CN118146054A - 一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂及其制备方法，以总质量百分含量为100％计，包含如下质量百分含量的组分：粘合剂：7％～15％，固化剂：0.6％～1.5％，增塑剂：2％～7％，氧化剂：50％～85％，燃烧稳定剂：0.5％～2％。通过物料选择及配比调整，该燃气发生剂具备燃速高、残渣含量低、产气量大、压强指数低、力学性能优良、燃烧稳定的特点，可用于高增压比弹射动力装置。
Description
技术领域
本发明属于复合固体燃气发生剂技术领域，特别涉及一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂及其制备方法。
背景技术
弹射动力装置一般用于武器装备的发射阶段，高增压比弹射动力装置对燃气发生剂的要求极为苛刻，通常要求燃气发生剂同时具备产气量大、燃气清洁(残渣含量低于1％)、燃速高(30mm/s以上)、温度敏感系数低、压强指数低、燃烧稳定等特点。
现有燃气发生剂的燃烧产物含量一般在2％以上，燃速一般低于30mm/s，难以兼备低残渣、高燃速、燃烧稳定的特性。现有技术难以满足新一代高增压比弹射动力装置的苛刻使用要求。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂及其制备方法，该燃气发生剂具备燃速高、残渣含量低、产气量大、压强指数低、力学性能优良、燃烧稳定的特点，从而完成本发明。
本发明提供的技术方案如下：
第一方面，一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂，以总质量百分含量为100％计，包含如下质量百分含量的组分：
粘合剂：7％～15％
固化剂：0.6％～1.5％
增塑剂：2％～7％
氧化剂：50％～85％
燃烧稳定剂：0.5％～2％。
第二方面，一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂的制备方法，包括：
按比例称取粘合剂、固化剂、增塑剂、氧化剂和燃烧稳定剂；
将上述组分放入混合机中进行混合，制得药浆；
将药浆浇注到模具或发动机中，固化，得到燃气发生剂。
根据本发明提供的一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂及其制备方法，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂及其制备方法，以AP、KP为氧化剂，燃速高，且压强指数在0.07～0.35低范围内可调节。
(2)本发明提供的一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂及其制备方法，不含金属、金属氧化物、金属氯化物或金属碳化物等高熔点添加剂，残渣含量低至0.5％以内，燃气清洁。
(3)本发明提供的一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂及其制备方法，含炭黑、硼粉、硫粉非金属粉末添加剂，保持燃气清洁的同时维持良好的燃烧稳定性。
(4)本发明提供的一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂及其制备方法，通过添加交联剂、燃速催化剂或燃温调节剂，具备较高的抗拉强度及伸长率，燃速、燃温可调控。
附图说明
图1为对比例1燃气发生剂在标准发动机中工作的p-t曲线图；
图2为实施例1燃气发生剂在标准发动机中工作的p-t曲线图。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
本发明提供了一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂，以总质量百分含量为100％计，包含如下质量百分含量的组分：
粘合剂：7％～15％
固化剂：0.6％～1.5％
增塑剂：2％～7％
氧化剂：50％～85％
燃烧稳定剂：0.5％～2％。
优选地，高增压比弹射动力装置用燃气发生剂，以总质量百分含量为100％计，包含如下质量百分含量的组分：
粘合剂：7％～15％
固化剂：0.6％～1.2％
增塑剂：2％～6％
氧化剂：55％～85％
燃烧稳定剂：1％～1.5％。
在一种优选的实施方式中，所述粘合剂为端羟基聚丁二烯(HTPB)。
在一种优选的实施方式中，所述固化剂为甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)的一种或两种组合。
在一种优选的实施方式中，所述增塑剂为癸二酸二辛酯(KZ)、邻苯二甲酸二丁酯(BZ)、邻苯二甲酸二仲辛酯(LBZ)的一种或两种以上组合。
在一种优选的实施方式中，所述氧化剂为高氯酸铵(AP)、高氯酸钾(KP)的一种或两者组合。
在一种优选的实施方式中，所述燃烧稳定剂为炭黑、硼粉或硫粉中的一种或两种以上组合，优选为炭黑。炭黑、硼粉、硫粉非金属粉末添加剂，使燃气发生剂保持燃气清洁的同时维持良好的燃烧稳定性。
