CN106380361A - 一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂 - Google Patents

一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂，包括下列组份（质量百分比含量%）：粘合剂：环氧乙烷‑四氢呋喃共聚醚PET，15%～35%；增塑剂：4％～12％；主氧化剂：40％～65％；副氧化剂：0％～40％；固化剂：异氰酸酯类化合物，1%～2%；力学性能调节剂：0.2％～0.7％；燃烧性能调节剂：0.5％～1.0％；功能助剂：0.5%～0.8%，本发明燃气发生剂具有高延伸率、高模量、高能量、燃温低、残渣低等优点，推进剂25℃初始模量（E）≥3.0MPa、伸长率（εm）≥100%，70℃伸长率（εm）≥50%，‑40℃伸长率（εm）≥200%，远高于传统燃气发生剂配方性能水平，特别适用于对弹药力学、能量、燃温和残渣有较高要求的、以燃气发生剂为动力源的辅助动力装置。

Description

一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂
技术领域
本发明涉及一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂，特别是涉及一种力学性能优良，具有较高延伸率和模量的聚醚燃气发生剂，属于固体推进剂技术领域。
背景技术
固体燃气发生剂是一类特种推进剂，广泛用于航空航天和导弹系统的辅助动力装置中。以固体燃气发生剂为能源的辅助动力装置，诸如动能拦截器、推力矢量控制伺服系统等，除了要求燃气发生剂具有较高的能量外，还要求其具有低燃温、低残渣、力学性能优良等特点。传统的双基药经过几十年的发展技术比较成熟，在以燃气发生剂为动力源的辅助动力装置领域具有广泛应用，但双基药的力学性能较差，无法满足苛刻环境条件下使用要求。随着粘合剂技术发展及拓展应用，烯烃类、聚酯类和聚醚类等粘合剂逐渐在燃气发生剂配方中得到了应用，聚醚型燃气发生剂具有残渣低和燃温低等优点，能够满足先进燃气发生器系统的特殊要求。
但是，随着导弹武器系统发展，导弹突防能力和机动性的不断增强，使用环境越来越苛刻，使导弹系统面临的飞行过载越来越大，发动机结构完整性面临严峻考验，其辅助动力装置同样面临结构失效的危险，为了防止药柱在高过载、高速冲击等情况下发生结构完整性失效，燃气发生剂必须具备良好的力学性能，以抵抗冲击形变。较高的延伸率和模量可以提高推进剂抵抗形变的能力和韧性，也利于推进剂的长期贮存使用。
现有的燃气发生剂配方普遍关注燃温、能量和燃烧性能，但力学性能较差，推进剂往往具有较高的模量，但伸长率较低，药柱较硬、较脆，极易造成药柱结构破坏。所以有必要研制出高延伸率、高模量型燃气发生剂配方，以满足先进燃气发生器的使用要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂，该推进剂具有高延伸率、高模量、高能量、燃温低和残渣低等特点，已在某轻型动能拦截装置中得到了推广应用，取得了很好的效果。
本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂，包括如下质量百分比含量的组份：
粘合剂：15％～35％；
增塑剂：4％～12％；
主氧化剂：40％～65％；
副氧化剂：0％～40％；
固化剂：1％～2％；
力学性能调节剂：0.2％～0.7％；
燃烧性能调节剂：0.5％～1.0％；
功能助剂：0.5％～0.8％；
所述粘合剂为端羟基环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚PET；
所述增塑剂为硝化甘油NG、1,2,4-丁三醇三硝酸酯BTTN、二缩三乙二醇二硝酸酯TEGDN或三羟甲基丙烷三硝酸酯TMETN中的一种或组合。
在上述高延伸率高模量聚醚燃气发生剂中，粘合剂端羟基环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚PET的数均分子量为1000～11000。
在上述高延伸率高模量聚醚燃气发生剂中，所述主氧化剂为高氯酸铵AP。
在上述高延伸率高模量聚醚燃气发生剂中，所述副氧化剂为硝酸铵AN或相稳定型硝酸铵PSAN。
在上述高延伸率高模量聚醚燃气发生剂中，所述固化剂为甲苯二异氰酸酯TDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI或多官能度异氰酸酯N-100中的一种或组合。
