CN108373397A - 燃速可控的光敏推进剂 - Google Patents

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沈瑞琪
段卜仁
章皓男
吴立志
王浩宇
何念柏
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Nanjing University of Science and Technology
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    • C06D5/06—Generation of pressure gas, e.g. for blasting cartridges, starting cartridges, rockets by reaction of two or more solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明公开了一种燃速可控的光敏推进剂，包括如下质量分数的组分，产气剂：五氨基四唑15%～30%、氧化剂：硝酸胍70%～80%、吸光剂：纳米碳粉1%～5%、粘结剂：端羟基聚丁二烯与酚醛树脂混合物1%～5%。将各原材料组分充分混合后，采用油压机进行压制，制备出实验所需的推进剂药柱。经过试验测试，本发明的一种燃速可控的光敏推进剂燃烧速度为0.40～0.55mm/s，光路衰减率为15%～35%，点火延迟时间为0.1～0.2s，激光点火的最低临界阈值为10W，推进剂在燃烧过程有较多气体产生，燃烧后生成残渣少，污染小，可实现在激光支持下的燃烧，具有优异的燃烧性能，有利于在激光微推进技术领域的应用。

Description

燃速可控的光敏推进剂
技术领域
本发明涉及一种燃速可控的光敏推进剂及其制备方法，属于激光微推进领域。
背景技术
激光化学联合推进是以激光作为外界激励能量，通过激光与推进剂之间的热作用、机械作用、电磁作用、光化学作用等方式实现推进剂在激光支持下燃烧的一种新型推进方式。激光化学联合推进具有产气量大、固体残渣少、比冲高、产气清洁、可控燃烧等特点，可用于空间卫星行进、姿态调控等。
光敏推进剂是一种对于激光敏感，受到激光能量激励时能够进行激光支持的燃烧，且在停止激光作用后迅速熄灭的适用于激光化学联合推进的固体推进剂。光敏推进剂与传统固体推进剂相比最主要的区别是前者要对激光能量的输入敏感，故组分中含有吸光成分。同时，为满足产气量大、固体残渣少、比冲高、产气清洁等要求，推进剂燃烧后应大量生成清洁、无污染的气态产物，如CO2、N2等。根据以上技术要求，确定光敏推进剂主要由氧化剂、产气剂、吸光剂、粘合剂及其他组分组成。
北京理工大学的陈盛在“组分对高能HTPB推进剂燃烧性能和力学性能的影响”中提到端羟基聚丁二烯复合固体推进剂(HTPB推进剂)具有黏度低、工艺与力学性能良好、燃速调节范围宽等优点，是国内外普遍使用的推进剂；但由于其主要组分AP的燃烧产物不清洁，会对使用环境造成污染，不利于空间中的应用。航天科工集团的赵生国、宋明纲在“高固体NEPE高能推进剂研究”中提到NEPE推进剂是一种高能推进剂，由于该类推进剂能量高、使用温度范围宽，近年来对此类推进剂的研究获得迅速发展，但由于NEPE推进剂中含有大量的硝酸酯粘合剂，随着配方中固体含量的增加，必然会导致推进剂内部分离相的增加，使得其力学性能大幅度下降，具有一定局限性。陕西国防工业职业技术学院的宋桂贤、吴雄岗在“复合改性双基推进剂燃烧性能研究”中提到复合改性双基推进剂(CMDB)是在双基和复合推进剂基础上发展起来的一类推进剂，由于其中加入高能燃烧剂，使燃烧时放热增加，提高了推进剂的燃烧温度，进而提高推进剂的比冲和特征速度，但由于添加高能燃烧剂的团聚现象使得推进剂的燃速降低，因此具有一定缺陷。由此可知，目前国内外普遍使用的推进剂均具有一定的缺点和局限性，不利于空间或卫星轨控中的应用，因此，需设计一类新型推进剂，以满足实际应用中的要求。
发明内容
本发明的目地在于提供一种燃速可控的光敏推进剂配方，使制得的光敏推进剂具有可在激光支持下燃烧、产气清洁等特点，解决现有技术的不足。
本发明的具体方案为：一种燃速可控的光敏推进剂，以质量分数计，包括如下组成：产气剂15％～30％、氧化剂60％～80％、吸光剂1％～5％、粘结剂2％～6％。
进一步的，产气剂采用五氨基四唑(5-ATZ)。
进一步的，氧化剂采用硝酸胍(GN)。
进一步的，吸光剂采用纳米碳粉(Nano-C)。
进一步的，粘结剂为端羟基聚丁二烯(HTPB)和酚醛树脂(PFR)按质量比1:1的混合物。
上述光敏推进剂的制备方法，包括如下步骤：
(1)原材料准备：将原材料烘干，对产气剂与氧化剂进行球磨、振筛处理，得到不同粒度的药剂，按配比将产气剂、氧化剂和吸光剂混合后加入粘结剂搅拌均匀；
(2)绝热玻璃套管准备：采用透明绝热涂料对玻璃套管进行涂覆后烘干，得到绝热玻璃套管；
(3)推进剂制备：采用油压机对步骤(1)所述药剂进行压药，得到推进剂药柱，将推进剂药柱干燥，置于绝热玻璃套管中。
进一步的，步骤(1)中，产气剂的粒径在0.140～0.080mm；氧化剂的粒径在0.100～0.071mm。
