本发明涉及一种不含铅的环保型高密度枪弹及其制备方法，其中，枪弹材料按重量比包括：高分子聚合物100重量份；钨粉500重量份‑2000重量份；钨纤维0.05重量份‑100重量份；铁粉0.05重量份‑200重量份；相容剂0.5重量份‑5重量份；抗氧剂0.05重量份‑1重量份。制备方法包括(1)配料共混；(2)挤出造粒；(3)注射成形；(4)弹坯整形；(5)弹坯镀铜等步骤，获得最终制品。本发明的不含铅的环保型高密度子弹不含铅元素，有效避免了传统含铅子弹对环境的污染及对人类和动植物的损害。
1.一种不含铅的环保型高密度枪弹，其特征在于：包括弹坯以及外层，其中，弹坯为包括以下重量配比的原料制备的基材制成：高分子聚合物100重量份；
所述的基材中的钨粉为经过解团聚，平均粒径0.4μm-40μm的一种钨粉或几种钨粉的混合物；所述的基材中的钨纤维直径为10μm-30μm，长径比为50-150；基材中的铁粉为球形铁粉，粒径1μm-10μm；
2.如权利要求1所述的一种不含铅的环保型高密度枪弹，其特征在于：铜镀层厚度为
3.如权利要求1所述的一种不含铅的环保型高密度枪弹，其特征在于：基材中所述高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龙6、尼龙66、尼龙12中的至少一种。
4.如权利要求1所述的一种不含铅的环保型高密度枪弹，其特征在于：所述的基材中的相容剂为硅烷偶联剂。
5.如权利要求1所述的一种不含铅的环保型高密度枪弹，其特征在于：所述的基材中的抗氧剂为受阻酚类、亚磷酸酯类或硫代酯类抗氧剂中的一种或两种。
6.一种制备权利要求1至5任一项所述的不含铅的环保型高密度枪弹的方法，其特征在于：包括如下步骤：（1）配料共混：把各种原材料按配方称好质量，并在高速混合机中混合均匀制得混合料；
（2）挤出造粒：将混合料投入双螺杆挤出机，挤出切粒制得注射喂料颗粒；
（3）注射成形：将注射喂料颗粒通过注射机注射成型，制得不含铅的环保型高密度弹坯；
（4）弹坯整形：将所得不含铅的环保型高密度弹坯磨削除去注射浇口制得整形弹坯；
（5）弹坯镀铜：将整形弹坯表面镀铜，获得最终制品。
7.如权利要求6所述的不含铅的环保型高密度枪弹制备方法，其特征在于：所述步骤（2）为：将混合料投入双螺杆挤出机，挤出机温度为130℃-300℃，挤出切粒制得注射喂料颗粒。
8.如权利要求6所述的不含铅的环保型高密度枪弹制备方法，其特征在于：所述高分子聚合物的加入量为在复合材料总体积中的比例达到30%-50%。
9.如权利要求6所述的不含铅的环保型高密度枪弹制备方法，其特征在于：所述步骤（3）为：将所述注射喂料颗粒加入注射机中于150℃-300℃注射成形，制得不含铅的环保型高密度弹坯。
10.如权利要求6所述的不含铅的环保型高密度枪弹制备方法，其特征在于：所述步骤（5）为：将所述不含铅的环保型高密度弹坯先进行化学镀铜，镀层厚度3μm-10μm，再进行电镀铜，镀层厚度0.5mm-0.8mm，即得所述不含铅的环保型高密度枪弹。
一种不含铅的环保型高密度子弹及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种不含铅的环保型高密度子弹及其制备方法，属于先进功能性复合材料器件设计及制备领域。
背景技术
[0002] 自从子弹诞生以来，其形状、构造及弹药成分已发生较大变化，但铅金属作为其核心材料却始终未变，这是因为铅金属具有11.34g/cm3的高密度及良好的延展性，可有效提高射击的准确性及杀伤力。然而，铅有生物毒性，分散在自然环境中的铅对动物神经系统、造血系统、泌尿系统、心血管系统、生殖系统、骨骼系统等均具有严重毒性作用。根据RoHS指令、WEEE指令以及REACH法规，铅被列为重点限制使用及高度关注的有害物质之一。
