CN109467492B - 一种负压强指数推进剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种负压强指数推进剂，属于固体推进剂技术领域。本发明提供的负压强指数推进剂，包含下列质量百分比的组分：共混粘合剂6％～20％、增塑剂5％～20％、主氧化剂55％～70％、副氧化剂5％～20％、固化剂0.4％～1.0％、功能助剂0.4％～0.7％；其中，所述共混粘合剂为环氧乙烷‑四氢呋喃共聚醚PET和醋酸纤维素CA的混合物，其中，醋酸纤维素CA占所述粘合剂总质量的5％～10％；所述增塑剂为二缩三乙二醇二硝酸酯TEGDN和三醋精GTA的混合物，其中，所述共混粘合剂为环氧乙烷‑四氢呋喃共聚醚PET与醋酸纤维素CA的混合物。该推进剂具有负压强指数、燃温低、残渣低、能量高、安全性能好、适用温度范围宽等特点。

Description

一种负压强指数推进剂
技术领域
本发明涉及一种负压强指数的推进剂，属于固体推进剂技术领域。
背景技术
随着导弹武器防御技术的发展，当前世界各国正大力研发用于弹道导弹防御目的的导弹拦截技术。动能拦截器是自带动力、自主寻的并依靠自身动能用碰撞方式来杀伤和摧毁目标的拦截弹弹头。动能拦截器的姿控和轨控系统对推力的要求差别较大，因此一般倾向于将负压强指数推进剂技术与涡流阀控制喷管喉部有效排气面积的变喉面技术结合考虑。另外，由于姿轨控动力系统特殊的工作条件，还要求推进剂具有高能量、低燃温、低残渣、使用温度范围宽等特点，以满足固体动力系统高工作稳定性、高推力调节精度、高调节灵敏度、跨地域使用等要求。
负压强指数推进剂具有许多特殊的优点：燃烧室内压强波动小，为发动机提供了一个安全工作的压强界限；具有更低的燃速温度敏感系数，可大幅拓宽使用温度范围；另外若燃面突增，这时负压强指数推进剂可起到安全阀的作用，使得燃速不会突增。因此，负压强指数固体推进剂技术是固体动能拦截器的关键技术之一。
目前应用研究较多的负压强指数推进剂主要是双基推进剂，但其能量性能低，使用温度范围窄，尤其是低温性能较差。而随着作战环境的日益恶化，先进的姿轨控动力系统对推进剂的能量和环境适应能力要求越来越高。因此，迫切需要开发出具有高能量、宽温域应用能力的负压强指数推进剂。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种负压强指数推进剂，相比双基推进剂，具有比冲高，使用温度范围宽等优点；同时，配方中不含铅盐、铜盐或过渡金属氧化物等燃烧性能调节剂，使得推进剂的燃烧残渣率较低，能够满足先进姿轨控系统高能量、宽温域、低燃温及负压强指数的技术需求。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种负压强指数推进剂，包含下列质量百分比的组分：
共混粘合剂：6％～20％；
增塑剂：5％～20％；
主氧化剂：55％～70％；
副氧化剂：5％～20％；
固化剂：0.4％～1.0％；
功能助剂：0.4％～0.7％；
其中，所述共混粘合剂为环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚PET与醋酸纤维素CA的混合物。
在一可选实施例中，所述醋酸纤维素CA占所述共混粘合剂总质量的5％～10％。
在一可选实施例中，所述的醋酸纤维素CA为二醋酸纤维素，醋酸值大于9mol/kg。
在一可选实施例中，所述的醋酸纤维素CA醋酸值为9.2mol/kg～9.5mol/kg。
在一可选实施例中，所述增塑剂为二缩三乙二醇二硝酸酯TEGDN和三醋精GTA的混合物。
在一可选实施例中，所述二缩三乙二醇二硝酸酯TEGDN占所述增塑剂总质量的60％～80％。
在一可选实施例中，所述主氧化剂为高氯酸铵AP，副氧化剂为硝酸铵AN、硫酸铵NP或二硝酰胺铵ADN中的至少一种。
在一可选实施例中，所述主氧化剂与副氧化剂的质量比为8:1～10:1。
在一可选实施例中，所述固化剂为甲苯二异氰酸酯TDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI或多官能度异氰酸酯N-100中的一种或一种以上组合。
在一可选实施例中，所述功能助剂包括固化催化剂、安定剂和力学助剂。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)压强指数低：3～9MPa压强范围内压强指数小于0：
