线

图9.在空气中，所有样品的点火延迟时间随激光功率密度的变化：（a）NC/Al，（b）NC/RDX，（c）NC/Al/RDX及其（d）比较

图10.在空气中，燃烧纳米Al、NC/Al（1:1）和NC/Al/RDX（1:1:0.2）的快照。注意：每张图片顶部的时间戳表示已用的时间

图11.物理混合物（NC＋Al＋RDX，a）和电纺丝（NC/Al/RDX，b-d）冷凝燃烧产物的形态和成分表征