CN106748601A

CN106748601A - 一种低温力学性能良好的nepe推进剂

Info

Publication number: CN106748601A
Application number: CN201611127307.3A
Authority: CN
Inventors: 尹欣梅; 汪越; 庞爱民; 唐泉; 张�林; 李伟; 王小英; 潘新洲
Original assignee: Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Current assignee: Hubei Institute of Aerospace Chemical Technology
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2036-12-09
Also published as: CN106748601B

Abstract

一种低温力学性能良好的NEPE推进剂，包含的组份及其质量百分比为：粘合剂，5％～10％；含能增塑剂，6％～16％；耐寒增塑剂，0～3％；氧化剂，15～40％；含能氧化剂，20％～41％；固化剂，0.3％～1.0％；燃料，15～19％。其中耐寒增塑剂为甘油三碳酸乙酯，粘合剂为环氧乙烷四氢呋喃共聚醚；增塑剂为硝化甘油、二缩三乙二醇二硝酸酯的混合物，或单独使用二缩三乙二醇二硝酸酯；氧化剂是高氯酸铵，含能氧化剂是奥克托今或黑索今；固化剂为六次甲基二异氰酸酯；燃料为Al。本发明具有推进剂低温力学性能好、能量较高等特点，适用于使用环境温度低、高装填比、大推力的战术导弹。

Description

一种低温力学性能良好的NEPE推进剂

技术领域

本发明属于推进剂技术领域，尤其涉及一种低温力学性能良好的NEPE推进剂。

背景技术

固体推进剂是固体火箭发动机的动力源。在固体发动机内燃烧、释放出气态工质，为导弹系统产生推力。为确保发动机正常工作，固体推进剂药柱必须在全使用条件下(如长期贮存、温度循环、点火增压、运输振动，发射时加速度载荷等条件)保持其结构完整性。但是当推进剂低温力学性能偏低时，可能会由于低温环境，在温度循环、贮存、运输振动、点火增压等应力条件下产生损伤，最终由于燃面增加使得发动机点火后压强骤升，导致发动机工作失效甚至爆炸。

近年来,一些固体火箭发动机发生了在低温点火后爆破的事故,主要是由于固体推进剂在低温下应变能力偏低，不能满足固化降温、低温点火增压等应变的要求。因此，固体推进剂应具备良好的低温力学性能及抗低温冲击的能力，以满足发动机药柱在各种工况条件下的结构完整性要求,从而确保战术导弹良好的环境适应性。

NEPE推进剂具有能量高、力学性能好的特点，受到了战术导弹发动机的青睐。近年来战术导弹使用环境温度逐步降低，要求进一步优化推进剂的低温力学性能。

战术导弹的使用温度范围一般较宽，随着其作战平台、作战范围的不断拓展，其最低使用温度逐步由-40℃降低至-50℃、-55℃，已低于部分NEPE推进剂的玻璃化温度，发动机低温工作存在较大风险。此外，目前先进战术发动机正逐渐向高质量比、大M数、高工作压强、复合材料壳体等方向发展，均要求推进剂在低温下有更优良的应变性能。

美国是研制NEPE推进剂最早且应用最广泛的国家，在解决硝酸酯增塑的聚醚推进剂低温脆变的问题时，采用了混合硝酸酯取代硝化甘油(NG)的途径。如美国航空喷气战术系统公司在研究以AP、硝胺(HMX或RDX)为基、以TMETN(三羟甲基乙烷三硝酸酯)为增塑剂的聚醚推进剂中遇到了推进剂脆变的问题，其-54℃下最大伸长率仅为1％，不能满足战术发动机的需求。而采用BTTN(丁三醇三硝酸酯)为增塑剂后，推进剂-54℃下最大伸长率为16％。

国内关于改善NEPE低温力学性能的研究报道较少，秦亚萍(秦亚萍,刘子如等.高聚物的低温动态力学性能.火炸药学报，1999.2)等人通过动态热机械分析仪研究了聚醚粘合剂的低温动态性能，仅对填料等影响因素开展了研究，结果表明添加HMX、AP等组分会使材料在低温下的的贮能模量上升、脆性增加。

颜红等人研究了IPDI丁羟高燃速推进剂低温伸长率偏低的问题。通过添加网络调节剂，提高了推进剂低温伸长率。(颜红,唐承志.提高高燃速丁羟推进剂低温伸长率研究.推进技术，2003，12(24).)

