CN110746251A - 一种热塑性燃气发生剂及其制备方法 - Google Patents

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李志勇
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王友成
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Abstract

本发明提供一种高强度的热塑性燃气发生剂及其制备方法，包含如下质量配比的组分：氧化剂：60％～80％，降温剂：1％～20％，热塑性粘合剂体系：6％～20％，键合剂：0.1％～2％，功能助剂：1％～5％。本发明制备的热塑性燃气发生剂不含有金属粉末，具有较低的燃温，键合剂的使用，改善了粘合剂体系与固体填料间的界面作用，显著提高了热塑性燃气发生剂的力学性能。

Description

一种热塑性燃气发生剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度热塑性燃气发生剂及其制备方法，属于复合固体推进剂技术领域。
背景技术
与传统的热固性燃气发生剂相比，以热塑性弹性体为粘合剂的热塑性燃气发生剂没有浇注“适用期”的限制，具有优异的机械性能和可重复加工的性能，可以实现推进剂生产的连续化及废旧推进剂最大限度的回收利用，提高推进剂的生产效率，降低生产的成本，近年来，热塑性燃气发生剂因其独特的性能成为固体推进剂发展的一个重要方向，引起了科研工作者越来越浓厚的研究兴趣。
现有的热塑性燃气发生器力学性能差的问题，拉伸强度一般低于0.Mpa。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种高强度热塑性燃气发生剂及其制备方法，该发生剂采用具有互补优势的键合剂进行组合使用，显著提高热塑性燃气发生剂的力学性能，同时实现热塑性燃气发生剂在较低温度下的混合，提高生产过程的本质安全性，产品生产过程中省去了固化工序，生产周期得以缩短，生产效率得以提高，生产成本得以降低，制备的燃气发生剂具有广阔的应用前景。
本发明的技术解决方案是：
一种高强度热塑性燃气发生剂，该燃气发生剂的组分包括氧化剂、降温剂、热塑性粘合剂体系、键合剂和功能助剂；
以燃气发生剂的总质量为100％计算，燃气发生剂中的各组分的质量百分含量为：
氧化剂60％～80％
降温剂1％～20％
热塑性粘合剂体系6％～20％
键合剂0.1％～2％；
功能助剂1％～5％；
所述的氧化剂为硝酸铵(AN)、高氯酸铵(AP)中的至少一种；
所述的降温剂为草酰胺(OAM)、草酸铵(AOA)中的至少一种；
所述的热塑性粘合剂体系包括粘合剂和增塑剂，粘合剂的质量百分含量为5％～10％，增塑剂的质量百分含量为1％～10％；
所述的粘合剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物，牌号EVA420，熔点：73～78℃；
所述的增塑剂为癸二酸二异辛酯(DOS)、乙酰柠檬酸三乙酯(ATC)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)中的至少一种；
所述的键合剂为钛酸四丁酯(TBT)和三异硬脂酸钛酸异丙酯(TTIP)的混合物，其中钛酸四丁酯与三异硬脂酸钛酸异丙酯的质量比为3：1-9；
所述的功能助剂为N,N-二苯基对苯二胺(DPPD)、N-苯基-2-萘胺(防老剂D)、N-苯基-N-环己烷基对苯二胺(防老剂4010)、炭黑(C)、三氧化二铬(Gr2O3)、五氧化二钒(V2O5)、三氧化二铁(Fe2O3)、辛基二茂铁(OFC)、卡托辛(GFP)中的至少一种。
一种高强度热塑性燃气发生剂的制备方法，该方法的步骤包括：
(1)对粘合剂进行加热；
(2)将氧化剂、降温剂、增塑剂、键合剂和功能助剂加入到步骤(1)加热后的粘合剂中，继续加热并搅拌，制得料浆；
(3)将步骤(2)得到的料浆进行浇注，然后静置成型，得到高强度热塑性燃气发生剂。
所述的步骤(1)中，加热温度为85～90℃；
所述的步骤(2)中，加热温度为85～90℃，搅拌时间为60～110min；
所述的步骤(3)中，进行浇注时采用真空喷淋浇注到模具中或浇注到发动机中，然后置于室温下凝固成型。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用钛酸四丁酯和三异硬脂酸钛酸异丙酯组成的键合剂，改善了无机填料与有机粘合剂体系之间的界面作用，钛酸四丁酯能与无机填料表面微量的水发生化学反应，改善无机填料的亲油性，提高无机填料与有机粘合剂体系之间的相容性，三异硬脂酸钛酸异丙酯中的异丙氧基团容易在无机填料表面发生水解，与钛酸四丁酯产生协同作用，进一步改善无机填料的亲油性，于此同时，三异硬脂酸钛酸异丙酯中的硬脂酸长链可以和粘合剂发生物理缠绕，改善无机填料与粘合剂体系之间的相容性，键合剂的使用，实现了钛酸四丁酯和三异硬脂酸钛酸异丙酯的优势互补，从而保证键合效果。
(2)本发明通过理论研究结合大量实验，选出了键合剂的具体种类及具体组分，同时给出了键合剂在热塑性燃气发生剂中的具体含量，使得热塑性燃气发生剂的力学性能达到最优，本发明可应用于战略、战术型号燃气发生器用燃气发生剂装药。
(3)本发明提供的热塑性燃气发生剂实现了在较低温度下混合及成型，提高了热塑性燃气发生剂生产过程的本质安全性。