本发明提供的一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂不含金属、金属氧化物、金属氯化物或金属碳化物等高熔点添加剂，以使燃气发生剂燃烧后固体残渣含量低于0.5％。为进一步拓宽燃气发生剂的力学、燃速和燃温性能范围，还可包含交联剂、燃速催化剂或燃温调节剂等。交联剂选用蓖麻油(BM)等，在燃气发生剂中质量百分含量为0-1.5％；燃速催化剂选用卡托辛(KTX)等，在燃气发生剂中质量百分含量为0-5.0％；燃温调节剂选用对二羟基乙二肟(DHG)等，在燃气发生剂中质量百分含量为0-20％。
本发明还提供了一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂的制备方法，包括：
(1)将粘合剂、固化剂、增塑剂、氧化剂、燃烧稳定剂按照质量百分比进行称量；若燃气发生剂中还包括其他添加剂，则按比例称量；
(2)将上述组分放入混合机中进行混合，混合温度40℃～70℃，混合时间60min～360min，制得药浆；
(3)将上述药浆以真空喷淋的方式浇注到模具或发动机中，然后放在40℃～70℃左右的烘箱中，使其固化3天以上。
实施例
实施例1
(1)燃气发生剂组成
| 配方组分 | 质量含量(％) |
| HTPB | 9.15 |
| IPDI | 0.86 |
| KZ | 6 |
| AP | 79.78 |
| KTX | 3 |
| BM | 0.21 |
| 炭黑 | 1 |
制备方法：
将将粘合剂HTPB、固化剂IPDI、增塑剂KZ、氧化剂AP、燃烧稳定剂炭黑、燃速催化剂KTX、交联剂BM按照质量百分比进行称量；
将上述组分放入混合机中进行混合，混合温度60℃，混合时间360min，制得药浆；
将上述药浆以真空喷淋的方式浇注到模具或发动机中，然后放在60℃左右的烘箱中，使其固化5天。
(2)燃气发生剂性能
| 密度(g/cm3) | 1.62 |
| 特征速度(m/s) | 1435 |
| 燃气平均分子量(g/mol) | 22.52 |
| 发气量(L/kg) | 995 |
| 7MPa燃速(mm/s) | 33.57 |
| 4～18MPa压强指数 | 0.12 |
| 燃温(K) | 2398 |
| 残渣(％) | 0.34 |
| 70℃抗拉强度(kPa) | 660 |
| 70℃伸长率(％) | 57 |
实施例2
(1)燃气发生剂组成
制备方法参照实施例1。
(2)燃气发生剂性能
| 密度(g/cm3) | 1.63 |
| 特征速度(m/s) | 1420 |
| 燃气平均分子量(g/mol) | 22.47 |
| 发气量(L/kg) | 997 |
| 7MPa燃速(mm/s) | 34.42 |
| 4～18MPa压强指数 | 0.14 |
| 燃温(K) | 2349 |
| 残渣(％) | 0.33 |
| 70℃抗拉强度(kPa) | 720 |
| 70℃伸长率(％) | 49 |
实施例3
(1)燃气发生剂组成
| 配方组分 | 质量含量(％) |
| HTPB | 9.39 |
| IPDI | 0.74 |
| KZ | 3.5 |
| KP | 10 |
| AP | 71.26 |
| KTX | 3.5 |
| BM | 0.11 |
| 炭黑 | 0.5 |
| 硼粉 | 1 |
制备方法参照实施例1。
(2)燃气发生剂性能
| 密度(g/cm3) | 1.69 |
| 特征速度(m/s) | 1451 |
| 燃气平均分子量(g/mol) | 24.57 |
| 发气量(L/kg) | 912 |
| 7MPa燃速(mm/s) | 35.2 |
| 4～18MPa压强指数 | 0.27 |
| 燃温(K) | 2638 |
| 残渣(％) | 0.48 |
| 70℃抗拉强度(kPa) | 682 |
| 70℃伸长率(％) | 62 |
实施例4
(1)燃气发生剂组成
| 配方组分 | 质量含量(％) |
| HTPB | 12.04 |
| TDI | 1.04 |
| KZ | 1 |
| LBZ | 1 |
| AP | 59.17 |
| KTX | 4 |
| BM | 0.55 |
| 炭黑 | 1.2 |
| DHG | 20 |
制备方法参照实施例1。
(2)燃气发生剂性能
实施例5
(1)燃气发生剂组成
| 配方组分 | 质量含量(％) |
| HTPB | 7.95 |
| IPDI | 0.79 |
| KZ | 2 |
| AP | 82.62 |
| KTX | 5 |
| BM | 0.14 |
| 炭黑 | 0.5 |
| 硼粉 | 0.5 |
| 硫粉 | 0.5 |
制备方法参照实施例1。
(2)燃气发生剂性能
实施例6
(1)燃气发生剂组成
| 配方组分 | 质量含量(％) |
| HTPB | 12.64 |
| TDI | 0.66 |
| KZ | 7 |
| AP | 78.5 |
| 炭黑 | 1.2 |
制备方法参照实施例1。
(2)燃气发生剂性能
| 密度(g/cm3) | 1.60 |
| 特征速度(m/s) | 1406 |
| 燃气平均分子量(g/mol) | 21.71 |
