CN109628053A - 一种可燃衬层配方及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种可燃衬层配方，包含重量份计算的原料：基胶为丁羟胶，100份；固化剂，15‑20份；交联剂，0.3‑2份；填料，8‑12份；增塑剂，4‑6份；催化剂，0.8‑1.2份；防老剂，0.5‑0.7份；助燃剂，5‑15份。本发明的可燃衬层各项性能满足发动机衬层材料性能指标，且工艺性能满足衬层制作工艺要求；发动机工作时衬层能够随推进剂一同燃烧，对发动机正常工作无影响。

Description

一种可燃衬层配方及其制造方法
技术领域
本发明属于固体火箭发动机制造技术领域，具体涉及一种可燃衬层配方及其制造方法。
背景技术
固体火箭发动机中，衬层的作用是保证绝热层与推进剂药柱之间的界面粘接，防止壳体升温失强或界面脱粘而解体，确保发动机的结构完整。发动机衬层包覆是在绝热层制作完毕后进行，要求衬层与推进剂界面具有良好的粘接。衬层配方中的基胶、固化剂尽可能与推进剂体系保持一致，功能填料多采用氧化硅和氧化锌。
随着发动机绝热结构设计的不断发展，新型发动机逐渐采用异型绝热结构设计，有别于常规发动机，如果采用常规衬层配方材料，高温下防热层结构在燃气冲刷下可能向喷管方向流动，堵塞喷管出口，影响发动机正常工作甚至导致发动机失效，因此除了要求衬层与药柱粘接牢靠外，也要求衬层与推进剂一同燃烧，亟待需要研究可燃的衬层配方，一方面满足衬层推进剂界面粘接要求，另一方面，实现衬层结构在高温下随推进剂一同燃烧殆尽，既减轻了发动机的消极重量，增加发动机的能量，又不影响发动机正常工作。
现有的衬层配方，并不可燃或可燃性不能满足设计要求，因此要从配方入手提供相应的解决方案。
发明内容
本发明针对现有技术中的空白，提供一种可燃衬层配方及其制造方法，能够有效改善衬层的可燃性，使其可燃性能满足设计要求。
为实现该技术目的，本发明提供了的技术方案是：一种可燃衬层配方，包含重量份计算的原料：
基胶为丁羟胶，100份；
固化剂，15-20份；
交联剂，0.3-2份；
填料，8-12份；
增塑剂，4-6份；
催化剂，0.8-1.2份；
防老剂，0.5-0.7份；
助燃剂，5-15份。
具体地，所述固化剂为甲苯二异氰酸酯(TDI)，或者甲苯二异氰酸酯(TDI)和异弗二酮二异氰酸酯(IPDI)的混合物，或者甲苯二异氰酸酯(TDI)和硫代磷酸三苯基异氰酸酯(TPTI)的混合物。
具体地，所述交联剂(JL)为多烯多胺类物质二乙烯三胺、丙三醇、聚酯多元醇、N，N羟丙基苯胺物质中的一种。
优选地，所述填料为补强填料，包括氧化硅和氧化锌。
具体地，所述增塑剂为癸二酸二异辛酯(GZ)。
具体地，所述催化剂选用三苯基铋TPB或有机锡溶液(二月桂酸二丁基锡与增塑剂辛酯配成的溶液)。
具体地，所述防老剂选用甲基喹啉聚合物防老剂D。
优选地，所述助燃剂为羧基及酯类助燃剂、胺类助燃剂如多乙烯多胺醇胺、聚合物类助燃剂聚烯醇等物质中的一种或几种混合，
本发明还提供一种可燃衬层的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)预烘处理和过目筛选
氧化硅(YG)、氧化锌(YX)和防老剂(D)在称量之前必须进行预烘处理；白炭黑就是氧化硅。
YX使用前过目筛筛选，防老剂(D)使用前过目筛筛选；
步骤(2)衬层称量、混合
先称取交联剂+基胶+固化剂混合均匀，再将防老剂与氧化硅混合均匀后加入，将催化剂与YX混合均匀加入，最后加入增塑剂和助燃剂混合均匀得到可燃衬层稀浆；
步骤(3)衬层固化将混合好的原料固化，衬层固化条件：70℃固化72h-96h；
步骤(4)检测
按照相应标准，对固化后的衬层本体性能进行测试，包括密度、抗拉强度和断裂伸长率。
进一步地，步骤(1)中，预烘条件：120℃-140℃≥4h；YX使用前过100目筛，防老剂(D)使用前过60目筛。
