一种高强度低压强指数丁羟复合固体推进剂及其制备方法与流程

本发明涉及复合固体推进剂制造领域，具体是一种高强度低压强指数丁羟复合固体推进剂及其制备方法。

背景技术：

火箭弹、导弹在高过载飞行过程中，为防止固体发动机药柱在高过载情况下，产生变形，甚至开裂的情况，要求推进剂具有高模量、高抗拉强度性能。

随着火箭弹、导弹技术水平的发展，对固体发动机能量提出越来越高的要求。越来越多发动机设计单位采取提高发动机工作压强，提高推进剂能量的技术途径。丁羟推进剂随着工作压强提高，推进剂压强指数增大，表现在燃烧速度随压强增加而快速增加，导致发动机压强进一步增加，对发动机工作过程中结构完整性产生危害。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高强度低压强指数丁羟复合固体推进剂及其制备方法，要解决的技术问题提高推进剂抗拉强度，降低压强指数。提高抗拉强度采取的技术方案是通过键合剂和补强剂组合使用，一方面提高推进剂中液相组份与固体颗粒作用力，另一方面，引入多官能团组份，提高htpb/ipdi固化体系交联点，增加交联密度，从而提高推进剂抗拉强度。降低压强指数采取的技术途径是采用新型高效压强指数调节剂降低压强指数，该压强指数调节剂为有机碱土金属盐化合物，利用碱土金属类化合物易清除积碳和消除cxhy类易二次燃烧的分解片段，减少反应区的燃烧热，降低其向凝聚项的传递热量，从而实现对高压压力段燃速的有效控制，减小压强指数。

推进剂固化剂采用异佛尔酮二异氰酸酯（ipdi），与常规固化剂甲苯二异氰酸酯（tdi）相比，推进剂药浆起始粘度低，粘度增长缓慢，药浆工艺性能优良，有利于提高推进剂浇注质量。由于端羟基聚丁二烯(htpb)与异佛尔酮二异氰酸酯（ipdi）反应速度低于与甲苯二异氰酸酯（tdi），配方中需添加适量的固化催化剂三苯基铋（tpb），以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高强度低压强指数丁羟复合固体推进剂，包括如下质量百分比的组分：氧化剂73%~73.5%，金属粉末14%，粘合体系5.95%，增塑剂3.5%，燃速催化剂2%，压强指数调节剂0.5%~1%，键合剂和补强剂0.4%，固化催化剂和防老剂0.15%。

作为本发明进一步的方案：所述氧化剂为高氯酸铵，金属粉末为铝粉。

作为本发明进一步的方案：所述高氯酸铵有三种规格，为gjb617a-2003《高氯酸铵规范》中的b级ⅱ型、ⅲ型以及采用ⅱ型高氯酸铵气流粉碎后的细粒度高氯酸铵；铝粉为gjb1738a-2005《特细铝粉规范》中的flqt1型。

作为本发明进一步的方案：所述粘合体系包括粘合剂和固化剂，粘合剂为端羟基聚丁二烯，gjb1327a-2003《端羟基聚丁二烯规范》中的ⅰ或ⅱ型；固化剂为异佛尔酮二异氰酸酯，ar级。

作为本发明进一步的方案：所述增塑剂为癸二酸二（2-乙基己）酯，满足gjb1967-1994《癸二酸二（2-乙基己）酯规范》要求。

作为本发明进一步的方案：所述燃速催化剂为辛基二茂铁，满足gjb5970-2007《辛基二茂铁规范》要求。

作为本发明进一步的方案：所述固化催化剂为三苯基铋，满足gjb5276-2003《三苯基铋规范》要求。

作为本发明进一步的方案：所述防老剂为n,n′-二苯基对苯二胺。

一种高强度低压强指数丁羟复合固体推进剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）固体原材料预烘：将高氯酸铵和铝粉过筛，高氯酸铵放于60℃~70℃烘箱，铝粉放于50℃~60℃烘箱，预烘12h以上；

（2）称量、预混：按质量配比要求，称取各种原材料，将压强指数调节剂、粘合剂、增塑剂、燃速催化剂键合剂、补强剂、固化催化剂和防老剂进行预混，然后加入铝粉预混；

（3）混合：在预混药浆中分次加入氧化剂混合均匀，加入固化剂混合，采用立式混合机混合制成工艺性能优良的推进剂药浆；

（3）浇注：采用真空浇注法在50℃~60℃下浇注推进剂药浆，浇注缸内余压≤10mmhg；

（4）固化：将装有推进剂药浆的模具和发动机壳体加热固化，固化温度为55±2℃，固化时间6~7天。

作为本发明再进一步的方案：步骤（2）中预混温度：55±2℃，预混时间：30~40min；步骤（3）中加固化剂前混合时间50~60min，加固化剂后混合时间40~50min，混合温度为60±2℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过键合剂（jhj）和补强剂（bqj）组合使用，可使复合固体推进剂+20℃下，抗拉强度大于2.5mpa，通过高效压强指数调节剂使用，达到+20℃，10~22mpa下，动态压强指数小于0.20。该推进剂可适用于高过载、高压强工作状态火箭弹、导弹固体发动机装药（尤其是端燃包覆药柱）的需求。