本发明推进剂与普通聚醚推进剂配方相比具有压强指数低的优点，3～9MPa压强范围内压强指数小于0。本发明通过采用聚醚PET与醋酸纤维素CA共混作为粘合剂，能够有效降低推进剂的压强指数，实现了具有负压强指数特点的聚醚型推进剂；通过采用二缩三乙二醇二硝酸酯TEGDN和三醋精GTA共混增塑剂，影响粘合剂熔融层流动性及凝聚相反应释放热量，进而改善推进剂燃面热平衡，进一步促进了聚醚配方体系的麦撒燃烧特征；
(2)使用温度范围宽：本发明推进剂具有聚醚推进剂低温优良的特点，相比负压强指数的双基推进剂具有更低的玻璃化温度，推进剂的玻璃化温度Tg<-60℃，-50℃最大伸长率εm＞40％，可满足-50℃～+70℃使用环境温度要求；
(3)能量高：本发明推进剂采用硝酸酯增塑的环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚作为主粘合剂，相比特种压强指数双基推进剂具有更高的比冲，普通的低燃温推进剂标准比冲一般＜1960N.s/kg(200s)，而本发明推进剂6.86MPa下标准理论比冲≥2009N.s/kg(205s)；
(4)低残渣：残渣含量≤2.5％；本发明推进剂配方中不含金属铝粉、铅盐、铜盐、或过渡金属氧化物等燃烧性能调节剂，因此燃烧不会产生大量金属类残渣，使得推进剂的燃烧残渣率较低；
(5)低燃温：本发明推进剂不添加降温剂和金属燃料，具有燃烧充分、成气性好、残渣低等优点，同时还具有较低的燃温，含铝的复合固体推进剂燃温一般＞3000K，而燃气发生剂的燃温一般要求＜2200K，本发明推进剂6.86MPa下燃烧温度<2200K，满足燃气发生剂的应用需求；
(6)安全性能好：本发明使用部分钝感粘合剂和增塑剂代替部分聚醚粘合剂和硝酸酯增塑剂，使得聚醚推进剂的感度显著降低，安定性较好，危险等级评估为1.3级；且通过慢速烤燃、快速烤燃、子弹撞击、殉爆试验、聚能射流冲击、热碎片撞击、破片撞击七项低易损试验；
(7)本发明使用的二醋酸纤维素CA和三醋精GTA增塑剂均为成熟的工业品，质量和成本可控，且通过简单的共混便可加入到聚醚推进剂中，操作工艺简单有效。
因此，本发明提供的负压强指数推进剂能够满足新一代固体姿轨控发动机对推进剂高比冲、特种压强指数、低残渣、低燃温的综合使用需求，具有较广的应用范围和较强的实用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明实施例提供了一种负压强指数推进剂，包含下列质量百分比的组分：
共混粘合剂：6％～20％；
增塑剂：5％～20％；
主氧化剂：55％～70％；
副氧化剂：5％～20％；
固化剂：0.4％～1.0％；
功能助剂：0.4％～0.7％；
其中，所述共混粘合剂为环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚PET与醋酸纤维素CA的混合物。
其中，所述醋酸纤维素CA优选占所述共混粘合剂总质量的5％～10％；所述的醋酸纤维素CA为二醋酸纤维素，醋酸值大于9mol/kg，优选醋酸值为9.2mol/kg～9.5mol/kg。
具体地，所述增塑剂优选二缩三乙二醇二硝酸酯TEGDN和三醋精GTA的混合物，所述二缩三乙二醇二硝酸酯TEGDN优选占所述增塑剂总质量的60％～80％。
具体地，所述主氧化剂优选高氯酸铵AP，副氧化剂优选硝酸铵AN、硫酸铵NP或二硝酰胺铵ADN中的至少一种；所述主氧化剂与副氧化剂的质量比优选为8:1～10:1。
具体地，所述固化剂优选甲苯二异氰酸酯TDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI或多官能度异氰酸酯N-100中的一种或一种以上组合。所述功能助剂包括固化催化剂、安定剂和力学助剂。所述固化催化剂优选三苯基铋TPB；所述安定剂优选N-甲基-对硝基苯胺MNA；所述力学助剂优选三-1-(2-甲基氮丙啶)氧化膦MAPO。
以下为本发明的几个具体实施例，各实施例所用原料均为市售产品：
实施例1
(1)推进剂配方组成(质量百分数％)：
Figure BDA0001909144460000051
(2)推进剂性能：
压强指数：-0.09(3～9MPa)；
残渣含量：2.1％；
