CN111704516B - 丁羟无铝推进剂及其制备方法 - Google Patents

丁羟无铝推进剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种丁羟无铝推进剂及其制备方法，该原料包括按质量分数计的粘合剂7.5%~8.0%，增塑剂2.5%~3.5%，固化剂0.5%~1.0%，氧化剂63%~74%，硝胺炸药10%~20%，燃速催化剂1.5%~2.5%，燃烧稳定剂1.0%~3.0%，其原料还包括0.5%~2%的燃速调节剂，燃速调节剂为有机钡盐、金刚烷胺衍生物、二茂铁基季铵盐中的一种或多种。本发明提供的丁羟无铝推进剂具有少烟低特征信号，在16MPa~24MPa范围内具有较低的燃速压强指数，保证了高压强发动机工作的稳定性。

Description

丁羟无铝推进剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合固体推进剂技术领域，具体为一种丁羟无铝推进剂及其制备方法。
背景技术
随着导弹技术的发展，高压强、高加速以及强隐身飞行能力已成为战术导弹的发展方向。机载空地导弹一般采用单室双推力发动机，发动机助推级推力大，工作压强高，燃烧时间短；巡航级推力小，工作压强低，持续时间长。同时，为了增强机载空地导弹的环境适应能力，要求推进剂烟雾少，具有低特征信号。
机载空地导弹发动机优异性能的发挥依赖于固体推进剂的燃烧性能和烟雾信号。固体推进剂燃速压强指数越低，燃烧越稳定，发动机的弹道性能就越安全可控；固体推进剂中不添加铝粉，采用硝胺炸药替代部分氧化剂，可以大幅度降低推进剂燃烧产物中烟的生成量，减弱了红外、可见光等特征信号，提升了导弹的隐身能力。
由于所述固体推进剂工作压强高，不含铝粉、添加了硝胺炸药，因而存在燃速压强指数高的问题，这会严重影响固体火箭发动机正常工作的可靠性。
现有技术中，通常采用在丁羟推进剂中加入草酸铵、碳酸盐、纳米铝粉和金属氧化物等燃速调节剂，实现降低推进剂燃速压强指数。但是，这类物质会对推进剂产生较大负面影响，如工作压强超过9MPa，草酸铵降低燃速压强指数失效，碳酸盐为惰性材料，会显著降低推进剂的能量性能；纳米铝粉和金属氧化物会导致推进剂的工艺性能变差，增加推进剂的烟雾特征信号。
发明内容
本发明提供一种丁羟无铝推进剂及其制备方法，能够提升丁羟推进剂性能，具有少烟低特征、低燃速压强指数等优点。
本发明的技术方案是，一种丁羟无铝推进剂，包括按重量百分数计的以下原料：粘合剂7.5％-8.0％，增塑剂2.5％-3.5％，固化剂0.5％-1.0％，氧化剂63％-74％，硝胺炸药10％-20％，燃烧稳定剂1.0％-3.0％，燃速催化剂1.5％-2.5％和燃速调节剂0.5％～2％；其中燃速调节剂为有机钡盐、金刚烷胺衍生物、二茂铁基季铵盐中的一种或多种。
进一步地，所述粘合剂为端羟基聚丁二烯HTPB，增塑剂为癸二酸二异辛酯GZ，固化剂为甲苯二异氰酸酯TDI，氧化剂为高氯酸铵AP。
进一步地，所述硝胺炸药为黑索今RDX或奥克托今HMX。
进一步地，所述燃速催化剂为2,2-双乙基二茂铁丙烷GFP或辛基二茂铁XMT
进一步地，所述燃烧稳定剂为碳化锆ZrC、氧化镁MgO、二氧化钛TiO2
进一步地，所述有机钡盐中位粒径5～15μm，钡含量39％～41％，水分含量不大于0.1％。
进一步地，所述金刚烷胺衍生物中位粒径5～15μm，碳含量67.8％，氢含量10.9％，氧含量12％，氮含量2.6％，氯含量6.7％，水分含量不大于0.1％。
进一步地，所述二茂铁基季铵盐中位粒径5～15μm，铁含量8.2％～8.5％，水分含量不大于0.1％。
本发明还涉及所述丁羟无铝推进剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配比称取各原料；
(2)混合：在立式混合机中，将称取的粘合剂、增塑剂与燃速催化剂搅拌20min～30min混匀，然后依次加入称取的燃烧稳定剂、燃速调节剂、硝胺炸药、氧化剂混合70min～80min，最后加入称取的固化剂，继续混合20min～30min，得到推进剂药浆；
(3)浇注：采用真空浇注法浇注推进剂药浆，浇注缸内余压≤10mmHg；
(4)固化：将浇注好推进剂药浆的模具，发动机壳体放置在固化炉中加热固化，
(5)脱模和整形：将固化好的发动机取出，拔出芯模，并对药面进行修整。
进一步地，步骤2)中混合温度控制在45℃～50℃，步骤3)中浇注温度在50℃～55℃；步骤4)中固化温度70℃，固化时间72h～96h。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明推进剂中通过加入有机钡盐、金刚烷胺衍生物或二茂铁基季铵盐燃速调节剂，其中有机钡盐除含有一定量的Ba，主要还含有N、C、H等元素，这些元素在推进剂燃烧过程中能与氧发生化学反应产生热量，对推进剂能量性能有一定贡献。二茂铁基季铵盐为固体，通过二茂铁与季铵盐的协同效果来降低推进剂的燃速压强指数，避免了液体二茂铁类化合物在推进剂中的迁移现象和草酸铵高压下降压指效果失效的问题。金刚烷胺衍生物中不含金属物质，可有效减少推进剂中的烟雾，金刚烷的笼状结构可有效吸收燃烧时的热量，降低推进剂燃速压强指数。
2、本发明推进剂中的燃速调节剂加入量为0.5％～2.0％，加入量少，均为固体粉末，不含活性基团，与推进剂各组分相容性好，制药工艺性能优异，高压条件下降低推进剂燃速压强指数效果佳。
3、本发明推进剂中不含铝粉，可有效减少推进剂中的一次烟的生成量，具有低特征信号。
4、本发明推进剂中燃烧稳定剂为碳化锆ZrC、氧化镁MgO或二氧化钛TiO2，这类物质熔点高、导热强，保证了丁羟无铝推进剂稳定燃烧。
附图说明
图1为实施例2中8％铝含量的参照推进剂所制发动机地面试验烟雾生成情况直观图。
图2为实施例2中本发明推进剂所制发动机地面试验烟雾生成情况直观图。
图3为实施例4中本发明推进剂应用于某机载型号的全尺寸发动机地面试验工况曲线。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
实例1～实例6中，发明人根据常见丁羟推进剂组成和含量范围，设计了参照推进剂，以用于同本发明的丁羟无铝推进剂进行对比。丁羟无铝推进剂中燃速调节剂均采购于中科院上海有机所，推进剂中其他物质均可从公开途径获得。
实施例1：
(1)推进剂组成(质量百分比)如表1所示：
表1
Figure BDA0002608489650000031
Figure BDA0002608489650000041
(2)推进剂性能如表2所示：
表2
Figure BDA0002608489650000042
实施例2：
(1)推进剂组成(质量百分比)如表3所示：
表3
Figure BDA0002608489650000043
(2)推进剂性能如表4所示：
表4
Figure BDA0002608489650000044
Figure BDA0002608489650000051
其中实施例2中的参照推进剂与采用本发明配方的推进剂所制发动机地面试验烟雾生成情况直观图如图1和图2所示，从图1～图2对比可以看出：本发明的丁羟无铝推进剂燃烧烟雾生成量明显少于8％铝含量的参照推进剂。
实施例3
(1)推进剂组成(质量百分比)如表5所示：
表5
Figure BDA0002608489650000052
(2)推进剂性能如表6所示：
表6
Figure BDA0002608489650000053
实施例4
(1)推进剂组成(质量百分比)如表7所示：
表7
Figure BDA0002608489650000061
(2)推进剂性能如表8所示：
表8
Figure BDA0002608489650000062
实施例4中推进剂应用于某机载型号的全尺寸发动机地面试验工况曲线具体见图3，从图3可以看出：本发明的丁羟无铝推进剂在高压(20MPa以上)条件下工作稳定，说明丁羟无铝推进剂高压下具有低的燃速压强指数。
实施例5
(1)推进剂组成(质量百分比)如表9所示：
表9
Figure BDA0002608489650000063
Figure BDA0002608489650000071
(2)推进剂性能如表10所示：
表10
Figure BDA0002608489650000072
实施例6
(1)推进剂组成(质量百分比)如表11所示：
表11
Figure BDA0002608489650000073
Figure BDA0002608489650000081
(2)推进剂性能如表12所示：
表12
Figure BDA0002608489650000082