附图说明

图1为一种高强度低压强指数丁羟复合固体推进剂的制备方法流程示意图。

图2为一种高强度低压强指数丁羟复合固体推进剂的制备方法中燃速与工作压强关系示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

本发明中，一种高强度低压强指数丁羟复合固体推进剂，按质量百分比计，配方配

比见表1：

表1高强度低压强指数丁羟复合固体推进剂配方配比

所述推进剂的固体含量为氧化剂和金属粉末之和，推进剂力学性能通过配方参数调节，配方参数计算公式为：ri=n(nco^-)/n(oh^-)×100%，其中：n(nco^-)：固化剂ipdi中异氰酸根摩尔数；n(oh^-)：粘合剂htpb和键合剂中羟基摩尔数。

所述高氯酸铵有三种规格，为gjb617a-2003《高氯酸铵规范》中的b级ⅱ型、ⅲ型以及采用ⅱ型高氯酸铵气流粉碎后的细粒度高氯酸铵；铝粉为gjb1738a-2005《特细铝粉规范》中的flqt1型。粘合剂为gjb1327a-2003《端羟基聚丁二烯规范》中的ⅰ或ⅱ型；固化剂为异佛尔酮二异氰酸酯，ar级；所述增塑剂满足gjb1967-1994《癸二酸二（2-乙基己）酯规范》要求；所述燃速催化剂，满足gjb5970-2007《辛基二茂铁规范》要求；所述固化催化剂满足gjb5276-2003《三苯基铋规范》要求。

本发明中关于压强指数调节剂的配方，见本公司同日申请的另外一件专利中，专利名称为：一种复合固体推进剂的压强指数调节剂，所述压强指数调节剂由草酰胺（oa）与碳酸锶（srco3）复配而成。

一种高强度低压强指数丁羟复合固体推进剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）固体原材料预烘：将高氯酸铵和铝粉过筛，高氯酸铵放于60℃~70℃烘箱，铝粉放于50℃~60℃烘箱，预烘12h以上；

（2）称量、预混：按质量配比要求，称取各种原材料。将压强指数调节剂、端羟基聚丁二烯、癸二酸二（2-乙基己）酯、辛基二茂铁、键合剂、补强剂、固化催化剂和防老剂进行预混，然后加入铝粉预混。预混温度：55±2℃，预混时间：30~40min；

（3）混合：在预混药浆中分次加入高氯酸按混合均匀，加入固化剂异佛尔酮二异氰酸酯混合，采用立式混合机混合制成工艺性能优良的推进剂药浆。加固化剂前混合时间50~60min，加固化剂后混合时间40~50min，混合温度为60±2℃；

（3）浇注：采用真空浇注法在50℃~60℃下浇注推进剂药浆，浇注缸内余压≤10mmhg；

（4）固化：将装有推进剂药浆的模具和发动机壳体加热固化，固化温度为55±2℃，固化时间6~7天。

本发明中，一种高强度低压强指数丁羟复合固体推进剂，采用2种实施例对本申请中固体推进剂的配方进行说明，具体配比见表2：

表2高强度低压强指数丁羟复合固体推进剂配方配比

参阅图1中的制备工艺流程图，现结合实施例2对一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂的制备方法进行说明，fg-xx发动机（装药批号2018-01-01~10）采用表2中实施例2装药。经x光检测，药柱无气孔、裂纹等缺陷，装药结构完整性好。常温（+20℃）抗拉强度2.79mpa；+20℃，9~21mpa下，通过φ118标准试验发动机测试，动态压强指数为0.1714。具体性能见表3

表3fg-xx发动机（装药批号2018-01-01~10）推进剂性能

参阅图2，+20℃，9-21mpa下，推进剂动态压强指数为0.1714，燃速与工作压强关系。

本发明通过键合剂（jhj）和补强剂（bqj）组合使用，采用新型高效压强指数调节剂，提高推进剂抗拉强度，降低高压强下压强指数，可适用于高过载、高压强工作状态火箭弹、导弹固体发动机装药（尤其是端燃包覆药柱）的需求。

本发明通过采用键合剂的组合使用，添加补强剂，提高推进剂抗拉强度，+20℃下，抗拉强度大于2.5mpa。通过压强指数调节剂使用，降低推进剂压强指数，+20℃，10~22mpa下，动态压强指数小于0.20。该推进剂可满足高过载固体发动机端燃包覆药柱装药需求。高压强下，推进剂压强指数低，燃烧稳定，可以满足高压强工作固体发动机装药需求。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。