本发明的技术方案具有以下优点：
与常规衬层配方相比，可燃性衬层降低了各种固体填料的含量，如氧化硅和氧化锌，这样可以降低材料的阻燃性和耐热性。使用有机助燃剂，主要是通过大分子在高温下分解产生活性自由基，和包覆层材料中的组分发生氧化燃烧，在燃烧起始阶段，有机助燃剂可以提供自由基强化燃烧，还可以在燃烧反应区引入补充氧，使其产生具有催化助燃的作用。多种因素的协同作用，能够有效改善衬层的可燃性。
基胶选用丁羟胶，和丁羟体系推进剂基胶一致，能够保证衬层和推进剂界面良好的相容性和可靠的粘接。
固化剂可以采用甲苯二异氰酸酯(TDI)，也可以采用甲苯二异氰酸酯(TDI)和异弗二酮二异氰酸酯(IPDI)或硫代磷酸三苯基异氰酸酯复配，保证衬层和推进剂的固化速率一致，提高界面粘接。
填料包括补强填料(如氧化硅，氧化锌)，可以提高绝热材料的本体强度。
增塑剂选用癸二酸二异辛酯(GZ)，改善衬层的流动性，提高衬层的断裂延伸率。
催化剂选用三苯基铋TPB或有机锡溶液，可以调控衬层固化速率，有效控制衬层半固化时间。
助燃剂(ZR)选用有机助燃剂，如羧基及酯类助燃剂、胺类助燃剂如多乙烯多胺醇胺、聚合物类助燃剂聚烯醇等，促进衬层的燃烧。
原衬层配方中没有助燃剂，原衬层配方要求衬层有一定的耐烧蚀性能，本发明中衬层和推进剂可以同时燃烧，衬层具有助燃作用。
本发明中的衬层是以端羟基聚丁二烯与异氰酸酯固化剂反应交联生成的弹性体为衬层基体，不同异氰酸酯固化剂可调节衬层的固化速度，改善和药柱的界面粘结性能，同时添加交联剂增加衬层的交联密度阻止硝酸酯增塑剂的迁移，助燃剂的添加增加衬层的可燃性，不影响衬层的本体性能和粘结性能，再添加防老剂，二氧化硅和氧化锌等补强填料构成衬层材料。
助燃剂主要选用有机助燃剂，主要是以含氧，含氮的羧基、醚基、酮基、氨基类等官能团的脂肪族，芳香族，聚合物等取代的单一有机物或多功能复合有机物组成，燃烧后的产物多为CO2、H2O等气态物质，一方面有机助燃剂可以和衬层基体有良好的相容性，提高燃烧效率，另一方面减少灰分的产生。
总之，本发明的可燃衬层各项性能满足发动机衬层材料性能指标，且工艺性能满足衬层制作工艺要求；
发动机工作时衬层能够随推进剂一同燃烧，对发动机正常工作无影响。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的实施方式都是为了说明的目的，发明的保护范围不限于下述实施例。
表1中为五个一种可燃衬层配方的实施例及一个常规衬层配方对比实施例。
表1实施例及对比实施例
实施例1
如表1中的配方，将氧化硅(YG)、氧化锌(YX)和防老剂(D) 在称量之前必须进行预烘处理。预烘条件：120℃≥4h。YX使用前过 100目筛，防老剂(D)使用前过60目筛。
然后称取键合剂+基胶+固化剂混合均匀，再将防老剂与氧化硅混合均匀后加入，将催化剂与YX混合均匀加入，最后加入增塑剂和助燃剂混合均匀得到可燃衬层稀浆。
将混合好的原料固化，衬层固化条件：70℃固化72h；
按照相应标准，对固化后的衬层本体性能进行测试，包括密度、抗拉强度和断裂伸长率，检测条件、检测结果见表2。
实施例2
如表1中的配方，将氧化硅(YG)、氧化锌(YX)和防老剂(D) 在称量之前必须进行预烘处理。预烘条件：140℃≥4h。YX使用前过100目筛，防老剂(D)使用前过60目筛。
然后称取键合剂+基胶+固化剂混合均匀，再将防老剂与氧化硅混合均匀后加入，将催化剂与YX混合均匀加入，最后加入增塑剂和助燃剂混合均匀得到可燃衬层稀浆。
将混合好的原料固化，衬层固化条件：70℃固化96h；
按照相应标准，对固化后的衬层本体性能进行测试，包括密度、抗拉强度和断裂伸长率，检测条件、检测结果见表2。
实施例3
如表1中的配方，将氧化硅(YG)、氧化锌(YX)和防老剂(D) 在称量之前必须进行预烘处理。预烘条件：130℃≥4h。YX使用前过 100目筛，防老剂(D)使用前过60目筛。