Claims (7)

1.一种丁羟无铝推进剂，其特征在于，包括按重量百分数计的以下原料：粘合剂7.5%-8.0%，增塑剂2.5%-3.5%，固化剂0.5%-1.0%，氧化剂63%-74%，硝胺炸药10%-20%，燃烧稳定剂1.0%-3.0%，燃速催化剂1.5%-2.5%和燃速调节剂0.5%~2%；其中燃速调节剂为金刚烷胺衍生物、二茂铁基季铵盐中的一种或两种；所述金刚烷胺衍生物中位粒径5~15 μm，碳含量67.8%，氢含量10.9%，氧含量12%，氮含量2.6%，氯含量6.7%，水分含量不大于0.1%；所述二茂铁基季铵盐中位粒径5~15 μm，铁含量8.2%~8.5%，水分含量不大于0.1%。
2.根据权利要求1所述的丁羟无铝推进剂，其特征在于：所述粘合剂为端羟基聚丁二烯HTPB，增塑剂为癸二酸二异辛酯GZ，固化剂为甲苯二异氰酸酯TDI，氧化剂为高氯酸铵AP。
3.根据权利要求1所述的丁羟无铝推进剂，其特征在于：所述硝胺炸药为黑索今RDX或奥克托今HMX。
4.根据权利要求1所述的丁羟无铝推进剂，其特征在于：所述燃速催化剂为2,2-双乙基二茂铁丙烷GFP或辛基二茂铁XMT。
5.根据权利要求1所述的丁羟无铝推进剂，其特征在于：所述燃烧稳定剂为碳化锆ZrC、氧化镁MgO或二氧化钛TiO2。
6.权利要求1-5任意一项所述丁羟无铝推进剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按照配比称取各原料；
（2）混合：在立式混合机中，将称取的粘合剂、增塑剂与燃速催化剂搅拌20 min~30 min混匀，然后依次加入称取的燃烧稳定剂、燃速调节剂、硝胺炸药、氧化剂混合70min~80min，最后加入称取的固化剂，继续混合20 min~30 min，得到推进剂药浆；
（3）浇注：采用真空浇注法浇注推进剂药浆，浇注缸内余压≤10 mmHg；
（4）固化：将浇注好推进剂药浆的模具，发动机壳体放置在固化炉中加热固化，
（5）脱模和整形：将固化好的发动机取出，拔出芯模，并对药面进行修整。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤（2）中混合温度控制在45℃~50℃，步骤（3）中浇注温度在50℃~55℃；步骤（4）中固化温度70℃，固化时间72h~96h。
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