赵长才等人研究了不同种类扩链剂对HTPB/IPDI推进力学性能的影响，结果表明，加入二醇类、两端含羟基的醚类扩链剂能大幅度提高丁羟推进剂的低温最大伸长率。(赵长才，鲁国林，王北海.扩链剂对HTPB/IPDI推进剂力学性能的影响.固体火箭技术，2000，2(23).)。

国内外关于改善NEPE推进剂低温性能的研究较少，已报道的技术途径或不适用于NEPE推进剂，或不能完全满足使用要求。

发明内容

本发明的目的是：提供一种降低玻璃化温度、高推进剂低温伸长率的NEPE推进剂。

本发明的技术方案是：一种低温性能良好的NEPE推进剂，它包括，粘合剂、含能增塑剂、氧化剂、含能氧化剂、固化剂和燃料，其特征在于，还包括耐寒增塑剂。

进一步的，上述耐寒增塑剂为甘油三碳酸乙酯。

进一步的，上述各组份的质量百分比)为，粘合剂：5％～10％；含能增塑剂：6％～16％；耐寒增塑剂：0～3％；氧化剂：15～40％；含能氧化剂：20％～41％；固化剂：0.3％～1.0％；燃料，5～19％。

进一步的，上述粘合剂为环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚。

进一步的，上述增塑剂为硝化甘油和二缩三乙二醇二硝酸酯的混合物，或二缩三乙二醇二硝酸酯

进一步的，上述固化剂为含[NCO]的化合物。

更进一步的，上述述含[NCO]的化合物选自六次甲基二异氰酸酯和/或六次甲基多异氰酸酯。

进一步的，上述含能氧化剂包括奥克托今或黑索今。

进一步的，上述述氧化剂为高氯酸铵。

进一步的，上述燃料为Al。

综合上述选择，可得到低温性能良好的NEPE高能推进剂，包含下列组分和含量(质量百分比％)：粘合剂：6％～8％；含能增塑剂：10％～16％；耐寒增塑剂：1～3％；氧化剂：15～40％；含能氧化剂：15％～40％；固化剂：0.4％～1.2％；燃料，15～19％。粘合剂为环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚(PET)；增塑剂为混合使用硝化甘油(NG)、二缩三乙二醇二硝酸酯(TEGDN)或单独使用TEGDN；耐寒增塑剂为甘油三碳酸乙酯(PTC)；含能氧化剂包括奥克托今(HMX)或黑索今(RDX)；氧化剂为高氯酸铵(AP)；固化剂为含[NCO]的化合物，六次甲基多异氰酸酯(N-100)、六次甲基二异氰酸酯(HDI)，可以单独使用，也可以组合使用；燃料为Al。

本发明通过将相容性良好的耐寒增塑剂加入NEPE推进剂，改善低温力学性能；此外，通过选用玻璃化温度较低的、低温性能良好的聚醚粘合剂、优化粘合剂基体网络结构以及凝固点较低的含能增塑剂以及相容性良好的耐寒增塑剂，显著降低了NEPE推进剂的玻璃化温度，提高了推进剂的低温伸长率，得到了一种适用于低温条件的NEPE推进剂配方，满足了先进战术发动机对推进剂在低温环境下贮存、工作的结构完整性需求。

本发明NEPE推进剂的性能为：

推进剂在保持较高能量水平条件下，玻璃化温度降低至-57～-65℃、低温-55℃，500mm/min拉伸条件下，伸长率≥40％，满足先进战术发动机在低温环境长期贮存、温度循环、点火工作的需求。

本发明与现有技术相比，优点如下：

(1)本发明使用的粘合剂为PET。PET为四氢呋喃与环氧乙烷的共聚醚，不规整性的链段结构，使其在低温下具有良好的链段的活动性。因此，选用PET为粘合剂的配方玻璃化温度较低，低温性能更好，PET在配方中的用量为5～10％。

(2)本发明采用的含能增塑剂为NG、TEGDN的混合物，或TEGEN单独使用。NG、TEGDN的凝固点分别为13.2℃、-19℃，在NEPE推进剂中添加TEGDN，可显著改善推进剂的低温性能，且随着TEGDN相对含量的增加，推进剂低温性能的改善效果明显。

(3)本发明使用的耐寒增塑剂为PTC，PTC的凝固点为-41℃，与硝酸酯、PET等组分相容性好，可显著降低NEPE推进剂的玻璃化温度，但对能量有一定负面影响，用量以≤3％为宜。

(4)本发明使用的固化剂为六次甲基二异氰酸酯(HDI)。HDI分子链柔顺，刚性基团含量相对较少，使用HDI后，高分子链段在低温下的活动性更好，推进剂可获得更优良的低温性能。

(5)本发明采用RDX或HMX为含能氧化剂，它们具有含能程度高、燃气分子量小等优点，有利于提高推进剂的能量，综合考虑工艺、力学等因素，RDX、HMX的d₅₀以10～20μm为宜。