| 发气量(L/kg) | 1032 |
| 7MPa燃速(mm/s) | 15.6 |
| 4～18MPa压强指数 | 0.35 |
| 燃温(K) | 2234 |
| 残渣(％) | 0.22 |
| 70℃抗拉强度(kPa) | 320 |
| 70℃伸长率(％) | 19.8 |
实施例7
(1)燃气发生剂组成
| 配方组分 | 质量含量(％) |
| HTPB | 9.15 |
| IPDI | 0.86 |
| KZ | 6 |
| AP | 79.78 |
| KTX | 3 |
| BM | 0.21 |
| 硼粉 | 1 |
制备方法参照实施例1。
(2)燃气发生剂性能
| 密度(g/cm3) | 1.63 |
| 特征速度(m/s) | 1454 |
| 燃气平均分子量(g/mol) | 22.7 |
| 发气量(L/kg) | 987 |
| 7MPa燃速(mm/s) | 33.21 |
| 4～18MPa压强指数 | 0.14 |
| 燃温(K) | 2472 |
| 残渣(％) | 0.44 |
| 70℃抗拉强度(kPa) | 634 |
| 70℃伸长率(％) | 59 |
实施例8
(1)燃气发生剂组成
制备方法参照实施例1。
(2)燃气发生剂性能
| 密度(g/cm3) | 1.63 |
| 特征速度(m/s) | 1422 |
| 燃气平均分子量(g/mol) | 22.77 |
| 发气量(L/kg) | 988 |
| 7MPa燃速(mm/s) | 33.11 |
| 4～18MPa压强指数 | 0.12 |
| 燃温(K) | 2409 |
| 残渣(％) | 0.22 |
| 70℃抗拉强度(kPa) | 677 |
| 70℃伸长率(％) | 50 |
对比例1
(1)燃气发生剂组成
| 配方组分 | 质量含量(％) |
| HTPB | 9.15 |
| IPDI | 0.86 |
| KZ | 6 |
| AP | 80.78 |
| KTX | 3 |
| BM | 0.21 |
制备方法参照实施例1。
(2)燃气发生剂性能
该对比例与实施例1基本一致，区别仅在于，该对比例1未采用1％燃烧稳定剂炭黑，而相应增加了1％的AP。该对比例1与实施例1的燃气发生剂在标准发动机中工作的p-t曲线图见图1和图2：
由图1和图2明显可见，未采用1％燃烧稳定剂炭黑的对比例1燃气发生剂，在标准发动机中的燃烧不稳定，出现剧烈的压强波动峰。而采用1％燃烧稳定剂炭黑的实施例1燃气发生剂，在标准发动机中的燃烧稳定，未出现压强波动峰。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂，其特征在于，以总质量百分含量为100％计，包含如下质量百分含量的组分：
粘合剂：7％～15％
固化剂：0.6％～1.5％
增塑剂：2％～7％
氧化剂：50％～85％
燃烧稳定剂：0.5％～2％。
2.根据权利要求1所述的高增压比弹射动力装置用燃气发生剂，其特征在于，所述粘合剂为端羟基聚丁二烯HTPB。
3.根据权利要求1所述的高增压比弹射动力装置用燃气发生剂，其特征在于，所述固化剂为甲苯二异氰酸酯TDI、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI的一种或两种组合。
4.根据权利要求1所述的高增压比弹射动力装置用燃气发生剂，其特征在于，所述增塑剂为癸二酸二辛酯KZ、邻苯二甲酸二丁酯BZ、邻苯二甲酸二仲辛酯LBZ的一种或两种以上组合。
5.根据权利要求1所述的高增压比弹射动力装置用燃气发生剂，其特征在于，所述氧化剂为高氯酸铵AP、高氯酸钾KP的一种或两者组合。
6.根据权利要求1所述的高增压比弹射动力装置用燃气发生剂，其特征在于，所述燃烧稳定剂为炭黑、硼粉、硫粉中的一种或两种以上组合。
7.根据权利要求1所述的高增压比弹射动力装置用燃气发生剂，其特征在于，还包括交联剂，交联剂选用蓖麻油BM，在燃气发生剂中质量百分含量为0-1.5％。
8.根据权利要求1所述的高增压比弹射动力装置用燃气发生剂，其特征在于，还包括燃速催化剂，燃速催化剂选用卡托辛KTX，在燃气发生剂中质量百分含量为0-5.0％。
9.根据权利要求1所述的高增压比弹射动力装置用燃气发生剂，其特征在于，还包括燃温调节剂，燃温调节剂选用对二羟基乙二肟DHG，在燃气发生剂中质量百分含量为0-20％。
10.一种权利要求1至9之一所述高增压比弹射动力装置用燃气发生剂的制备方法，其特征在于，包括：
按比例称取粘合剂、固化剂、增塑剂、氧化剂和燃烧稳定剂；
将上述组分放入混合机中进行混合，制得药浆；
将药浆浇注到模具或发动机中，固化，得到燃气发生剂。
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| CN202410144160.7A CN118146054A (zh) | 2024-02-01 | 2024-02-01 | 一种高增压比弹射动力装置用燃气发生剂及其制备方法 |
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