燃烧温度：2087K(6.86MPa)；
燃速：r(6.86MPa)＝5.2mm/s；
比冲：2131.6N.s/kg
低温性能：Tg＝-60.1℃，-50℃最大伸长率εm＝45.3％
安全性能：通过七项低易损试验，危险等级1.3级
实施例2
(1)推进剂配方组成(质量百分数％)：
Figure BDA0001909144460000061
(2)推进剂性能：
压强指数：-1.08(3～9MPa)；
残渣含量：2.3％；
燃烧温度：2150K(6.86MPa)；
燃速：r(6.86MPa)＝4.8mm/s；
比冲：2145.5N.s/kg
低温性能：Tg＝-61.2℃，-50℃最大伸长率εm＝55.1％
安全性能：通过七项低易损试验，危险等级1.3级
实施例3
(1)推进剂配方组成(质量百分数％)：
Figure BDA0001909144460000062
Figure BDA0001909144460000071
(2)推进剂性能：
压强指数：-0.61(3～9MPa)；
残渣含量：1.9％；
燃烧温度：1938K(6.86MPa)；
燃速：r(6.86MPa)＝4.5mm/s；
比冲：2029.2N.s/kg
低温性能：Tg＝-60.5℃，-50℃最大伸长率εm＝50.5％
安全性能：通过七项低易损试验，危险等级1.3级
实施例4
(1)推进剂配方组成(质量百分数％)：
Figure BDA0001909144460000072
Figure BDA0001909144460000081
(2)推进剂性能：
压强指数：-0.18(3～9MPa)；
残渣含量：2.0％；
燃烧温度：2180K(6.86MPa)；
燃速：r(6.86MPa)＝4.9mm/s；
比冲：2191.4N.s/kg
低温性能：Tg＝-60.8℃，-50℃最大伸长率εm＝48.7％
安全性能：通过七项低易损试验，危险等级1.3级
实施例5
(1)推进剂配方组成(质量百分数％)：
Figure BDA0001909144460000082
(2)推进剂性能：
压强指数：-0.11(3～9MPa)；
残渣含量：2.2％；
燃烧温度：2040K(6.86MPa)；
燃速：r(6.86MPa)＝4.3mm/s；
比冲：2135.8N.s/kg
低温性能：Tg＝-60.6℃，-50℃最大伸长率εm＝44.6％
安全性能：通过七项低易损试验，危险等级1.3级
实施例6
(1)推进剂配方组成(质量百分数％)：
Figure BDA0001909144460000091
(2)推进剂性能：
压强指数：-0.11(3～9MPa)；
残渣含量：2.5％；
燃烧温度：1779K(6.86MPa)；
燃速：r(6.86MPa)＝4.2mm/s；
比冲：2061N.s/kg
低温性能：Tg＝-62.3℃，-50℃最大伸长率εm＝58.9％
安全性能：通过七项低易损试验，危险等级1.3级
实施例7
(1)推进剂配方组成(质量百分数％)：
Figure BDA0001909144460000092
Figure BDA0001909144460000101
(2)推进剂性能：
压强指数：-0.57(3～9MPa)；
残渣含量：2.2％；
燃烧温度：1792K(6.86MPa)；
燃速：r(6.86MPa)＝4.5mm/s；
比冲：2067N.s/kg
低温性能：Tg＝-62.4℃，-50℃最大伸长率εm＝54.9％
安全性能：通过七项低易损试验，危险等级1.3级
实施例8
(1)推进剂配方组成(质量百分数％)：
Figure BDA0001909144460000102
Figure BDA0001909144460000111
(2)推进剂性能：
压强指数：-0.05(3～9MPa)；
残渣含量：2.0％；
燃烧温度：2104K(6.86MPa)；
燃速：r(6.86MPa)＝5.5mm/s；
比冲：2161N.s/kg
低温性能：Tg＝-61.3℃，-50℃最大伸长率εm＝54.3％
安全性能：通过七项低易损试验，危险等级1.3级
实施例9
(1)推进剂配方组成(质量百分数％)：
Figure BDA0001909144460000112
(2)推进剂性能：
压强指数：-0.25(3～9MPa)；
残渣含量：1.5％；
燃烧温度：1931K(6.86MPa)；
