CN109184954B - 一种降低固体发动机慢速烤燃响应程度的助剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降低固体发动机慢速烤燃响应程度的助剂，属于固体发动机慢速烤燃技术领域。所述助剂由聚丙烯酸树脂、羟丙基甲基纤维素以及邻苯二甲酸二乙酯组成，以特定比例加入到固体发动机装药中，在慢速烤燃过程中通过吸热熔化以包覆、掺杂等方式在固体发动机装药内部的含能材料颗粒表面形成“保护膜”，通过“保护膜”的熔化吸热以及物理阻隔等方式降低含能材料的燃烧速率，从而达到降低固体发动机慢速烤燃响应程度的目的。本发明所述助剂制备简单，原料易得，成本低，而且可以大幅度降低固体发动机慢速烤燃响应程度，具有巨大的应用前景。

Description

一种降低固体发动机慢速烤燃响应程度的助剂
技术领域
本发明涉及一种降低固体发动机慢速烤燃响应程度的助剂，属于固体发动机慢速烤燃技术领域。
背景技术
固体发动机是火箭和导弹的动力源，固体发动机在运输、贮存、维护及使用过程中可能遇到热、机械、静电、冲击波等外界刺激，在不同的外界刺激作用下可能发生燃烧或爆炸事故。热刺激是固体发动机全寿命周期中最常见的刺激源之一，因此，热刺激安全性也是科研机构和军方最关注的焦点。
慢速烤燃是表征固体发动机在低升温速率条件下热刺激安全性的主要方法。美国专利24102953和3808061中均采用了邻苯二甲酸二乙酯，通过添加1％的邻苯二甲酸二乙酯可以大幅改善力学性能和低温性能，但是均没有提及到改善慢速烤燃特性。由于国内固体发动机慢速烤燃的研究工作刚刚起步，反应机理不清、控制措施缺乏，至今没有关于添加助剂改善慢速烤燃性能的文章和专利，致使国内至今没有解决降低固体发动机慢速烤燃响应程度的方法和途径，严重制约了固体发动机在火箭和导弹的应用进程。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种降低固体发动机慢速烤燃响应程度的助剂，该助剂在慢速烤燃过程中吸热熔化后以包覆、掺杂等方式在固体发动机装药内部的含能材料颗粒表面形成“保护膜”，通过“保护膜”的熔化吸热以及物理阻隔等方式降低含能材料的燃烧速率，从而达到降低固体发动机慢速烤燃响应程度的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种降低固体发动机慢速烤燃响应程度的助剂，以所述助剂的质量为100％计，其组成成分及各成分的质量分数如下：聚丙烯酸树脂10％～50％，羟丙基甲基纤维素40％～70％以及邻苯二甲酸二乙酯10％～30％。
进一步地，所述助剂为粒径200目～120目的球形颗粒。
进一步地，所述助剂按照固体发动机装药质量的0.1％～5％添加到固体发动机装药中；所述固体发动机装药优选含有高氯酸铵氧化剂的固体发动机装药。
所述助剂的制备方法，具体步骤如下：
将聚丙烯酸树脂、羟丙基甲基纤维素以及邻苯二甲酸二乙酯添加到无水乙醇中，搅拌均匀，得到混合溶液；先将混合溶液进行喷雾干燥造粒，再过筛，得到所需粒径的助剂。
进一步地，混合溶液中无水乙醇的质量分数为94％～99％。
有益效果：
本发明所述助剂以特定比例加入到固体发动机装药中，在慢速烤燃过程中，所添加的助剂吸热熔化后以包覆、掺杂等方式在固体发动机装药内部的含能材料颗粒表面形成“保护膜”，通过“保护膜”的熔化吸热以及物理阻隔等方式降低含能材料的燃烧速率，从而达到降低固体发动机慢速烤燃响应程度的目的。本发明所述助剂制备简单，原料易得，成本低，而且可以大幅度降低固体发动机慢速烤燃响应程度，具有巨大的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
一种降低固体发动机慢速烤燃响应程度的助剂的制备步骤如下：
