CN110054537A - 一种电控固体推进剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电控固体推进剂及其制备方法，属于固体推进剂制备技术领域。本发明推进剂在保持多次启动特性的基础上，显著提高电控固体推进剂的能量密度，且满足危险等级1.3级要求，适用于对推进剂能量性能有较高要求的姿、轨控用固体推进剂领域。

Description

一种电控固体推进剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种电控固体推进剂及其制备方法，特别是涉及一种高能量密度电控固体推进剂及其制备方法，属于固体推进剂技术领域。
背景技术
固体推进技术具有结构简单、安全可靠等优点，但固体推进系统一旦启动后便不能实现多次循环启动和推力灵活可控，限制了固体推进系统在更广泛领域中的应用。随着武器装备的发展，重复启动、推力可控将是固体推进系统的一个重要发展方向。而推进剂又是固体推进系统的核心动力源，推进剂的可熄火、燃速可控特性技术突破将使固体推进系统的多次启动、推力可调成为可能。
电控固体推进剂是一种利用推进剂组分特有的电化学特性，通过调节外加电压大小来调节燃烧速度，进而调节发动机的推力大小的新型固体推进剂。其中，液体氧化剂是电控固体推进剂实现电控特性的关键组分，决定了推进剂的主要性能。国内外文献专利(US8888935B2、US2015/0013859A1等)报道的电控固体推进剂配方均以HAN为基础。但由于HAN本身的密度较小(晶体密度为1.83g/cm3，高浓度HAN溶液密度为1.60g/cm3)，使得HAN基电控固体推进剂的实测密度只有1.54g/cm3左右。而密度性能又是固体推进剂综合性能的一个重要指标，这是因为在发动机尺寸和药型结构不变的情况下，固体推进剂密度的增加将提高发动机的装药质量，在推进剂比冲相近的情况下，增加推进剂的密度，将增加推进剂的能量比冲，显著提高发动机的动力性能，从而使导弹武器的射程更远、有效载荷更大，也将使导弹拥有更多的动力用于机动变轨，提高其突防能力。此外，在射程和有效载荷一定的情况下，固体推进剂能量密度的提高还将有利于导弹武器的小型化。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出一种电控固体推进剂及其制备方法，
本发明的技术解决方案是：
一种电控固体推进剂，该电控固体推进剂理论比冲可达233s(6.86MPa)，同时推进剂具有较高的实测密度(1.65g/cm3)，且推进剂安全性能满足危险等级1.3级要求；
以该电控固体推进剂的总质量为100％计算，该电控固体推进剂的组份及各组份的质量百分含量如下：
主氧化剂：高氯酸羟胺HAP，77％～85％；
副氧化剂：0％～5％；
主粘合剂：水溶性含羟基聚合物，11％～16％；
交联剂：0.5％～1％；
增塑剂：0％～1％；
辅助粘合剂：0％～2％；
稳定剂：0.5％～1％。
所述的副氧化剂为高氯酸钠NP、高氯酸锂LP、高氯酸钾KP、高氯酸钡BP中的一种或两种以上的混合物；
所述的主粘合剂为聚乙烯醇PVA、聚氧化乙烯PEO、明胶GEL中的一种或两种以上的混合物；
所述的交联剂为硼酸HB或硼砂NB等可溶于水的含硼化合物；
所述的增塑剂为硅油SiY、甘油GY、聚乙二醇PEG中的一种或两种以上的混合物；
所述的辅助粘合剂为甲基羟乙基纤维素MHEC、环糊精β-CD等低粘度含羟基化合物，辅助粘合剂与主粘合剂的质量比为0.1～0.2：1；
所述的稳定剂为联吡啶Bpy、乙二胺四乙酸EDTA、磷酸二氢铵NHP中的一种或两种以上的混合物；
上述的电控固体推进剂的优选方案为：
主氧化剂HAP：82.5％；
副氧化剂NP：2％；
主粘合剂PVA：13％；
交联剂HB：0.5％；
增塑剂GY：1％；
辅助粘合剂β-CD：1％；
稳定剂EDTA：0.5％。
一种电控固体推进剂的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)将主氧化剂进行溶解，得到主氧化剂溶液，然后将副氧化剂和稳定剂加入到主氧化剂溶液中，搅拌，混合均匀后，得到混合氧化剂溶液；
(2)在步骤(1)得到的混合氧化剂溶液中加入主粘合剂，在真空条件下，室温搅拌，得到混合溶液；
(3)在步骤(2)得到的混合溶液中加入交联剂、增塑剂和辅助粘合剂，在真空条件下，室温搅拌，得到药浆；
(4)将步骤(3)得到的药浆倒入模具中，低温冷冻固化，反复冷冻-解冻3次以上，固化成型，得到电控固体推进剂。
所述的步骤(4)中，低温冷冻温度为-20℃到-45℃，固化时间为72-120h。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明的电控固体推进剂的密度大，能量高；