[0003] 在军事领域，以美国为例，每年新兵训练约消耗2亿发M16步枪子弹，虽然每发子弹含铅量只有2至3克，但仍相当于将数百吨铅撒在靶场。据估计，一发铅弹的成本约为25美分，但清除一发小口径子弹中所含的铅需要77美分。迫于铅污染问题，美国环保署曾于1997年一度关闭马萨诸塞州的50个陆军射击场。从20世纪90年代开始，美国等国家开始了铅弹替代研究，其中最为著名的为美国国防部的“Green Bullets计划”。该计划由世界最大弹药生产商、年产34亿发子弹的阿连特公司承接，该公司采用粘结态钨制弹头替代传统铅弹头，据估算，其每发子弹的成本约为36美分，至2003年，该公司已生产该类弹头8500万发。
[0004] 在民用狩猎领域，最为著名的为美国加利福尼亚州的“加州神鹰保护计划”。该项目是迄今为止人类史上最为昂贵的动物保护项目，总投资超过3500万美元，曾入选PNAS2012年十大科学新闻。研究表明，以腐肉为食的加州神鹰存在广泛的铅中毒，而引起其铅中毒的主要原因是留存在猎物腐尸内的铅弹。为解决这一问题，加利福尼亚于2013年10月通过了AB-711法案，严令禁止狩猎者在加利福尼亚使用铅弹。
[0005] 钨及钨合金的密度超过铅，且几乎无生物毒性，对环境不会造成污染，因此被广泛用作弹体材料。实践也证明，钨弹的准确性、杀伤性和穿透性完全可以和铅弹媲美。然而值得注意的是，钨及钨合金为高熔点难熔金属，其烧结态制品成形加工困难，成本较高。
[0006] 另外，以钨为填料制备的高密度复合材料，密度可达11.34g/cm3，可满足弹体材料高密度的要求，是理想的铅替代材料。但众所周知，枪弹不仅需要较高的弹体密度，同时也需要较高的弹体强度以提高其击穿破坏能力。因此，单纯以钨为填料制备的高密度复合材料，虽可获得较高的弹体密度，但弹体强度较低。同时，由于钨的硬度太大，在发射过程中，裸露于弹头表面的钨颗粒会直接摩擦枪管膛线，损坏枪管。
发明内容
[0007] 本发明的具体技术方案如下：
[0008] 一种不含铅的环保型高密度子弹，包括弹坯以及外层，其中，弹坯为包括以下重量配比的原料制备的基材制成：
[0009] 高分子聚合物100重量份；
[0010] 钨粉500重量份-2000重量份；
[0011] 钨纤维0.05重量份-100重量份；
[0012] 铁粉0.05重量份-200重量份；
[0013] 相容剂0.5重量份-5重量份；
[0014] 抗氧剂0.05重量份-1重量份。
[0015] 所述的基材中的钨粉为经过解团聚，平均粒径0.4μm-40μm的一种钨粉或几种钨粉的混合物；其重量份优选可以为600、800、1000、1200、1400、1600、1800份。
[0016] 所述的基材中的钨纤维直径为10μm-30μm，长径比为50-150；其重量份优选可以为5、10、20、30、40、50、60、70、80、90份
[0017] 基材中的铁粉为球形铁粉，粒径1μm-10μm；其重量份优选可以为10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190份。
[0018] 所述的外层为铜镀层。
[0019] 其中，本发明所述的高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、尼龙6、尼龙66、尼龙12中的至少一种。
[0020] 本发明所述的相容剂优选为硅烷偶联剂。
[0021] 本发明所述的抗氧剂为受阻酚类、亚磷酸酯类或硫代酯类抗氧剂中的一种或两种。
[0022] 其中，铜镀层厚度可根据需要而定，例如为0.1-5mm。优选为0.5-1.0mm。特别优选为包括厚度3μm-10μm的化学镀层，以及厚度0.5mm-0.8mm的电镀层。其中，化学镀层位于内侧，和基材接触，电镀层位于化学镀层之外。这是由于电镀层如果和基材直接接触，强度不足。而采用先化学镀，再电镀，强度高，且电镀效率也高。
[0023] 上述的不含铅的环保型高密度子弹制备方法，其步骤为：
[0024] (1)配料共混：把各种原材料按配方称好质量，并在高速混合机中混合均匀制得混合料。
[0025] (2)挤出造粒：将混合料投入双螺杆挤出机，挤出切粒制得注射喂料颗粒。
[0026] (3)注射成形：将注射喂料颗粒通过注射机注射成型，制得不含铅的环保型高密度弹坯。
[0027] (4)弹坯整形：将所得不含铅的环保型高密度弹坯磨削除去注射浇口制得整形弹坯。
