CN108367997A - 具有含高分子量二醇的羟基封端的粘合剂的固体火箭发动机 - Google Patents
具有含高分子量二醇的羟基封端的粘合剂的固体火箭发动机 Download PDFInfo
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Abstract
固体火箭推进剂包括羟基封端的聚丁二烯（HTPB）粘合剂体系，其具有多于三十个碳原子（>C30）且少于五十个碳原子（<C50）的高分子量二醇，并且不包括二聚脂肪酸二异氰酸酯（DDI）。
Description
相关申请的交叉引用
本公开要求于2015年11月18日提交的美国临时专利申请号62/257,093的优先权。
背景
固体火箭发动机通常包括浇铸固体推进剂。固体推进剂可以包括氧化剂、燃料，或两者，用粘合剂粘合在一起。固体推进剂的点火产生高压气体，其通过喷嘴排出以产生推力。
概述
根据本公开的一个实施例的固体火箭推进剂包括羟基封端的聚丁二烯(HTPB)粘合剂体系，其具有多于三十个碳原子(>C30)且少于五十个碳原子(<C50)的高分子量二醇，并且不包括二聚脂肪酸二异氰酸酯(DDI)。
在任何前述实施方案的进一步实施方案中，所述高分子量二醇是二聚体二醇(DD)。
任何前述实施方案的进一步实施方案包括高氯酸盐氧化剂和燃料。
在任何前述实施方案的进一步实施方案中，所述高氯酸盐氧化剂包括高氯酸铵、高氯酸钠或高氯酸钾中的至少一种，并且所述燃料包括铝、镁或硼中的至少一种。
在任何前述实施方案的进一步实施方案中，所述高氯酸盐氧化剂是高氯酸铵，并且所述燃料是铝。
在任何前述实施方案的进一步实施方案中，所述高氯酸盐氧化剂、燃料和HTPB粘合剂体系具有总组合重量，并且所述高分子量二醇为总组合重量的0.1％至10％。
在任何前述实施方案的进一步实施方案中，所述高分子量二醇为总组合重量的1％至5％。
在任何前述实施方案的进一步实施方案中，所述HTPB粘合剂体系包括二异氰酸酯或多异氰酸酯。
在任何前述实施方案的进一步实施方案中，所述二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、芳族二异氰酸酯或多异氰酸酯以及脂族二异氰酸酯和多异氰酸酯。
任何前述实施方案的进一步实施方案包括高氯酸盐氧化剂和燃料。所述高氯酸盐氧化剂、燃料和HTPB粘合剂体系具有总组合重量，并且高分子量二醇为总组合重量的0.1％至10％，并且HTPB粘合剂体系包括选自以下的二异氰酸酯：异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、芳族二异氰酸酯或多异氰酸酯，和脂族二异氰酸酯或多异氰酸酯。
根据本公开的实施例的固体火箭推进剂包括高氯酸盐氧化剂、燃料和具有二聚体二醇(DD)的羟基封端的粘合剂体系。
在任何前述实施方案的进一步实施方案中，所述高氯酸盐氧化剂、燃料和羟基封端的粘合剂体系具有总组合重量，并且DD为总组合重量的0.1％至10％。
在任何前述实施方案的进一步实施方案中，所述高氯酸盐氧化剂包括高氯酸铵、高氯酸钠或高氯酸钾中的至少一种。
在任何前述实施方案的进一步实施方案中，所述燃料包括铝、镁或硼中的至少一种。
在任何前述实施方案的进一步实施方案中，所述高氯酸盐氧化剂包括高氯酸铵。
在任何前述实施方案的进一步实施方案中，所述燃料包括铝。
在任何前述实施方案的进一步实施方案中，DD具有多于三十个碳原子(>C30)且少于五十个碳原子(<C50)。
附图的简要说明
从以下详细描述，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。伴随详细描述的附图可以简要描述如下。
图1例示一实施例固体火箭发动机。
图2例示一实施例固体推进剂。
详细说明
