CN108586172B - 一种抗高过载复合改性双基推进剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗高过载复合改性双基推进剂及制备方法，属于固体推进剂领域。双基推进剂主要由粘结剂、溶剂、氧化剂、防老剂、安定剂以及增塑剂构成。各组分质量含量依次为60％～65％、27％～32％、0.2％～2％、0.2％～2％、0.2％～2％、5％～7％；本发明采用该配方的CMDB推进剂药柱在7000g的高过载下的变形处于线弹性区域，药柱不产生塑性变形，变形后恢复原状，保证了药柱结构完整性且没有在配方中添加特殊组分，而是通过调节配方中常规组分尤其是固体颗粒的含量来实现抗高过载的目的，具有易于实现的优点。

Description

一种抗高过载复合改性双基推进剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种抗高过载复合改性双基推进剂及制备方法，属于固体推进剂领域。

背景技术

复合改性双基推进剂(CMDB)是一种主要由粘合剂系统、氧化剂、及其他工艺助剂组成的固体含能材料。其力学性能具有较强的应变率相关性。炮射导弹在发射期间具有很高的加速度，发动机要承受几千g甚至上万g的高过载，会引起推进剂药柱的动态压缩行为。高过载对推进剂药柱的力学性能是一种严峻的考验环境。如果推进剂药柱不能承受高过载，就会产生裂纹、过度变形甚至破碎，以致发动机不能正常工作，甚至产生灾难性的后果。为保证发动机安全工作，需要保证药柱不发生屈服行为，不产生塑性应力-应变行为。现有的CMDB推进剂在设计配方组分时，注重能量特性以及经济特性而忽略了其抗高过载性能。炮射导弹等高发射加速度飞行器对于固体推进剂药柱的抗高过载性能提出了较高要求，现有的CMDB推进剂不能满足这种要求，不适用于高过载工况的发动机。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有复合改性双基推进剂无法满足使用需求的问题，提供一种抗高过载复合改性双基推进剂及其制备方法。本发明用以提高CMDB推进剂在宽泛应变率下抵抗高过载的能力，避免药柱产生过度变形，对保证药柱的结构完整性具有重要意义。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种抗高过载复合改性双基推进剂，主要由粘结剂、溶剂、氧化剂、防老剂、安定剂以及增塑剂构成。

所述粘结剂为硝化棉(NC)，质量含量为60％～65％；

所述溶剂为硝化甘油(NG)，质量含量为27％～32％；

所述氧化剂包括：黑索金(RDX)或奥克托今(HMX)；质量含量为0.2％～2％；

所述防老剂为二硝基甲苯(DNT)质量含量为0.2％～2％；

所述安定剂为硝基二苯胺，质量含量为0.2％～2％；

所述增塑剂包括：邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，含量为5％～7％；

本发明采用的RDX颗粒采用E级粒度，其颗粒平均粒径

为17.35μm，D₅₀为18.13μm，D₉₀19.76μm。小颗粒的比表面积大，能与粘结剂更好地粘结，推进剂的物理交联点不易被破坏，此外，与大粒径RDX颗粒相比，小粒径RDX颗粒有助于降低推进剂的摩擦感度。

一种抗高过载复合改性双基推进剂的制备方法，具体步骤如下：

步骤一、称量获取各原材料；

步骤二、将粘结剂、溶剂、氧化剂、防老剂以及工艺助剂混合，搅拌均匀，搅拌温度40℃～50℃，得到推进剂药浆；

步骤三、真空浇注：将推进剂药浆浇入药模或发动机壳体内，浇注时间不小于60min；

步骤四、固化：将装有推进剂药浆的模具或发动机壳体加热固化，固化温度为60℃～70℃，固化时间为150h～170h。

有益效果

(1)本发明的一种抗高过载复合改性双基推进剂，采用该配方的CMDB推进剂药柱在7000g的高过载下的变形处于线弹性区域，药柱不产生塑性变形，变形后恢复原状，保证了药柱结构完整性。

(2)本发明的一种抗高过载复合改性双基推进剂，没有在配方中添加特殊组分，而是通过调节配方中常规组分尤其是固体颗粒的含量来实现抗高过载的目的，具有易于实现的优点。

(3)本发明的一种抗高过载复合改性双基推进剂的制备方法简单，易于操作。

附图说明

图1为CMDB推进剂屈服应力随应变率对数的变化情况；

图2为低中应变率区应变率敏感性参数k₁随推进剂中固体颗粒含量的变化情况；

图3为实施例1中作用在推进剂药柱上的载荷曲线；

图4为实施例1中载荷周期内某一时间点推进剂药柱的应力云图(二分之一截面)；

图5为实施例1中推进剂药柱低端面一点应力值随时间的变化曲线；

图6为实施例1中推进剂药柱的应变率随时间的变化曲线。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

实施例1配方：硝化棉，质量含量为62％；硝化甘油(NG)，质量含量为30％；黑索金(RDX)，质量含量为1％；二硝基甲苯(DNT)，质量含量为0.5％；硝基二苯胺，质量含量为0.5％；邻苯二甲酸二丁酯(DBP)，质量含量为6％。原材料组成如下：硝化棉272g，硝化甘油131.5g，黑索金4.4g，二硝基甲苯2.2g，硝基二苯胺2.2g，邻苯二甲酸二丁酯26.5g。