[0028] (5)弹坯镀铜：将整形弹坯表面镀铜，获得最终制品。
[0029] 在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(2)为：将混合料投入双螺杆挤出机，挤出机温度为130℃-300℃，挤出切粒制得注射喂料颗粒。
[0030] 在本发明的一个优选实施方案中，所述高分子聚合物的加入量为在复合材料总体积中的比例达到30％-50％。
[0031] 在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)为：将所述注射喂料颗粒加入注射机中于150℃-300℃注射成形，制得不含铅的环保型高密度弹坯。
[0032] 在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(5)为：将所述不含铅的环保型高密度弹坯先进行化学镀铜，镀层厚度3μm-10μm，再进行电镀铜，镀层厚度0.5mm-0.8mm，最终制得不含铅的环保型高密度子弹。
[0033] 本发明的有益效果是：
[0034] 1、本发明的不含铅的环保型高密度子弹不含铅元素，有效避免了传统含铅子弹对环境的污染及对人类和动植物的损害；
[0035] 2、本发明的不含铅的环保型高密度子弹为粘结态，与传统钨合金弹相比，不需烧结，不需金属切削加工，避免了能源消耗；
[0036] 3、本发明的不含铅的环保型高密度子弹弹体填充材料为钨粉、铁粉及钨纤维，在满足弹体高密度的同时，钨纤维的纤维增强作用保证了弹体的高强度；
[0037] 4、本发明的不含铅的环保型高密度子弹弹坯表面覆铜0.5mm-0.8mm，不仅使表观状态改善，而且避免了钨粉颗粒与枪管的直接摩擦。此外，铜镀层在弹头与枪管之间起了一层软密封而增加了精度，加大了枪管内的膛压使弹头射程大大提高；
[0038] 5、本发明的镀铜工艺，首先采用化学镀有利于提高铜镀层与弹体表面的结合强度，而电镀有利于提高镀层速度，提高生产效率。
具体实施方式
[0039] 以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
[0040] 实施例1
[0041] 不含铅的环保型高密度子弹基体材料配方为：
[0042]
[0043] 所述的不含铅的环保型高密度子弹制备方法，其步骤为：
[0044] (1)配料共混：把各种原材料按配方称好质量，并在高速混合机中混合均匀制得混合料。
[0045] (2)挤出造粒：将混合料投入双螺杆挤出机，180℃挤出切粒制得注射喂料颗粒。
[0046] (3)注射成形：将注射喂料颗粒通过注射机200℃注射成型，制得不含铅的环保型高密度弹坯。
[0047] (4)弹坯整形：将所得不含铅的环保型高密度弹坯磨削除去注射浇口制得整形弹坯。
[0048] (5)弹坯镀铜：将整形弹坯先进行表面化学镀铜，铜镀层厚度10μm，再进行电镀镀铜，铜镀层厚度0.6mm，获得最终制品。
[0049] 所得镀铜前弹坯的力学性能如下：
[0050]
[0051] 实施例2
[0052] 不含铅的环保型高密度子弹基体材料配方为：
[0053]
[0054]
[0055] 所述的不含铅的环保型高密度子弹制备方法，其步骤为：
[0056] (1)配料共混：把各种原材料按配方称好质量，并在高速混合机中混合均匀制得混合料。
[0057] (2)挤出造粒：将混合料投入双螺杆挤出机，260℃挤出切粒制得注射喂料颗粒。
[0058] (3)注射成形：将注射喂料颗粒通过注射机290℃注射成型，制得不含铅的环保型高密度弹坯。
[0059] (4)弹坯整形：将所得不含铅的环保型高密度弹坯磨削除去注射浇口制得整形弹坯。
[0060] (5)弹坯镀铜：将整形弹坯先进行表面化学镀铜，铜镀层厚度5μm，再进行电镀镀铜，铜镀层厚度0.5mm，获得最终制品。
[0061] 所得镀铜前弹坯的力学性能如下：
[0062]
[0063]
[0064] 实施例3
[0065] 不含铅的环保型高密度子弹基体材料配方为：
[0066]
[0067] 所述的不含铅的环保型高密度子弹制备方法，其步骤为：
