2009年,A N Sterletskii等人通过活化处理的方式减小Al粉粒径,从而增加PTFE/Al复合材料组分之间的接触面积,使体系的化学活性增强。J McCollum等人通过改变PTFE/Al复合材料中铝粉粒径的大小研究了复合材料中铝粉粒径对其热反应性能和燃烧性能的影响。
从燃烧方面来看,当Al颗粒尺寸从80 nm增加到120 nm时,燃烧速度从30.5 cm/s提高到45 cm/s,而当Al颗粒尺寸进一步增大到5500 nm时,燃烧速率急剧下降到3.3 cm/s。另外在同样的条件下,复合材料中两种组分的混合均匀程度和组分之间的比例也对PTFE/Al复合材料的热性能产生较大的影响。对于PTFE/Al复合物来说,改变Al粉粒径相当于改变Al粉颗粒与PTFE颗粒之间的接触面积,小颗粒具有更大的接触面积,所以在燃烧性能、热分解性能、点火性能方面都具有更加优异的表现。除了组分比例和组分粒径之外,研究人员发现复合材料的结构也会影响其性能。并且复合材料中的金属离子也不再局限于Al颗粒,还可以是其他活性金属或者铝热剂。而同样的,氧化剂也不再局限于PTFE,还可以是PVDF、THV等。
J Daniel等人提出一种泡沫结构提升反应性材料得强度,其中PTFE和Al就是构成这种泡沫结构的最理想的聚合物和金属材料。在这里,Al作为泡沫的基体材料,空隙内的填充物是包覆着填料颗粒的PTFE,该颗粒可以是Mo、Os、Ti、B、Mn、Mg、A1、Ni和铝热剂等。一般情况下,聚合物在复合材料中占比65 wt%~85 wt%之间,而金属则占比为15wt%~35 wt%之间。
在后续的研究中,D B Nielson等人又进一步丰富了金属/聚合物反应材料的配方。表明除了PTFE之外,还可以用四氟乙烯/六氟丙烯/偏二氟乙烯的聚合物—THV作为泡沫结构得基体物质。同样地,活性金属除了常用的Al,还可以用W、Zr、Ti、Ni等金属。与此同时,D B Nielson等人也提出可以通过粘结剂、增塑剂的方法来提高了复合材料的可塑性,增强复合材料成型结构。
随着研究工作进一步的深入,双组分复合材料在燃烧性能、材料强度等方面比较受限于复合材料组分之间的反应比较单一,因此通过添加催化剂来丰富复合材料的反应,从而获得更好的性能。
M Gaurav等人在AP推进剂的基础上添加PTFE对Al分进行火花处理,制备了三元的AP/PTFE/Al复合固体推进剂,并对其燃烧性能进行了研究。由于质量扩散距离较小,采用机械活化Al颗粒的推进剂具有较高的燃速和较低的起始反应温度。
K L Olney等人制备出了具有不同微观特征的Al/W/PTFE复合颗粒,并通过对复合颗粒的材料强度、损伤特征和冲击压缩动力学特征的表征测试,以及冲击压缩特性围观行为的仿真模拟研究。实验结果表明,金属W的加入有效地提升了复合材料的强度。
另外,ZhangXF等人在固定了Al与PTFE质量比的前提条件下,研究了不同W含量的Al/W/PTFE三元反应性材料的压缩特性。研究结果也表明,W在反应材料中的含量会影响材料的强度,而当W的含量上升到一定程度时,复合材料就会转化为脆性材料。
以上研究表示在加入第三种材料之后,复合材料的燃烧性能、力学强度等都有了一定的提升,所以多元材料的发展是提升材料性能的有效途径。反应性材料具有优异的性能,能应用到比较广泛的领域,但是在特定的应用环境里面因能量过高而无法使用,所以有研究人员在能量调控方面进行了研究,以获得更加全面的含能材料。