CN110950728B - 一种可变形固体推进剂及其制备方法 - Google Patents

一种可变形固体推进剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可变形固体推进剂，由以下原料制备而成：氧化剂、还原剂、形状记忆粘合剂、增塑剂；所述氧化剂为高氯酸铵、二硝酰氨铵；还原剂为纳米铝粉、镁粉；增塑剂为乙酰柠檬酸三乙酯。本发明其使用形状记忆聚合物作为固体推进剂的粘合剂，在不影响粘合剂性能的同时，赋予推进剂在一定程度上变形的能力，从而实现燃面形状的改变，从而改变发动机的性能，更好地适应飞行环境。

Description

一种可变形固体推进剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种可变形固体推进剂及其制备方法。
背景技术
形状记忆聚合物是智能材料的代表材料，具有变刚度和形状记忆两大性能。通常所说的形状记忆聚合物特指热敏型形状记忆聚合物。对于该类聚合物，变刚度特性是指在材料的玻璃态和橡胶态两个状态下，材料的刚度会有最高可超过200倍的变化。形状记忆特性是指材料在橡胶态、未受外力的作用下，会自动回复到材料成型时的初始形状。形状记忆聚合物橡胶态和玻璃态之间的转变温度叫做玻璃化转变温度(Tg),当材料的温度低于玻璃化转变温度，材料处于玻璃态，刚度大，当材料的温度高于玻璃化转变温度，材料处于橡胶态，刚度小，通过改变温度，材料可以在两种状态之间自由转换。随着形状记忆聚合物研究的进展，三相，可逆等更复杂的形状记忆聚合物被研究出来，三相形状记忆聚合物可以随着温度的变化在三种不同的形状之间变化，可逆形状记忆聚合物可以在不需要外力的情况下在两种形状下相互转换。
固体推进剂是火箭发动机的重要组成部分,主要分为氧化剂，还原剂和粘合剂三大部分。粘合剂将氧化剂和还原剂粘接在一起，赋予了推进剂一定的几何形状和良好的力学性能；同时又作为燃料为推进剂提供可燃元素用以燃烧。目前已知推进剂都是事先设计好的燃面形状，适应性较差。
发明内容
为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种可变形固体推进剂，其使用形状记忆聚合物作为固体推进剂的粘合剂，在不影响粘合剂性能的同时，赋予推进剂在一定程度上变形的能力，从而实现燃面形状的改变，从而改变发动机的性能，更好地适应飞行条件。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种可变形固体推进剂，其特殊之处在于，由以下原料制备而成：氧化剂、还原剂、形状记忆粘合剂、增塑剂；
所述氧化剂为高氯酸铵、二硝酰氨铵；还原剂为纳米铝粉、镁粉；增塑剂为乙酰柠檬酸三乙酯；
形状记忆粘合剂为环氧基体、固化剂、催化剂以及含能添加剂；其中环氧基体为双酚A环氧树脂，固化剂为三聚硫氰酸，催化剂为2-甲基咪唑，含能添加剂为聚叠氮缩水甘油醚(GAP)；
还包括：醇胺络合物、铝酸酯偶联剂、N,N-二苯基对苯二胺、炭黑、卡托辛；
以上各原料的质量配比关系为：50-60份高氯酸铵、2-4份二硝酰氨铵、10-15份纳米铝粉、1-5份镁粉；3-6份乙酰柠檬酸三乙酯、4-8份双酚A环氧树脂、0.5-2份三聚硫氰酸、0.01-0.06份2-甲基咪唑、2-6份聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、0.2-0.8份醇胺络合物、0.2-0.8份铝酸酯偶联剂、0.3-0.7份N,N-二苯基对苯二胺、0.3-0.8份炭黑、0.6-1.0份卡托辛。
进一步地，上述各原料的质量配比关系为：58份高氯酸铵、4份二硝酰氨铵、12份纳米铝粉、3份镁粉；5份乙酰柠檬酸三乙酯、6份双酚A环氧树脂、1份三聚硫氰酸、0.04份2-甲基咪唑、4份聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、0.5份醇胺络合物、0.6份铝酸酯偶联剂、0.5份N,N-二苯基对苯二胺、0.5份炭黑、0.9份卡托辛。
另外，本发明还提出一种上述可变形固体推进剂的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)称量形状记忆粘合剂各组分，以及推进剂的氧化剂、还原剂增塑剂及其他组分；