制备方法如下：

步骤一、称量获取相应原材料；

步骤二、将上述原材料混合，搅拌均匀，搅拌温度40℃～50℃，得到推进剂药浆；

步骤三、真空浇注：将推进剂药浆浇入药模或发动机壳体内，浇注时间不小于60min；

步骤四、固化：将装有推进剂药浆的模具或发动机壳体加热固化，固化温度为60℃～70℃，固化时间为150h～170h。

获得的管型药柱内径Φ10.5mm，外径为Φ50mm，长度为140mm。

通过分析CMDB推进剂不同应变率下的屈服应力，发现屈服应力σ_y随应变率对数

呈双线性增长，如附图1所示。引入应变率敏感性参数，其含义为屈服应力对应变率对数的偏导，即

定义低中应变率区的应变率敏感性参数为k₁。对3种配方的CMDB推进剂的k₁值进行分析，发现k₁值与推进剂中固体颗粒含量有一定的关系，如附图2所示。由图可见，应变率敏感性参数随固含量增加呈线性减小，对附图2的数据进行线性拟合，得到

k₁＝-1.60825×a+3.72 (1)

其中a表示固体颗粒的含量。

因此通过调节CMDB推进剂中固体颗粒的含量控制k值。

试验表明，CMDB推进剂在1.7×10^-4s^-1应变率时的屈服应力σ_y为5MPa～10MPa。为满足抗高过载需求，需保证各应变率下推进剂的应力值位于推进剂

直线的下方。

对7000g过载下该管型药柱的压缩力学行为进行仿真调试，规定CMDB推进剂的压缩行为处于线弹性阶段，发现该工况下CMDB推进剂药柱的应变率均小于60s^-1，处于转折点之前，故只需考虑k₁值。仿真结果得到复合改性双基推进剂k₁的边界值为3.68，即CMDB推进剂应变率敏感性参数需大于3.68。根据式(1)得到固含量可取为0.02，本实施例中固体颗粒含量为2％。

利用仿真软件Abaqus模拟推进剂药柱工作环境，载荷历程如附图3所示，最大载荷为7000g。12ms左右推进剂药柱应力云图如附图4所示，药柱最大应力及应变发生在底端，取药柱底端面一点，其载荷周期内应力及应变率随时间变化分别如图5和图6所示。其中最大应力为13.67MPa，应变率范围为0～5.3s^-1，本实施例中CMDB推进剂5.3s^-1应变率下屈服应力为21.53MPa。且屈服点以前，应力σ随应变率对数亦呈线性增长

故推进剂药柱的应力-应变行为发生在屈服点以前，本实施例的推进剂药柱能够抵抗7000g的过载。

实施例2

本实施例的CMDB推进剂配方质量组分：硝化棉NC：64％，硝化甘油NG：27％，奥克托金HMX：1％，二硝基甲苯DNT：0.5％，硝基二苯胺0.5％，邻苯二甲酸二丁酯DBP：7％

制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例的CMDB推进剂配方质量组分：硝化棉NC：65％，硝化甘油NG：28％，黑索金RDX：0.5％，二硝基甲苯DNT：1％，硝基二苯胺0.5％，邻苯二甲酸二丁酯DBP：5％

制备方法同实施例1。

3个实施例配方质量组分表如下

CMDB推进剂配方质量组分表

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种抗高过载复合改性双基推进剂，其特征在于：由粘结剂、溶剂、氧化剂、防老剂、安定剂以及增塑剂构成；

所述粘结剂为硝化棉NC，质量含量为60%~65%；

所述溶剂为硝化甘油NG，质量含量为27%~32%；

所述氧化剂包括：黑索金RDX或奥克托今HMX；质量含量为0.2%~2%；

所述防老剂为二硝基甲苯DNT，质量含量为0.2%~2%；

所述安定剂为硝基二苯胺，质量含量为0.2%~2%；

所述增塑剂包括：邻苯二甲酸二丁酯DBP，含量为5%~7%；

所述推进剂的固体颗粒含量为2%。

2.如权利要求1所述的一种抗高过载复合改性双基推进剂，其特征在于：所述黑索金颗粒采用E级粒度，其颗粒平均粒径

为17.35

，

为18.13

，

19.76

。

3.制备如权利要求1所述的一种抗高过载复合改性双基推进剂的方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一、称量获取各原材料；

步骤二、将粘结剂、溶剂、氧化剂、防老剂以及安定剂、增塑剂混合，搅拌均匀，搅拌温度40

~50

，得到推进剂药浆；

步骤三、真空浇注：将推进剂药浆浇入模具或发动机壳体内，浇注时间不小于60min；

步骤四、固化：将装有推进剂药浆的模具或发动机壳体加热固化，固化温度为60

~70

，固化时间为150h~170h。

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