图1例示实施例固体火箭发动机20的选定部分的横截面，其也是高能装置的实施例。固体火箭发动机20通常包括喷嘴22和固体推进剂部分24。固体推进剂部分24包括前端24a和后端24b。喷嘴22连接在后端24b。如将会理解的，固体火箭发动机20可以包括与其操作有关的附加组件，这些附加组件通常是已知的，并因此在此不再描述。
固体推进剂部分24包括固体推进剂26。在该实施例中，固体推进剂26限定拉长的孔28。孔28的几何形状可以是圆柱形的并且可以具有径向翅片槽或其他特征。或者，固体推进剂26可以不具有孔。固体推进剂26围绕中心轴线A布置在发动机壳体30内。
一旦点火，固体推进剂26反应从而产生高温和高压气体(燃烧气体)。燃烧气体沿孔28向下流动并通过喷嘴22排出以产生推力。
发动机20可以通过将固体推进剂26注射或浇铸在壳体30中来制造。例如，将固体推进剂26的成分混合在一起，和然后注入或倒入壳体或合适的模具中。然后混合物固化，从而产生具有所需几何形状的最终固体推进剂26。
固体推进剂26至少包括聚合物基粘合剂体系和氧化剂。取决于特定设计的要求，固体推进剂26还可以包括固体燃料。固体推进剂26的粘合剂体系的成分包括基础预聚物和固化剂(curative)。例如，固化剂与基础预聚物反应以形成交联，这些交联用于使粘合剂具有弹性，减少汽化并降低燃烧速率。图2示意性例示混合在一起形成固体推进剂26的各种成分。在该实施例中，固体推进剂26包括燃料26a、粘合剂系统26b和高氯酸盐氧化剂26c。任选地，可以额外使用添加剂、改性剂等。
粘合剂体系26b是羟基封端的粘合剂体系。一个实例羟基封端的粘合剂体系是羟基封端的聚丁二烯体系，其中预聚物为羟基封端的聚丁二烯(HTPB)。这样的体系可以包括二聚体二异氰酸酯(DDI)的固化剂，其具有抑制燃烧速率的优点。然而，粘合剂体系26b包括DDI的替代物，高分子量二醇(例如二聚体二醇(DD))和除DDI以外的市售二异氰酸酯。
DD的其它实例包括具有多于三十个碳原子(>C30)且少于五十个碳原子(<C50)的高分子量二醇。>C30且<C50的二醇的实例包括但不限于Baker Hughes的Unilin系列的二醇(Mn分别约等于375、460、550和700g/mol的350、425、550和700)和Croda Coatings的Pripol 2033(CAS 147853-32-5)。在一个实例中，DD被分类在CAS登记号147853-32-5下。下面显示了HTPB的化学结构以及二聚体二醇的另外的实例和相应的化学结构。
羟基封端的聚丁二烯(HTPB)
二聚体二醇(无环1)9,10-二壬基-1,18-十八烷二醇
二聚体二醇(无环2)3,4-二己基-9,10-辛二醇十氢化萘
二聚体二醇(芳族)1-辛基-2-苄基-5,6-辛二醇
二聚体二醇(单环)1-辛基-2-环己基-5,6-辛二醇
粘合剂体系26b最典型地还包括二异氰酸酯，不包括二聚脂肪酸二异氰酸酯。实例二异氰酸酯可以包括但不限于异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HMDI)、芳族二异氰酸酯或多异氰酸酯以及脂族二异氰酸酯或多异氰酸酯(例如N-3200)。二异氰酸酯与高分子量二醇的羟基反应，如上述的无环1、无环2、芳族或单环二聚体二醇和HTPB在最终HTPB中形成交联。在一些实施例中，由高分子量二醇和二异氰酸酯形成的交联可以与通过使用二聚脂肪酸二异氰酸酯(DDI)作为固化剂所形成的那些化学上相类似。因此，与DDI相比，使用高分子量二醇可以获得类似的粘合剂性质，但是不使用DDI作为混合在一起以形成固体推进剂的成分之一。固化的粘合剂的实例化学结构如下所示，其中“R”为DD，例如上述的无环1、无环2、芳族或单环二聚体二醇。
固化的粘合剂(HTPB+IPDI+DD)