进一步的，步骤(2)中，透明绝热涂料采用滬本新材料科技有限公司生产的透明隔热玻璃涂料，产品牌号为HB-PT001。
进一步的，步骤(2)中，烘干温度为750～800℃。
进一步的，步骤(3)中，干燥温度为20～25℃。
与现有技术相比，本发明具有以下的优点：
(1)对激光敏感，受到激光能量刺激时能够进行激光支持的燃烧，且在停止激光作用后迅速熄灭，即可以实现激光支持下的燃烧。
(2)燃速快且燃速可控，光路衰减率与点火延迟时间低，可以显著降低激光点火的临界阈值。
(3)产气量大、残渣少，生成的气体产物主要为CO2、N2等清洁气体，满足实际应用中的要求。
(4)经过试验测试，本发明的一种燃速可控的光敏推进剂燃烧速度为0.40～0.55mm/s，光路衰减率为15％～35％，点火延迟时间为0.1～0.3s，激光点火的最低临界阈值为10W。
附图说明
图1为本发明所述的光敏推进剂的生产工艺流程图。
具体实施方式
下述例子是为了更好的说明本发明的实施效果，但本发明不仅限于实施例。
实施例1：如图1，将原材料五氨基四唑、硝酸胍、纳米碳粉、端羟基聚丁二烯和酚醛树脂烘干，对产气剂五氨基四唑和氧化剂硝酸胍进行球磨、振筛处理，分别得到粒度为0.100mm、0.080mm的药剂；通过计算得出各组分药剂的质量分数分别为五氨基四唑15％、硝酸胍80％、纳米碳粉3％，将上述组分的药剂置于玻璃杯中混合，再分别加入1％的粘结剂端羟基聚丁二烯与酚醛树脂，搅拌均匀；采用滬本新材料科技有限公司生产的透明隔热玻璃涂料涂覆玻璃套管，将涂覆后的玻璃套管置于管式炉中，设置炉温为750℃，加热4小时后取出，得到绝热玻璃套管；采用油压机对混合后的推进剂药剂进行压药，得到推进剂药柱，将推进剂药柱放置于鼓风烘箱中干燥30分钟，设置温度25℃，最后将干燥后的推进剂药柱放置于绝热玻璃套管中。
实施例2：表1是一种具体的燃速可控光敏推进剂配方的燃烧性能。
表1一种燃速可控光敏推进剂的燃烧性能
实施例3：表2是一种具体的燃速可控光敏推进剂配方的燃烧性能。
表2一种燃速可控光敏推进剂的燃烧性能
实施例4：表3是一种具体的燃速可控光敏推进剂配方的燃烧性能。
表3一种燃速可控光敏推进剂的燃烧性能
实施例5：表4是一种具体的燃速可控光敏推进剂配方的燃烧性能。
表4一种燃速可控光敏推进剂的燃烧性能
实施例6：表5是一种具体的燃速可控光敏推进剂配方的燃烧性能。
表5一种燃速可控光敏推进剂的燃烧性能
实施例7：表6是一种具体的燃速可控光敏推进剂配方的燃烧性能。
表6一种燃速可控光敏推进剂的燃烧性能
实施例8：表7是一种具体的燃速可控光敏推进剂配方的燃烧性能。
表7一种燃速可控光敏推进剂的燃烧性能
实施例9：表8是一种具体的燃速可控光敏推进剂配方的燃烧性能。
表8一种燃速可控光敏推进剂的燃烧性能
实施例10：表9是一种具体的燃速可控光敏推进剂配方的燃烧性能。
表9一种燃速可控光敏推进剂的燃烧性能
通过上述工艺制备过程制备出的一种燃速可控的推进剂，其药柱呈灰黑色状，表面光滑，力学性能良好，长度为1.84mm，直径为0.65mm。
以上所述实施方式具有普遍实用性，其描述较为具体与详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。凡是根据本发明实质对上述实施方式进行任何简单修改、修饰与等同变化，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.燃速可控的光敏推进剂，其特征在于，以质量分数计，包括如下组成：产气剂15%～30%、氧化剂60%～80%、吸光剂1%～5%、粘结剂2%～6%。
2.如权利要求1所述的光敏推进剂，其特征在于，产气剂采用五氨基四唑。
3.如权利要求1所述的光敏推进剂，其特征在于，氧化剂采用硝酸胍。
4.如权利要求1所述的光敏推进剂，其特征在于，吸光剂采用纳米碳粉。
5.如权利要求1所述的光敏推进剂，其特征在于，粘结剂为端羟基聚丁二烯和酚醛树脂按质量比1:1的混合物。
6.如权利要求1-5任一所述的光敏推进剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将原材料烘干，对产气剂与氧化剂进行球磨、振筛处理，得到不同粒度的药剂，按配比将产气剂、氧化剂和吸光剂混合后加入粘结剂搅拌均匀；
（2）采用透明绝热涂料对玻璃套管进行涂覆后烘干，得到绝热玻璃套管；
（3）采用油压机对步骤（1）所述药剂进行压药，得到推进剂药柱，将推进剂药柱干燥，置于绝热玻璃套管中。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，产气剂的粒径在0.140～0.080mm；氧化剂的粒径在0.100～0.071mm。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，透明绝热涂料牌号为HB-PT001。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，干燥温度为750～800℃。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，干燥温度为20～25℃。
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