CN114230428A - 一种含硼高能固体推进剂 - Google Patents

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郭学永
邓鹏�
刘睿
方华
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Abstract

本发明涉及一种含硼高能固体推进剂，属于推进剂技术领域。以所述推进剂原料组成成分总质量为100％计，高分子粘结剂质量分数为7～10％，硼粉质量分数为10.8～50.44％，高氯酸铵粉末质量分数为10～50％，分子钙钛矿含能材料粉末质量分数为12.56～69.2％，分子钙钛矿含能材料粉末为高氯酸盐基分子钙钛矿含能材料粉末。所述推进剂通过机械混合法制备。所述推进剂引入新的高能量密度分子钙钛矿含能材料作为固体推进剂的氧化剂，显著提高了推进剂的燃烧热。通过燃烧热测定结果表明，其燃烧放热热值可达8835kJ/kg，实现高能推进剂的改进，促进高能固体推进剂的发展与应用。

Description

一种含硼高能固体推进剂
技术领域
本发明涉及一种含硼高能固体推进剂，属于推进剂技术领域。
背景技术
高燃烧热值金属燃料硼是贫氧固体推进剂中的重要燃料。但由于硼燃烧时表面反应生产的氧化物会造成点火困难，导致硼燃料的燃烧效率降低。而金属硼粉的熔点高，微纳米颗粒燃烧过程容易形成液态氧化层包裹金属颗粒燃料，不能有效点火，因此不利于提升固体推进剂的燃烧效率。
高能化发展是含硼固体推进剂的重要研究手段。当前采用的氧化剂为常规氧化剂高氯酸铵(AP)，其作用只是充当氧化剂，不能有效提供能量。含硼贫氧推进剂逐步采取高能炸药黑索今(RDX)、奥克托金(HMX)、六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)等高能炸药作为推进剂体系的高能氧化剂。与传统高能炸药相比，分子钙钛矿含能材料是一类爆轰性能高，氧化性强，成本经济的离子型含能化合物。通过以高氯酸铵为主要分子结构组成，表现出良好的爆轰性能和极强的氧化性。但是现有文献专利还未有分子钙钛矿含能材料在含硼推进剂配方中的应用报道。
发明内容
为克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种含硼高能固体推进剂。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
一种含硼高能固体推进剂，以所述推进剂所有原料组分总体质量为100％计，其中，各原料组分及其质量分数如下：
Figure BDA0003317075340000011
所述高分子粘结剂优选F2311、F2602、Estane、三元乙丙橡胶、端羟基叠氮缩水甘油醚中的至少一种。
所述分子钙钛矿含能材料粉末为高氯酸盐基分子钙钛矿含能材料粉末，优选(H2dabco)[NH4(ClO4)3](DAP-4)、(H2dabco)[Na(ClO4)3](DAP-1)、(H2dabco)[K(ClO4)3](DAP-2)、(H2mpz)[NH4(ClO4)3](PAP-M4)、(H2pz)[NH4(ClO4)3](PAP-4)、(H2hpz)[NH4(ClO4)3](PAP-H4)、(H2dabco-O)[NH4(ClO4)3](DAP-O4)、(H2mdabco)[NH4(ClO4)3](DAP-M4)、(H2dabco)[NH3OH(ClO4)3](DAP-6)和(H2dabco)[NH2NH3(ClO4)3](DAP-7)中的至少一种。
一种本发明所述的含硼高能固体推进剂的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
采用挥发性有机液体溶解高分子粘结剂，并加入硼粉、高氯酸铵粉末、分子钙钛矿含能材料粉末，混合均匀，烘干液体介质，并使材料固化成型，得到本发明所述的含硼高能固体推进剂。
优选的，所述挥发性有机液体为乙醇或乙酸乙酯。
有益效果
1.本发明提供了一种含硼高能固体推进剂，所述推进剂引入新的高能量密度分子钙钛矿含能材料作为固体推进剂的氧化剂，显著提高了推进剂的燃烧热。通过燃烧热测定结果表明，其燃烧放热热值可达8835kJ/kg，实现高能推进剂的改进，促进高能固体推进剂的发展与应用。
2.本发明提供了一种含硼高能固体推进剂，所述推进剂可以根据含硼高能固体推进剂配方参数需求调控能量水平，实现含硼固体推进剂性能的提升。