(4)本发明提供一种高强度的热塑性燃气发生剂，包含如下质量配比的组分：氧化剂：60％～80％，降温剂：1～20％，热塑性粘合剂体系：10～20％，键合剂：0.1～2％，功能助剂：1～5％。本发明制备的热塑性燃气发生剂不含有金属粉末，具有较低的燃温，键合剂的使用，改善了粘合剂体系与固体填料间的界面作用，显著提高了热塑性燃气发生剂的力学性能。
具体实施方式
除有说明外，本发明中采用的比例为质量配比。
对得到的燃气发生剂进行力学性能、熔点、发气量、残渣含量、燃温的测试，测试结果表明制备的低熔点热塑性燃气发生剂具备较高的力学强度，较低的熔点，较高的发气量及较低的残渣含量。
力学性能：按照GJB770B-2005火药试验方法进行测试；
熔点：按照Q/G 4A-2002复合固体推进剂热分解温度测试方法进行测试；
发气量、燃温：按照Q/Gt60-95复合固体推进剂热力性能计算最小自由能法及程序进行测试；
残渣含量：按照Q/Gt93A-2001缓燃药燃烧残渣含量的测定密闭弹燃烧法进行测试。
下面再结合具体的实施例进行详细说明。
实施例1
(1)推进剂组成
(2)推进剂性能
Figure BDA0002246620950000042
实施例2
(1)推进剂组成
Figure BDA0002246620950000043
Figure BDA0002246620950000051
(2)推进剂性能
实施例3
(1)推进剂组成
Figure BDA0002246620950000053
(2)推进剂性能
Figure BDA0002246620950000054
实施例4
(1)推进剂组成
Figure BDA0002246620950000055
Figure BDA0002246620950000061
(2)推进剂性能
Figure BDA0002246620950000062
为了对比本发明所用键合剂对热塑性燃气发生剂性能的影响，提供了不含键合剂的热塑性燃气发生剂组成及性能水平。
参比实施例
(1)热塑性燃气发生剂组成
Figure BDA0002246620950000063
(2)热塑性燃气发生剂性能
Figure BDA0002246620950000064
通过参比实施例可见，不含键合剂的热塑性燃气发生剂在常温下拉伸强度不足0.2MPa，伸长率不足10％，推进剂力学性能差。
研究发现，将钛酸四丁酯和三异硬脂酸钛酸异丙酯应用于热塑性燃气发生剂配方，通过钛酸四丁酯和三异硬脂酸钛酸异丙酯的协同作用，在不影响燃气发生剂的其他性能的前提下，可有效提高热塑性燃气发生剂的力学性能。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高强度热塑性燃气发生剂，其特征在于：该燃气发生剂的组分包括氧化剂、降温剂、热塑性粘合剂体系、键合剂和功能助剂；
以燃气发生剂的总质量为100％计算，燃气发生剂中的各组分的质量百分含量为：
氧化剂 60％～80％
降温剂 1％～20％
热塑性粘合剂体系 6％～20％
键合剂 0.1％～2％；
功能助剂 1％～5％；
所述的键合剂为钛酸四丁酯(TBT)和三异硬脂酸钛酸异丙酯(TTIP)的混合物。
2.根据权利要求1所述的一种高强度热塑性燃气发生剂，其特征在于：所述的氧化剂为硝酸铵(AN)、高氯酸铵(AP)中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种高强度热塑性燃气发生剂，其特征在于：所述的降温剂为草酰胺(OAM)、草酸铵(AOA)中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种高强度热塑性燃气发生剂，其特征在于：所述的热塑性粘合剂体系包括粘合剂和增塑剂，以燃气发生剂的总质量为100％计算，粘合剂5％～10％，增塑剂1％～10％。
5.根据权利要求4所述的一种高强度热塑性燃气发生剂，其特征在于：所述的粘合剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物，牌号EVA420，熔点：73～78℃。
6.根据权利要求4所述的一种高强度热塑性燃气发生剂，其特征在于：所述的增塑剂为癸二酸二异辛酯(DOS)、乙酰柠檬酸三乙酯(ATC)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种高强度热塑性燃气发生剂，其特征在于：所述的键合剂中钛酸四丁酯与三异硬脂酸钛酸异丙酯的质量比为3：1-9。
8.根据权利要求1所述的一种高强度热塑性燃气发生剂，其特征在于：所述的功能助剂为N,N-二苯基对苯二胺(DPPD)、N-苯基-2-萘胺(防老剂D)、N-苯基-N-环己烷基对苯二胺(防老剂4010)、炭黑(C)、三氧化二铬(Gr2O3)、五氧化二钒(V2O5)、三氧化二铁(Fe2O3)、辛基二茂铁(OFC)、卡托辛(GFP)中的至少一种。
9.一种高强度热塑性燃气发生剂的制备方法，其特征在于该方法的步骤包括：
(1)对粘合剂进行加热；
(2)将氧化剂、降温剂、增塑剂、键合剂和功能助剂加入到步骤(1)加热后的粘合剂中，继续加热并搅拌，制得料浆；
(3)将步骤(2)得到的料浆进行浇注，然后静置成型，得到高强度热塑性燃气发生剂。
10.根据权利要求9所述的一种高强度热塑性燃气发生剂的制备方法，其特征在于：
所述的步骤(1)中，加热温度为85～90℃；
所述的步骤(2)中，进行搅拌时是在立式混合机中进行的，加热温度为85～90℃，搅拌时间为60～110min；
所述的步骤(3)中，进行浇注时采用真空喷淋浇注到模具中或浇注到发动机中，然后置于室温下凝固成型。
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