(1)将0.5g聚丙烯酸树脂(连云港碘厂)、0.9g羟丙基甲基纤维素(陶氏化学公司)以及0.3g邻苯二甲酸二乙酯(上海华东试剂公司)添加到40mL无水乙醇中，在500r/min的搅拌速率下搅拌5min，得到混合溶液；
(2)先将混合溶液进行喷雾干燥造粒，再分别过120目和200目的筛，得到粒径为120目～200目的球形颗粒助剂。
将本实施例所制备的助剂与HTPB/AP/Al固体推进剂按照2:100的质量比进行混合，混合均匀后，加入到φ60mm×140mm的固体发动机中，固化，得到含有助剂的HTPB/AP/Al固体发动机装药。不含有助剂的HTPB/AP/Al固体发动机装药，除了不添加助剂外，其他的工艺步骤及条件与含有助剂的HTPB/AP/Al固体发动机装药相同。
分别将含有助剂的HTPB/AP/Al固体发动机装药以及不含有助剂的HTPB/AP/Al固体发动机装药装入HTMK-Ⅱ型慢速烤燃实验系统中，均以3.3℃/h的升温速率进行升温，添加助剂的固体发动机结果为燃烧等级，而不添加助剂的固体发动机结果为爆燃等级，说明该助剂可以显著改善固体发动机的慢速烤燃响应特性。
实施例2
一种降低固体发动机慢速烤燃响应程度的助剂的制备步骤如下：
(1)将0.2g聚丙烯酸树脂(连云港碘厂)、0.8g羟丙基甲基纤维素(陶氏化学公司)以及0.2g邻苯二甲酸二乙酯(上海华东试剂公司)添加到40mL无水乙醇中，在600r/min的搅拌速率下搅拌5min，得到混合溶液；
(2)先将混合溶液进行喷雾干燥造粒，再分别过120目和200目的筛，得到粒径为120目～200目的球形颗粒助剂。
将本实施例所制备的助剂与HTPB/AP/Al固体推进剂按照5:100的质量比进行混合，混合均匀后，加入到φ25mm×100mm的固体发动机中，固化，得到含有助剂的HTPB/AP/Al固体发动机装药。不含有助剂的HTPB/AP/Al固体发动机装药，除了不添加助剂外，其他的工艺步骤及条件与含有助剂的HTPB/AP/Al固体发动机装药相同。
分别将含有助剂的HTPB/AP/Al固体发动机装药以及不含有助剂的HTPB/AP/Al固体发动机装药装入HTMK-Ⅱ型慢速烤燃实验系统中，均以1℃/h的升温速率进行升温，添加助剂的固体发动机结果为燃烧等级，而不添加助剂的固体发动机结果为爆燃等级，说明该助剂可以显著改善固体发动机的慢速烤燃响应特性。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。

Claims (5)

1.一种降低固体发动机慢速烤燃响应程度的助剂，其特征在于：以所述助剂的质量为100％计，其组成成分及各成分的质量分数如下：聚丙烯酸树脂10％～50％，羟丙基甲基纤维素40％～70％以及邻苯二甲酸二乙酯10％～30％；
所述助剂按照固体发动机装药质量的0.1％～5％添加到固体发动机装药中。
2.根据权利要求1所述的一种降低固体发动机慢速烤燃响应程度的助剂，其特征在于：所述助剂为粒径200目～120目的球形颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种降低固体发动机慢速烤燃响应程度的助剂，其特征在于：所述固体发动机装药为含有高氯酸铵的固体发动机装药。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的降低固体发动机慢速烤燃响应程度的助剂的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下，
将聚丙烯酸树脂、羟丙基甲基纤维素以及邻苯二甲酸二乙酯添加到无水乙醇中，搅拌均匀，得到混合溶液；先将混合溶液进行喷雾干燥造粒，再过筛，得到所需粒径的助剂。
5.根据权利要求4所述的一种降低固体发动机慢速烤燃响应程度的助剂的制备方法，其特征在于：混合溶液中无水乙醇的质量分数为94％～99％。
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