3.本发明提供了一种含硼高能固体推进剂的制备方法，所述制备方法工艺简单，有利于放大生产。
附图说明
图1为实施例1中含硼高能固体推进剂的SEM形貌测试图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不作为对本发明专利的限定。对实施例1～6制备的含硼高能固体推进剂进行如下测试：
(1)扫描电子显微镜(SEM)表征：BCPCA公司，型号：S4800。
(2)燃烧热测试：采用天润科技微机全自动量热仪TRHW-7000C对实施例1～6制备的含硼高能固体推进剂质量燃烧热进行测试。
燃烧热测试方法：取用实施例1～6制备的含硼高能固体推进剂0.4g，放入氧弹中，通过自动点火测试，获得燃烧热数值。
实施例1
一种含硼高能固体推进剂，以所述推进剂原料组成成分总质量为100％计，其中，各原料组分及其质量分数如下：
Figure BDA0003317075340000031
一种本实施例所述的含硼高能固体推进剂的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
采用5ml乙醇溶解0.1g F2602，12小时后，将0.2024g的硼粉、0.1g高氯酸铵粉末和0.5976g DAP-4粉末加入F2602的乙醇混合溶液中，采用超声和搅拌将固体颗粒混合均匀，放入烘箱中50℃加热，烘干乙醇，并在50℃固化5h，使材料成型，得到一种含硼高能固体推进剂。
实施例2
一种含硼高能固体推进剂，以所述推进剂原料组成成分总质量为100％计，其中，各原料组分及其质量分数如下：
Figure BDA0003317075340000032
一种本实施例所述的含硼高能固体推进剂的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
采用5ml乙醇溶解0.1g F2602，12小时后，将0.2024g硼粉、0.2g高氯酸铵粉末和0.4976g DAP-4粉末加入F2602的乙醇混合溶液中，采用超声和搅拌将固体颗粒混合均匀，放入烘箱中50℃加热，烘干乙醇，并在50℃固化5h，使材料成型，得到一种含硼高能固体推进剂。
实施例3
一种含硼高能固体推进剂，以所述推进剂原料组成成分总质量为100％计，其中，各原料组分及其质量分数如下：
Figure BDA0003317075340000041
一种本实施例所述的含硼高能固体推进剂的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
采用5ml乙醇溶解0.07g F2602，12小时后，将0.108g硼粉、0.13g高氯酸铵粉末和0.692g DAP-4粉末加入F2602的乙醇混合溶液中，采用超声和搅拌将固体颗粒混合均匀，放入烘箱中50℃加热，烘干乙醇，并在50℃固化5h，使材料成型，得到一种含硼高能固体推进剂。
实施例4
一种含硼高能固体推进剂，以所述推进剂原料组成成分总质量为100％计，其中，各原料组分及其质量分数如下：
Figure BDA0003317075340000042
一种本实施例所述的含硼高能固体推进剂的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
采用5ml乙醇溶解0.08g F2311，12小时后，将0.5044g硼粉、0.29g高氯酸铵粉末和0.1256g DAP-6粉末加入F2311的乙醇混合溶液中，采用超声和搅拌将固体颗粒混合均匀，放入烘箱中50℃加热，烘干乙醇，并在50℃固化5h，使材料成型，得到一种含硼高能固体推进剂。
实施例5
一种含硼高能固体推进剂，以所述推进剂原料组成成分总质量为100％计，其中，各原料组分及其质量分数如下：
Figure BDA0003317075340000051
一种本实施例所述含硼高能固体推进剂的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
采用5ml乙醇溶解0.07g三元乙丙橡胶，12小时后，将0.30g硼粉、0.30g高氯酸铵粉末和0.33g分子钙钛矿含能材料粉末加入含有三元乙丙橡胶的乙醇混合溶液中，所述分子钙钛矿含能材料粉末为0.13g DAP-6和0.20g DAP-O4的混合物。采用超声和搅拌将固体颗粒混合均匀，放入烘箱中50℃加热，烘干乙醇，并在50℃固化5h，使材料成型，得到一种含硼高能固体推进剂。