2)在真空、温度45℃-55℃的环境中，将氧化剂、还原剂、环氧基体、含能添加剂以及醇胺络合物、铝酸酯偶联剂、N,N-二苯基对苯二胺、炭黑、卡托辛加入捏合机进行捏合，捏合时间为1-3小时；
3)加入固化剂以及催化剂，继续捏合；
4)在真空、温度45℃-55℃的环境中，对捏合后的推进剂进行浇铸以及固化，固化时间为160-180小时。
进一步地，上述步骤2)中，温度为50℃，捏合时间为2小时。
进一步地，上述步骤4)中，温度为50℃，固化时间为168小时。
本发明的优点：
本发明使用形状记忆聚合物作为固体推进剂的粘合剂，在不影响粘合剂性能的同时，赋予推进剂在一定程度上变形的能力，从而实现燃面形状的改变，从而改变发动机的性能，更好地适应飞行条件；
环氧形状记忆聚合物的变形量可达200％，加入各种组分以后变形量有所下降，假设其变形量变为100％，制作成的固体发动机仍然具有推力增大100％或者缩小50％的效果。
附图说明
图1为可变形固体推进剂初始形状示意图；
图2为可变形固体推进剂变形后燃面示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
实施例1
一种可变形固体推进剂，由以下原料制备而成：氧化剂、还原剂、形状记忆粘合剂、增塑剂及其他。
所述氧化剂为高氯酸铵、二硝酰氨铵；还原剂为纳米铝粉、镁粉；增塑剂为乙酰柠檬酸三乙酯；形状记忆粘合剂为环氧基体、固化剂、催化剂以及含能添加剂；其中环氧基体为双酚A环氧树脂，固化剂为三聚硫氰酸，催化剂为2-甲基咪唑，含能添加剂为聚叠氮缩水甘油醚(GAP)，其他为：醇胺络合物、铝酸酯偶联剂、N,N-二苯基对苯二胺、炭黑、卡托辛。
以上各原料的质量配比关系为：50份高氯酸铵、2份二硝酰氨铵、10份纳米铝粉、1份镁粉；3份乙酰柠檬酸三乙酯、4份双酚A环氧树脂、0.5份三聚硫氰酸、0.01份2-甲基咪唑、2份聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、0.2份醇胺络合物、0.2份铝酸酯偶联剂、0.3份N,N-二苯基对苯二胺、0.3份炭黑、0.6份卡托辛。
实施例2
一种可变形固体推进剂，由以下原料制备而成：氧化剂、还原剂、形状记忆粘合剂、增塑剂及其他。
所述氧化剂为高氯酸铵、二硝酰氨铵；还原剂为纳米铝粉、镁粉；增塑剂为乙酰柠檬酸三乙酯；形状记忆粘合剂为环氧基体、固化剂、催化剂以及含能添加剂；其中环氧基体为双酚A环氧树脂，固化剂为三聚硫氰酸，催化剂为2-甲基咪唑，含能添加剂为聚叠氮缩水甘油醚(GAP)，其他为：醇胺络合物、铝酸酯偶联剂、N,N-二苯基对苯二胺、炭黑、卡托辛。
以上各原料的质量配比关系为：60份高氯酸铵、4份二硝酰氨铵、15份纳米铝粉、5份镁粉；6份乙酰柠檬酸三乙酯、8份双酚A环氧树脂、2份三聚硫氰酸、0.06份2-甲基咪唑、6份聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、0.8份醇胺络合物、0.8份铝酸酯偶联剂、0.7份N,N-二苯基对苯二胺、0.8份炭黑、1.0份卡托辛。
实施例3
一种可变形固体推进剂，由以下原料制备而成：氧化剂、还原剂、形状记忆粘合剂、增塑剂及其他。
所述氧化剂为高氯酸铵、二硝酰氨铵；还原剂为纳米铝粉、镁粉；增塑剂为乙酰柠檬酸三乙酯；形状记忆粘合剂为环氧基体、固化剂、催化剂以及含能添加剂；其中环氧基体为双酚A环氧树脂，固化剂为三聚硫氰酸，催化剂为2-甲基咪唑，含能添加剂为聚叠氮缩水甘油醚(GAP)，其他为：醇胺络合物、铝酸酯偶联剂、N,N-二苯基对苯二胺、炭黑、卡托辛。
各原料的质量配比关系为：58份高氯酸铵、4份二硝酰氨铵、12份纳米铝粉、3份镁粉；5份乙酰柠檬酸三乙酯、6份双酚A环氧树脂、1份三聚硫氰酸、0.04份2-甲基咪唑、4份聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、0.5份醇胺络合物、0.6份铝酸酯偶联剂、0.5份N,N-二苯基对苯二胺、0.5份炭黑、0.9份卡托辛。
一种可变形固体推进剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称量形状记忆粘合剂各组分，以及推进剂的氧化剂、还原剂增塑剂及其他组分；