(2)本发明的电控固体推进剂的理论比冲高，推进剂理论比冲不低于231s(HAN基电控固体推进剂为221s)，提高了10s以上；实测密度不低于1.61g/cm3(HAN基电控固体推进剂为1.54g/cm3)，提高了0.07g/cm3以上，显著提高了推进剂的能量性能。
(4)本发明涉及一种电控固体推进剂及其制备方法，该推进剂包含下列质量百分比含量的组份：主氧化剂：77％～85％；副氧化剂：0％～5％；主粘合剂：11％～16％；交联剂：0.5％～1％；增塑剂：0％～1％；辅助粘合剂：0％～2％；稳定剂：0.5％～1％。其中粘合剂为聚乙烯醇PVA、聚氧化乙烯PEO、明胶GEL的一种或组合；主氧化剂为高氯酸羟胺HAP；副氧化剂为高氯酸钠NP、高氯酸锂LP、高氯酸钾KP、高氯酸铵AP的一种或组合；交联剂为硼酸HB或硼砂NB等可溶于水的含硼化合物；增塑剂为硅油、甘油或聚乙二醇PEG的一种或组合；辅助粘合剂为甲基羟乙基纤维素MHEC、环糊精β-CD等低粘度含羟基化合物；稳定剂为磷酸二氢铵、联吡啶Bpy、乙二胺四乙酸EDTA等。本发明推进剂在保持多次启动特性的基础上，显著提高电控固体推进剂的能量密度，且满足危险等级1.3级要求，适用于对推进剂能量性能有较高要求的姿、轨控用固体推进剂领域。
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，但不局限于此。
实施例1
推进剂组成：
配方组成 含量/％wt
PVA 13
HAP 82.5
NP 2
HB 0.5
PEG 0.5
β-CD 1
EDTA 0.5
推进剂理论比冲233.6s，推进剂实测密度：1.65g/cm3，常温抗拉强度：0.66MPa，最大伸长率：143.2％(力学性能测试参考GJB 770B-2005《火药试验方法》)，安全性能满足危险等级1.3级要求(安全性能测试参考GJB 6195-2008《复合固体推进剂危险等级分类方法》)。
实施例2
推进剂组成：
配方组成 含量/％wt
PVA 14
HAP 81
NP 3
NB 0.5
GY 0.5
β-CD 0.5
Bpy 0.5
推进剂理论比冲232.5s，推进剂实测密度：1.64g/cm3，常温抗拉强度：0.63MPa，最大伸长率：148.3％(力学性能测试参考GJB 770B-2005《火药试验方法》)，安全性能满足危险等级1.3级要求(安全性能测试参考GJB 6195-2008《复合固体推进剂危险等级分类方法》)。
实施例3
推进剂组成：
配方组成 含量/％wt
PVA 14
HAP 80
KP 4
HB 0.5
GY 0.5
β-CD 0.5
NHP 0.5
推进剂理论比冲232.2s，推进剂实测密度：1.65g/cm3，常温抗拉强度：0.65MPa，最大伸长率：144.3％(力学性能测试参考GJB 770B-2005《火药试验方法》)，安全性能满足危险等级1.3级要求(安全性能测试参考GJB 6195-2008《复合固体推进剂危险等级分类方法》)。
实施例4
推进剂组成：
推进剂理论比冲231.4s，推进剂实测密度：1.67g/cm3，常温抗拉强度：0.57MPa，最大伸长率：132.8％(力学性能测试参考GJB 770B-2005《火药试验方法》)，安全性能满足危险等级1.3级要求(安全性能测试参考GJB 6195-2008《复合固体推进剂危险等级分类方法》)。
实施例5
推进剂组成：
配方组成 含量/％wt
PVA 14
HAP 80
BP 3
NB 0.5
GY 1
β-CD 1
EDTA 0.5
推进剂理论比冲231.6s，推进剂实测密度：1.66g/cm3，常温抗拉强度：0.59MPa，最大伸长率：126.7％(力学性能测试参考GJB 770B-2005《火药试验方法》)，安全性能满足危险等级1.3级要求(安全性能测试参考GJB 6195-2008《复合固体推进剂危险等级分类方法》)。
实施例6
推进剂组成：
推进剂理论比冲232.2s，推进剂实测密度：1.64g/cm3，常温抗拉强度：0.55MPa，最大伸长率：136.6％(力学性能测试参考GJB 770B-2005《火药试验方法》)，安全性能满足危险等级1.3级要求(安全性能测试参考GJB 6195-2008《复合固体推进剂危险等级分类方法》)。
实施例7
推进剂组成：
配方组成 含量/％wt
PVA 15.5
HAP 82
HB 1
PEG 1
Bpy 0.5
推进剂理论比冲233.8s，推进剂实测密度：1.64g/cm3，常温抗拉强度：0.62MPa，最大伸长率：126.7％(力学性能测试参考GJB 770B-2005《火药试验方法》)，安全性能满足危险等级1.3级要求(安全性能测试参考GJB 6195-2008《复合固体推进剂危险等级分类方法》)。