实施例6
一种含硼高能固体推进剂，以所述推进剂原料组成成分总质量为100％计，其中，各组成成分及其质量分数如下：
Figure BDA0003317075340000052
一种含硼高能固体推进剂的制备方法，所述方法为机械混合法，具体步骤如下：
采用5ml乙酸乙酯溶解0.1g Estane，12小时后，将0.2g硼粉、0.50g高氯酸铵粉末和0.2g DAP-4粉末加入Estane的乙酸乙酯混合溶液中，采用超声和搅拌将固体颗粒混合均匀，放入烘箱中50℃加热，烘干乙酸乙酯，并在50℃固化5h，使材料成型，得到一种含硼高能固体推进剂。
为了判定实施例1～6制备的一种含硼高能固体推进剂组分和混合均匀性，对实施例1制得的一种含硼高能固体推进剂进行扫描电子显微镜(SEM)观察，结果如图1所示，SEM结果表明本实施例所述的含硼高能固体推进剂各组分混合均匀。实施例2～6制得的含硼高能固体推进剂SEM观察结果与实施例1观察结果类似。
对实施例1～6制得的一种含硼高能固体推进剂的质量燃烧热进行测试，结果如表1所示：
表1实施例1～6制得的一种含硼高能固体推进剂质量燃烧热
实施例 1 2 3 4 5 6
燃烧热(kJ/kg) 8835 8633 8393 8062 8062 8502
从测试结果可以看出，本发明所述的含硼高能固体推进剂具有较高的燃烧热值。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种含硼高能固体推进剂，以所述推进剂所有组分总体质量为100％计，其中，各原料组分及其质量分数如下：
Figure FDA0003317075330000011
所述分子钙钛矿含能材料为高氯酸盐基分子钙钛矿含能材料。
2.根据权利要求1所述的一种含硼高能固体推进剂，其特征在于：分子钙钛矿含能材料粉末为(H2dabco)[NH4(ClO4)3]、(H2dabco)[Na(ClO4)3、(H2dabco)[K(ClO4)3]、(H2mpz)[NH4(ClO4)3]、(H2pz)[NH4(ClO4)3]、(H2hpz)[NH4(ClO4)3]、(H2dabco-O)[NH4(ClO4)3]、(H2mdabco)[NH4(ClO4)3]、(H2dabco)[NH3OH(ClO4)3]和(H2dabco)[NH2NH3(ClO4)3]中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种含硼高能固体推进剂，其特征在于：所述高分子粘结剂为F2311、F2602、Estane、三元乙丙橡胶和端羟基叠氮缩水甘油醚中的至少一种。
4.一种含硼高能固体推进剂，以所述推进剂所有组分总体质量为100％计，其中，各原料组分及其质量分数如下：
Figure FDA0003317075330000012
所述分子钙钛矿含能材料粉末为高氯酸盐基分子钙钛矿含能材料；
所述分子钙钛矿含能材料粉末为(H2dabco)[NH4(ClO4)3]、(H2dabco)[Na(ClO4)3、(H2dabco)[K(ClO4)3]、(H2mpz)[NH4(ClO4)3]、(H2pz)[NH4(ClO4)3]、(H2hpz)[NH4(ClO4)3]、(H2dabco-O)[NH4(ClO4)3]、(H2mdabco)[NH4(ClO4)3]、(H2dabco)[NH3OH(ClO4)3]和(H2dabco)[NH2NH3(ClO4)3]中的至少一种；
所述高分子粘结剂为F2311、F2602、Estane、三元乙丙橡胶和端羟基叠氮缩水甘油醚中的至少一种。
5.一种如权利要求1～4任意一项所述的含硼高能固体推进剂的制备方法，其特征在于：所述方法为机械混合法。
6.根据权利要求5所述的一种含硼高能固体推进剂的制备方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：
采用挥发性有机液体溶解高分子聚合物粘结剂，并加入硼粉、高氯酸铵粉末和分子钙钛矿含能材料粉末，混合均匀，烘干挥发性有机液体，并使材料固化成型，得到一种含硼高能固体推进剂。
7.根据权利要求6所述的一种含硼高能固体推进剂的制备方法，其特征在于：挥发性有机液体为乙醇或乙酸乙酯。
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