(6)本发明使用的氧化剂为AP，AP的含量和粒度可根据发动机对推进剂燃烧、力学等需求进行调节，AP用量以18～40％，平均粒度以50μm～120μm为宜；

(7)综合采用上述技术，形成了一个低温性能优良的NEPE推进剂配方，与其它NEPE配方相比，该配方在保持高能量特性的基础上，同时还具有玻璃化温度低、低温伸长率高、低温抗冲击性好等特点。

总之，本发明提供了适用于更低温环境的NEPE高能推进剂配方。应用于战术导弹中，可使固体导弹满足更低温度、更长贮存时间、更复杂装药结构的应力条件，对战术导弹发动机在服役全过程中保持结构完整具有重要意义。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

以下各实施例包括两部分，其中(1)为推进剂的组分及其质量百分含量，(2)为根据(1)所示的组分和含量制备的推进剂的性能。

实施例1

(1)推进剂组成

组分	PET	NG	TEGDN	PTC	RDX
						含量(％wt)	5.33	0	13.32	3	21
组分	Al	AP	HDI
						含量(％wt)	19	38	0.35

(2)推进剂性能

实施例2

(1)推进剂组成

组分	PET	NG	TEGDN	PTC	RDX
						含量(％wt)	5.61	0	14.02	2	25
组分	Al	AP	HDI
						含量(％wt)	18	35	0.37

(2)推进剂性能

实施例3

(1)推进剂组成

组分	PET	NG	TEGDN	PTC	RDX
						含量(％wt)	5.89	0	14.72	1	41
组分	Al	AP	HDI
						含量(％wt)	15	23	0.39

(2)推进剂性能

实施例4

(1)推进剂组成

组分	PET	NG	TEGDN	PTC	RDX
						含量(％wt)	6.19	0	12.38	0	25
组分	Al	AP	HDI
						含量(％wt)	18	38	0.44

(2)推进剂性能

实施例5

(1)推进剂组成

组分	PET	NG	TEGDN	PTC	RDX
						含量(％wt)	6.51	6.51	6.51	3	21
组分	Al	AP	HDI
						含量(％wt)	18	38	0.46

(2)推进剂性能

实施例6

(1)推进剂组成

组分	PET	NG	TEGDN	PTC	HMX
						含量(％wt)	5.89	0	14.72	1	41
组分	Al	AP	HDI
						含量(％wt)	15	23	0.39

(2)推进剂性能

实施例7

(1)推进剂组成

组分	PET	NG	TEGDN	PTC	RDX
						含量(％wt)	8.92	6.69	6.69	0	21
组分	Al	AP	HDI
						含量(％wt)	18	25	0.58

(2)推进剂性能

可以看出，本发明的推进剂有效地改善了NEPE推进剂的低温力学性能，具有较低的玻璃化温度，低温应变性能及抗冲击性能良好，可满足战术导弹低温下贮存、运输、点火等使用要求，特别适用于对环境温度适应性要求较高的战术导弹。

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。

Claims

1.一种低温性能良好的NEPE推进剂，它包括，粘合剂、含能增塑剂、氧化剂、含能氧化剂、固化剂和燃料，其特征在于，还包括耐寒增塑剂。

2.一种如权利要求1所述的NEPE推进剂，其特征在于，所述耐寒增塑剂为甘油三碳酸乙酯。

3.一种如权利要求1所述的NEPE推进剂，其特征在于，所述各组份的质量百分比)为，粘合剂：5％～10％；含能增塑剂：6％～16％；耐寒增塑剂：0～3％；氧化剂：15～40％；含能氧化剂：20％～41％；固化剂：0.3％～1.0％；燃料，5～19％。

4.一种如权利要求1所述的NEPE推进剂，其特征在于，所述粘合剂为环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚。

5.一种如权利要求1所述的NEPE推进剂，其特征在于，所述增塑剂为硝化甘油和二缩三乙二醇二硝酸酯的混合物，或二缩三乙二醇二硝酸酯。

6.一种如权利要求1所述的NEPE推进剂，其特征在于，所述固化剂为含[NCO]的化合物。

7.一种如权利要求6所述的NEPE推进剂，其特征在于，所述含[NCO]的化合物选自六次甲基二异氰酸酯和/或六次甲基多异氰酸酯。

8.一种如权利要求1所述的NEPE推进剂，其特征在于，所述含能氧化剂包括奥克托今或黑索今。

9.一种如权利要求1所述的NEPE推进剂，其特征在于，所述氧化剂为高氯酸铵。

10.一种如权利要求1所述的NEPE推进剂，其特征在于，所述燃料为Al。