在上述高延伸率高模量聚醚燃气发生剂中，所述力学性能调节剂为醇胺与三氟化硼络合物T313和三-1-(2-甲基氮丙啶)氧化膦MAPO的组合，其中T313占力学性能调节剂总质量的质量百分比含量为45％～55％，MAPO占力学性能调节剂总质量的质量百分比含量为55％～45％。
在上述高延伸率高模量聚醚燃气发生剂中，所述T313占力学性能调节剂总质量的质量百分比含量为50％～60％；MAPO占力学性能调节剂总质量的质量百分比含量为40％～50％。
在上述高延伸率高模量聚醚燃气发生剂中，所述燃烧性能调节剂为三氧化二铁Fe2O3、氧化铜CuO、三氧化二铝Al2O3、三氧化二镍Ni2O3中的一种或组合。
在上述高延伸率高模量聚醚燃气发生剂中，所述功能助剂包括固化催化剂和安定剂，其中固化催化剂为三苯基铋TPB，安定剂为N-甲基-对硝基苯胺MNA和2-二硝基二苯胺2-NDPA的组合。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)、本发明推进剂与普通燃气发生剂配方相比力学性能优良，克服了普通燃气发生剂配方强度和模量高、伸长率低的缺点，创新性的设计出了兼具高延伸率和高模量特点的燃气发生剂配方，该配方具有抵抗形变能力强、韧性好、低温性能优良等优点；25℃：E≥3.0MPa、εm≥100％，70℃：εm≥50％；-40℃：εm≥200％，远高于传统燃气发生剂配方性能水平；
(2)、本发明推进剂采用硝酸酯增塑的环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚作为粘合剂，此种类型的粘合剂醚键较多，链段柔顺性好力学性能优良，同时与含能增塑剂相容性好，添加含能增塑剂不但可以提高推进剂的能量，还能有效改善推进剂的点火燃烧特性，使推进剂具有较高的燃烧效率，兼具能量高、残渣低等优点，标准理论比冲≥1950N.s/kg，残渣含量≤2.5％；
(3)、本发明推进剂不添加降温剂和金属燃料，具有燃烧充分、成气性好、羽烟信号特征低等优点，同时还具有较低的燃温，6.86MPa下燃烧温度<1800K；
(4)、本发明推进剂具有较好的内弹道性能，并且在较宽的工作压强范围内可以实现稳定燃烧，3-9MPa范围内压强指数小于0.3，可以满足高过载、应用环境条件苛刻的先进燃气发生器使用要求，已在某轻型动能拦截装置的姿轨控系统中得到了应用，取得了很好的效果，并具有一定的推广应用价值；
(5)、本发明采用醇胺与三氟化硼络合物T313和三-1-(2-甲基氮丙啶)氧化膦MAPO的组合力学性能调节剂，并通过大量试验给出了二者的最佳配比，使得本发明粘合剂体系的燃气发生剂具有更加优异的力学性能，兼具了高延伸率、高模量和高能量的特点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
实施例1
(1)推进剂组成(质量百分比％)
其中上述功能助剂包括：
(2)推进剂性能
力学性能：25℃：εm＝110.3％，E＝5.8MPa，σm＝0.92MPa；70℃：εm＝52.3％，-40℃：εm＝350％
残渣含量：2.0％
实测燃温：1645K
燃烧性能：r(6.86MPa)＝8.3mm/s，n＝0.28(3-9MPa)
理论比冲：1995.5N.s/kg
实施例2
(1)推进剂组成(质量百分比％)
其中上述功能助剂包括：
(2)推进剂性能
力学性能：25℃：εm＝150.3％，E＝4.7MPa，σm＝0.83MPa；70℃：εm＝65.5％；-40℃：εm＝410％
残渣含量：2.3％
实测燃温：1615K
燃烧性能：r(6.86MPa)＝7.5mm/s，n＝0.23(3-9MPa)
理论比冲：1984.7N.s/kg
实施例3
(1)推进剂组成：
其中上述功能助剂包括：
(2)推进剂性能
力学性能：25℃：εm＝226.3％，E＝3.0MPa，σm＝0.65MPa；70℃：εm＝101.5％；-40℃：εm＝430％
残渣含量：2.4％
实测燃温：1586K
燃烧性能：r(6.86MPa)＝7.1mm/s，n＝0.27(3-9MPa)
理论比冲：1978.6N.s/kg
实施例4
(1)推进剂组成：
其中上述功能助剂包括：
(2)推进剂性能
力学性能：25℃：εm＝185.2％，E＝5.0MPa，σm＝0.77MPa；70℃：εm＝61.4％；-40℃：εm＝360％
残渣含量：1.6％
实测燃温：1736K
燃烧性能：r(6.86MPa)＝8.3mm/s，n＝0.25(3-9MPa)
理论比冲：2022.2N.s/kg
实施例5
(1)推进剂组成：
其中上述功能助剂包括：
(2)推进剂性能
力学性能：25℃：εm＝120.7％，E＝5.7MPa，σm＝0.88MPa；70℃：εm＝65.5％；-40℃：εm＝406％