在进一步的实施例中，燃料26a包括铝、镁或硼中的至少一种，粘合剂体系26b是具有高分子量二醇和固化剂的羟基封端的聚丁二烯粘合剂体系，并且高氯酸盐氧化剂26c包括高氯酸铵、高氯酸钠或高氯酸钾中的至少一种。在一个另外的实施例中，燃料26a、粘合剂体系26b和高氯酸盐氧化剂具有总组合重量，并且高分子量二醇是总组合重量的0.5％至10％。在一个另外的实施例中，高分子量二醇是总组合重量的1％至5％。
尽管在例示的实施例中示出了特征的组合，但并不是所有的特征都需要组合以实现本公开的各种实施方案的益处。换句话说，根据本公开的实施方案设计的体系不一定必须包括任何一个附图中示出的所有特征或附图中示意性示出的所有部分。此外，一个示例性实施方案的所选特征可以与所选示例性实施方案的选定特征组合。
前面的描述本质上是示例性的而不是限制性的。对所公开的实施例的变化和修改对于本领域技术人员来说可能是显而易见的，其并不一定背离本公开。给予本公开的法律保护范围仅通过研究以下权利要求来确定。
Claims (17)
1.一种固体火箭推进剂，包含：
高分子量二醇的羟基封端的聚丁二烯（HTPB）粘合剂体系，其具有多于三十个碳原子（>C30）且少于五十个碳原子（<C50），且不包括二聚脂肪酸二异氰酸酯（DDI）。
2.根据权利要求1所述的固体火箭推进剂，其中所述高分子量二醇是二聚体二醇（DD）。
3.根据权利要求1所述的固体火箭推进剂，其进一步包含高氯酸盐氧化剂和燃料。
4.根据权利要求3所述的固体火箭推进剂，其中所述高氯酸盐氧化剂包括高氯酸铵、高氯酸钠或高氯酸钾中的至少一种，并且所述燃料包括铝、镁或硼中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的固体火箭推进剂，其中所述高氯酸盐氧化剂是高氯酸铵，并且所述燃料是铝。
6.根据权利要求3所述的固体火箭推进剂，其中所述高氯酸盐氧化剂、所述燃料和所述HTPB粘合剂体系具有总组合重量，并且所述高分子量二醇是总组合重量的0.1％至10％。
7.根据权利要求6所述的固体火箭推进剂，其中所述高分子量二醇是总组合重量的1％-5％。
8.根据权利要求1所述的固体火箭推进剂，其中所述HTPB粘合剂体系包括二异氰酸酯或多异氰酸酯。
9.根据权利要求8所述的固体火箭推进剂，其中所述二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、芳族二异氰酸酯或多异氰酸酯以及脂族二异氰酸酯和多异氰酸酯。
10.根据权利要求1所述的固体火箭推进剂，其进一步包含高氯酸盐氧化剂和燃料，其中所述高氯酸盐氧化剂、所述燃料和所述HTPB粘合剂体系具有总组合重量，并且所述高分子量二醇是总组合重量的0.1％至10％，并且所述HTPB粘合剂体系包括二异氰酸酯，所述二异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、芳族二异氰酸酯或多异氰酸酯和脂族二异氰酸酯或多异氰酸酯。
11.一种固体火箭推进剂，包含：
高氯酸盐氧化剂；
燃料；和
具有二聚体二醇（DD）的羟基封端的粘合剂体系。
12.根据权利要求11所述的固体火箭推进剂，其中所述高氯酸盐氧化剂、所述燃料和所述羟基封端的粘合剂体系具有总组合重量，并且所述DD是所述总组合重量的0.1％至10％。
13.根据权利要求12所述的固体火箭推进剂，其中所述高氯酸盐氧化剂包括高氯酸铵、高氯酸钠或高氯酸钾中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的固体火箭推进剂，其中所述燃料包括铝、镁或硼中的至少一种。
15.根据权利要求13所述的固体火箭推进剂，其中所述高氯酸盐氧化剂包括高氯酸铵。
16.根据权利要求15所述的固体火箭推进剂，其中所述燃料包括铝。
17.根据权利要求11所述的固体火箭推进剂，其中所述DD具有多于三十个碳原子（>C30）且少于五十个碳原子（<C50）。
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