实施例8
推进剂组成：
推进剂理论比冲232.3s，推进剂实测密度：1.61g/cm3，常温抗拉强度：0.67MPa，最大伸长率：136.8％(力学性能测试参考GJB 770B-2005《火药试验方法》)，安全性能满足危险等级1.3级要求(安全性能测试参考GJB6195-2008《复合固体推进剂危险等级分类方法》)。
实施例9
推进剂组成：
配方组成 含量/％wt
PEO 14
HAP 78.5
BP 4.5
HB 0.5
PEG 0.5
MHEC 1.5
Bpy 0.5
推进剂理论比冲231.1s，推进剂实测密度：1.64g/cm3，常温抗拉强度：0.59MPa，最大伸长率：145.3％(力学性能测试参考GJB 770B-2005《火药试验方法》)，安全性能满足危险等级1.3级要求(安全性能测试参考GJB 6195-2008《复合固体推进剂危险等级分类方法》)。
实施例10
推进剂组成：
配方组成 含量/％wt
PEO 13
GEL 2
HAP 83.5
HB 1
Bpy 0.5
推进剂理论比冲233.2s，推进剂实测密度：1.62g/cm3，常温抗拉强度：0.63MPa，最大伸长率：136.5％(力学性能测试参考GJB 770B-2005《火药试验方法》)，安全性能满足危险等级1.3级要求(安全性能测试参考GJB 6195-2008《复合固体推进剂危险等级分类方法》)。
以上所述的配方仅为本发明所列举出来的具体实施方式，均可以采用本发明所提供的制备方法得到电控固体推进剂。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。

Claims (10)

1.一种电控固体推进剂，其特征在于：以该电控固体推进剂的总质量为100％计算，该电控固体推进剂的组份及各组份的质量百分含量如下：
所述的主氧化剂为高氯酸羟胺；
所述的主粘合剂为聚乙烯醇、聚氧化乙烯、明胶中的一种或两种以上的混合物；
所述的交联剂为硼酸或硼砂；
所述的稳定剂为联吡啶、乙二胺四乙酸、磷酸二氢铵中的一种或两种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种电控固体推进剂，其特征在于：该电控固体推进剂还包括副氧化剂、增塑剂和辅助粘合剂，以该电控固体推进剂的总质量为100％计算，副氧化剂的质量百分含量大于0小于等于5％，增塑剂的质量百分含量大于0小于等于1％，辅助粘合剂的质量百分含量大于0小于等于2％。
3.根据权利要求2所述的一种电控固体推进剂，其特征在于：所述的副氧化剂为高氯酸钠、高氯酸锂、高氯酸钾、高氯酸钡中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求2所述的一种电控固体推进剂，其特征在于：所述的增塑剂为硅油、甘油、聚乙二醇中的一种或两种以上的混合物。
5.根据权利要求2所述的一种电控固体推进剂，其特征在于：所述的辅助粘合剂为甲基羟乙基纤维素或环糊精。
6.根据权利要求2所述的一种电控固体推进剂，其特征在于：辅助粘合剂与主粘合剂的质量比为0.1～0.2：1。
7.根据权利要求1所述的一种电控固体推进剂，其特征在于：以该电控固体推进剂的总质量为100％计算，该电控固体推进剂的组份及各组份的质量百分含量如下：
主氧化剂HAP：82.5％；
副氧化剂NP：2％；
主粘合剂PVA：13％；
交联剂HB：0.5％；
增塑剂GY：1％；
辅助粘合剂β-CD：1％；
稳定剂EDTA：0.5％。
8.一种电控固体推进剂的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)将主氧化剂进行溶解，得到主氧化剂溶液，然后将副氧化剂和稳定剂加入到主氧化剂溶液中，搅拌，混合均匀后，得到混合氧化剂溶液；
(2)在步骤(1)得到的混合氧化剂溶液中加入主粘合剂，在真空条件下，室温搅拌，得到混合溶液；
(3)在步骤(2)得到的混合溶液中加入交联剂、增塑剂和辅助粘合剂，在真空条件下，室温搅拌，得到药浆；
(4)将步骤(3)得到的药浆倒入模具中，低温冷冻固化，反复冷冻-解冻3次以上，固化成型，得到电控固体推进剂。
9.根据权利要求5所述的一种电控固体推进剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，低温冷冻温度为-20℃到-45℃。
10.根据权利要求5所述的一种电控固体推进剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中，固化时间为72-120h。
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