2)在真空、温度45℃-55℃的环境中，将氧化剂、还原剂、环氧基体、含能添加剂以及醇胺络合物、铝酸酯偶联剂、N,N-二苯基对苯二胺、炭黑、卡托辛加入捏合机进行捏合，捏合时间为1-3小时；
3)加入固化剂以及催化剂，继续捏合；
4)在真空、温度45℃-55℃的环境中，对捏合后的推进剂进行浇铸以及固化，固化时间为160-180小时。
优选地，所述步骤2)中，温度为50℃，捏合时间为2小时。
优选地，所述步骤4)中，温度为50℃，固化时间为168小时。
结合图1、2，说明本实施方式。对以上实施例3制作的推进剂，在推进剂与壳体之间放置电加热膜。需要变形时，加热膜启动加热，使推进剂温度上升到Tg以上，从而使推进剂变形。
变形有两种情况：
从图1变为图2，燃烧面变大，发动机推力增加，火箭速度变快；
从图2变为图1，燃烧面减小，发动机推力降低，火箭速度降低。
两种情况都能有效改变导弹的机动性，利用形状记忆聚合物作为粘合剂，可以实现1→2或者2→1的转换，而利用可逆形状记忆聚合物，可以实现1→2→1或者2→1→2的转换，利用三相或者更复杂的形状记忆聚合物，可以实现更加复杂的变形，例如：以下两种适用情形：
使用情形1
某导弹抵达目标前发现目标位置发生较大变化，便可以利用推进剂变形改变飞行轨迹，在一定范围内重新定位目标。
使用情形2
某导弹发现对方发射了拦截弹，可以利用推进剂变形改变飞行路线，从而避免被拦截。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种可变形固体推进剂，其特征在于，由以下原料制备而成：
氧化剂、还原剂、形状记忆粘合剂、增塑剂；
所述氧化剂为高氯酸铵、二硝酰氨铵；还原剂为纳米铝粉、镁粉；增塑剂为乙酰柠檬酸三乙酯；
形状记忆粘合剂为环氧基体、固化剂、催化剂以及含能添加剂；其中环氧基体为双酚A环氧树脂，固化剂为三聚硫氰酸，催化剂为2-甲基咪唑，含能添加剂为聚叠氮缩水甘油醚，
还包括：醇胺络合物、铝酸酯偶联剂、N,N-二苯基对苯二胺、炭黑、卡托辛；
以上各原料的质量配比关系为：50-60份高氯酸铵、2-4份二硝酰氨铵、10-15份纳米铝粉、1-5份镁粉；3-6份乙酰柠檬酸三乙酯、4-8份双酚A环氧树脂、0.5-2份三聚硫氰酸、0.01-0.06份2-甲基咪唑、2-6份聚叠氮缩水甘油醚(GAP)、0.2-0.8份醇胺络合物、0.2-0.8份铝酸酯偶联剂、0.3-0.7份N,N-二苯基对苯二胺、0.3-0.8份炭黑、0.6-1.0份卡托辛。
2.一种可变形固体推进剂的制备方法，其特征在于：
各原料的质量配比关系为：58份高氯酸铵、4份二硝酰氨铵、12份纳米铝粉、3份镁粉；5份乙酰柠檬酸三乙酯、6份双酚A环氧树脂、1份三聚硫氰酸、0.04份2-甲基咪唑、4份聚叠氮缩水甘油醚、0.5份醇胺络合物、0.6份铝酸酯偶联剂、0.5份N,N-二苯基对苯二胺、0.5份炭黑、0.9份卡托辛。
3.一种可变形固体推进剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)称量形状记忆粘合剂各组分，以及推进剂的氧化剂、还原剂增塑剂及其他组分；所述氧化剂为高氯酸铵、二硝酰氨铵；还原剂为纳米铝粉、镁粉；增塑剂为乙酰柠檬酸三乙酯；形状记忆粘合剂为环氧基体、固化剂、催化剂以及含能添加剂；其中环氧基体为双酚A环氧树脂，固化剂为三聚硫氰酸，催化剂为2-甲基咪唑，含能添加剂为聚叠氮缩水甘油醚，其他组分：醇胺络合物、铝酸酯偶联剂、N,N-二苯基对苯二胺、炭黑、卡托辛；
2)在真空、温度45℃-55℃的环境中，将氧化剂、还原剂、环氧基体、含能添加剂以及醇胺络合物、铝酸酯偶联剂、N,N-二苯基对苯二胺、炭黑、卡托辛加入捏合机进行捏合，捏合时间为1-3小时；
3)加入固化剂以及催化剂，继续捏合；
4)在真空、温度45℃-55℃的环境中，对捏合后的推进剂进行浇铸以及固化，固化时间为160-180小时。
4.根据权利要求3所述的一种可变形固体推进剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤2)中，温度为50℃，捏合时间为2小时。
5.根据权利要求3所述的一种可变形固体推进剂的制备方法，其特征在于：
所述步骤4)中，温度为50℃，固化时间为168小时。
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