燃速：r(6.86MPa)＝6.2mm/s；
比冲：2120N.s/kg
低温性能：Tg＝-60.9℃，-50℃最大伸长率εm＝51.6％
安全性能：通过七项低易损试验，危险等级1.3级
实施例10
(1)推进剂配方组成(质量百分数％)：
Figure BDA0001909144460000121
(2)推进剂性能：
压强指数：-1.25(3～9MPa)；
残渣含量：1.2％；
燃烧温度：2125K(6.86MPa)；
燃速：r(6.86MPa)＝5.6mm/s；
比冲：2118N.s/kg
低温性能：Tg＝-60.8℃，-50℃最大伸长率εm＝47.6％
安全性能：通过七项低易损试验，危险等级1.3级
实施例11
(1)推进剂配方组成(质量百分数％)：
Figure BDA0001909144460000131
(2)推进剂性能：
压强指数：-1.51(3～9MPa)；
残渣含量：2.0％；
燃烧温度：2050K(6.86MPa)；
燃速：r(6.86MPa)＝5.1mm/s；
比冲：2110N.s/kg
低温性能：Tg＝-60.2℃，-50℃最大伸长率εm＝42.6％
安全性能：通过七项低易损试验，危险等级1.3级
实施例12
(1)推进剂配方组成(质量百分数％)：
Figure BDA0001909144460000132
Figure BDA0001909144460000141
(2)推进剂性能：
压强指数：-0.28(3～9MPa)；
残渣含量：1.8％；
燃烧温度：1800K(6.86MPa)；
燃速：r(6.86MPa)＝4.4mm/s；
比冲：2014N.s/kg
低温性能：Tg＝-62.4℃，-50℃最大伸长率εm＝57.6％
安全性能：通过七项低易损试验，危险等级1.3级
实施例13
(1)推进剂配方组成(质量百分数％)：
Figure BDA0001909144460000142
(2)推进剂性能：
压强指数：-0.65(3～9MPa)；
残渣含量：2.0％；
燃烧温度：2104K(6.86MPa)；
燃速：r(6.86MPa)＝5.5mm/s；
比冲：2161N.s/kg
低温性能：Tg＝-61.3℃，-50℃最大伸长率εm＝54.3％
安全性能：通过七项低易损试验，危险等级1.3级
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。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.一种负压强指数推进剂，其特征在于，包含下列质量百分比的组分：
共混粘合剂：6％～20％；
增塑剂：5％～20％；
主氧化剂：55％～70％；
副氧化剂：5％～20％；
固化剂：0.4％～1.0％；
功能助剂：0.4％～0.7％；
其中，所述共混粘合剂为环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚PET与醋酸纤维素CA的混合物；
所述醋酸纤维素CA占所述共混粘合剂总质量的5％～10％；
所述增塑剂为二缩三乙二醇二硝酸酯TEGDN和三醋精GTA的混合物；所述二缩三乙二醇二硝酸酯TEGDN占所述增塑剂总质量的60％～80％。
2.根据权利要求1所述的推进剂，其特征在于，所述的醋酸纤维素CA为二醋酸纤维素，醋酸值大于9mol/kg。
3.根据权利要求2所述的推进剂，其特征在于，所述的醋酸纤维素CA醋酸值为9.2mol/kg～9.5mol/kg。
4.根据权利要求1所述的推进剂，其特征在于：所述主氧化剂为高氯酸铵AP，副氧化剂为硝酸铵AN、硫酸铵或二硝酰胺铵ADN中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的推进剂，其特征在于：所述主氧化剂与副氧化剂的质量比为8:1～10:1。
6.根据权利要求1所述的推进剂，其特征在于：所述固化剂为甲苯二异氰酸酯TDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI或多官能度异氰酸酯N-100中的一种或一种以上组合。
7.根据权利要求1所述的推进剂，其特征在于：所述功能助剂包括固化催化剂、安定剂和力学助剂。
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