然后称取键合剂+基胶+固化剂混合均匀，再将防老剂与氧化硅混合均匀后加入，将催化剂与YX混合均匀加入，最后加入增塑剂和助燃剂混合均匀得到可燃衬层稀浆。
将混合好的原料固化，衬层固化条件：70℃固化84h；
按照相应标准，对固化后的衬层本体性能进行测试，包括密度、抗拉强度和断裂伸长率，检测条件、检测结果见表2。
实施例4
如表1中的配方，将氧化硅(YG)、氧化锌(YX)和防老剂(D) 在称量之前必须进行预烘处理。预烘条件：125℃≥4h。YX使用前过 100目筛，防老剂(D)使用前过60目筛。
然后称取键合剂+基胶+固化剂混合均匀，再将防老剂与氧化硅混合均匀后加入，将催化剂与YX混合均匀加入，最后加入增塑剂和助燃剂混合均匀得到可燃衬层稀浆。
将混合好的原料固化，衬层固化条件：70℃固化76h；
按照相应标准，对固化后的衬层本体性能进行测试，包括密度、抗拉强度和断裂伸长率，检测条件、检测结果见表2。
对比例1
如表1中的配方，将氧化硅(YG)、氧化锌(YX)和防老剂(D) 在称量之前必须进行预烘处理。预烘条件：135℃≥4h。YX使用前过 100目筛，防老剂(D)使用前过60目筛。
然后称取键合剂+基胶+固化剂混合均匀，再将防老剂与氧化硅混合均匀后加入，将催化剂与YX混合均匀加入，最后加入增塑剂和助燃剂混合均匀得到可燃衬层稀浆。
将混合好的原料固化，衬层固化条件：70℃固化83h；
按照相应标准，对固化后的衬层本体性能进行测试，包括密度、抗拉强度和断裂伸长率，检测条件、检测结果见表2。
表2各实施例衬层性能检测表

Claims (10)

1.一种可燃衬层配方，其特征在于，包含重量份计算的原料：
基胶为丁羟胶，100份；
固化剂，15-20份；
交联剂，0.3-2份；
填料，8-12份；
增塑剂，4-6份；
催化剂，0.8-1.2份；
防老剂，0.5-0.7份；
助燃剂，5-15份。
2.根据权利要求1所述的可燃衬层，其特征在于，所述固化剂为甲苯二异氰酸酯，或者甲苯二异氰酸酯和异弗二酮二异氰酸酯的混合物，或者甲苯二异氰酸酯和硫代磷酸三苯基异氰酸酯的混合物。
3.根据权利要求1所述的可燃衬层，其特征在于，所述交联剂为多烯多胺类物质、聚酯多元醇、苯胺类多羟基物质中的一种。
4.根据权利要求1所述的可燃衬层，其特征在于，所述填料为补强填料，包括氧化硅或氧化锌。
5.根据权利要求1所述的可燃衬层，其特征在于，所述增塑剂为癸二酸二异辛酯。
6.根据权利要求1所述的可燃衬层，其特征在于，所述催化剂选用三苯基铋TPB或有机锡溶液。
7.根据权利要求1所述的可燃衬层，其特征在于，所述防老剂选用甲基喹啉聚合物防老剂D。
8.根据权利要求1所述的可燃衬层，其特征在于，所述助燃剂为羧基及酯类助燃剂、胺类助燃剂如多乙烯多胺醇胺、聚合物类助燃剂聚烯醇。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的可燃衬层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)预烘处理和过目筛选
氧化硅、氧化锌和防老剂D在称量之前必须进行预烘处理；
YX使用前过目筛筛选，防老剂D使用前过目筛筛选；
步骤(2)衬层称量、混合
先称取键合剂+基胶+固化剂混合均匀，再将防老剂与氧化硅混合均匀后加入，将催化剂与YX混合均匀加入，最后加入增塑剂和助燃剂混合均匀得到可燃衬层稀浆；
步骤(3)衬层固化
将混合好的原料固化，衬层固化条件：70℃固化72h-96h；
步骤(4)检测
按照相应标准，对固化后的衬层本体性能进行测试，包括密度、抗拉强度和断裂伸长率。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，预烘条件：120℃-140℃≥4h；YX使用前过100目筛，防老剂D使用前过60目筛。
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