残渣含量：1.4％
实测燃温：1790K
燃烧性能：r(6.86MPa)＝9.0mm/s，n＝0.28(3-9MPa)
理论比冲：2050.8N.s/kg
实施例6
(1)推进剂组成：
其中上述功能助剂包括：
(2)推进剂性能
力学性能：25℃：εm＝161.4％，E＝3.8MPa，σm＝0.69MPa；70℃：εm＝81.5％；-40℃：εm＝306％
残渣含量：1.5％
实测燃温：1760K
燃烧性能：r(6.86MPa)＝8.5mm/s，n＝0.26(3-9MPa)
理论比冲：2031.5N.s/kg
实施例7
(1)推进剂组成：
其中上述功能助剂包括：
(2)推进剂性能
力学性能：25℃：εm＝170.4％，E＝3.9MPa，σm＝0.72MPa；70℃：εm＝86.1％；-40℃：εm＝346％
残渣含量：1.3％
实测燃温：1773K
燃烧性能：r(6.86MPa)＝8.0mm/s，n＝0.22(3-9MPa)
理论比冲：2032.8N.s/kg。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (9)

1.一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂，其特征在于：包括如下质量百分比含量的组份：
粘合剂：15％～35％；
增塑剂：4％～12％；
主氧化剂：40％～65％；
副氧化剂：0％～40％；
固化剂：1％～2％；
力学性能调节剂：0.2％～0.7％；
燃烧性能调节剂：0.5％～1.0％；
功能助剂：0.5％～0.8％；
所述粘合剂为端羟基环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚PET；
所述增塑剂为硝化甘油NG、1,2,4-丁三醇三硝酸酯BTTN、二缩三乙二醇二硝酸酯TEGDN或三羟甲基丙烷三硝酸酯TMETN中的一种或组合。
2.根据权利要求1所述的一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂，其特征在于：所述粘合剂端羟基环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚PET的数均分子量为1000～11000。
3.根据权利要求1所述的一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂，其特征在于：所述主氧化剂为高氯酸铵AP。
4.根据权利要求1所述的一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂，其特征在于：所述副氧化剂为硝酸铵AN或相稳定型硝酸铵PSAN。
5.根据权利要求1所述的一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂，其特征在于：所述固化剂为甲苯二异氰酸酯TDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI或多官能度异氰酸酯N-100中的一种或组合。
6.根据权利要求1所述的一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂，其特征在于：所述力学性能调节剂为醇胺与三氟化硼络合物T313和三-1-(2-甲基氮丙啶)氧化膦MAPO的组合，其中T313占力学性能调节剂总质量的质量百分比含量为30％～70％，MAPO占力学性能调节剂总质量的质量百分比含量为70％～30％。
7.根据权利要求6所述的一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂，其特征在于：所述T313占力学性能调节剂总质量的质量百分比含量为45％～55％；MAPO占力学性能调节剂总质量的质量百分比含量为55％～45％。
8.根据权利要求1所述的一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂，其特征在于：所述燃烧性能调节剂为三氧化二铁Fe2O3、氧化铜CuO、三氧化二铝Al2O3或三氧化二镍Ni2O3中的一种或组合。
9.根据权利要求1所述的一种高延伸率高模量聚醚燃气发生剂，其特征在于：所述功能助剂包括固化催化剂和安定剂，其中固化催化剂为三苯基铋TPB，安定剂为N-甲基-对硝基苯胺MNA和2-二硝基二苯胺2-NDPA的组合。
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