一种固体燃料药柱浆料及其制备方法、打印方法与流程

本发明涉及一种固体燃料及其制备和打印，具体来说为一种固体燃料药柱浆料及其制备方法、打印方法。

背景技术：

传统的固体燃料通过浇注的方法来实现，工艺复杂，难以加工形状复杂的产品，加工精度不高后续还需要人工雕刻，增加了人力物力以及危险性。

增材制造技术根据材料累加理论、计算机控制进而实现三维模型的分层加工、叠加成型，是自动、快速、直接、精确的数字化制造过程。未来固体燃料发展趋势促使推进单元向多样、异形、精巧的方向发展，而传统的制造方法复杂、危险，增材制造技术为多层、异形、微型固体燃料药柱的制造提供了一种新的思路。鉴于固体燃料药柱物料的特殊性、工艺适用性及安全性，它不能在高温条件下加工，熔融沉积成型等需在高温条件下实现固体燃料的3d打印，如果考虑利用紫外光固化的方法，原料体系透光性差、流动性差、分散不均匀严重影响打印效果。

喷印技术是一种无接触、无压力且不需掩膜的数字化成像技术，它可以把设计的图像信息通过打印机印刷到基材上。该技术不仅节省了耗材、缩短了印刷时间，还可在任意基材上进行图案化刻制，不受承印物形状和尺寸的限制，由于该技术的诸多优势，使得喷印工艺在各领域得到飞速的发展。对于固体燃料药柱浆料，如果利用喷印技术进行快速打印，多次均匀喷印点构造线条，并由线及面，成型后进行加热固化，可以实现在固体燃料中的定制化应用。因此，研发药柱浆料以及药柱浆料的打印方法对于喷印技术及固体燃料的增材制造新技术的推广和使用有着极大的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术所存在的不足，提供一种固体燃料药柱浆料及其制备方法、打印方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种固体燃料药柱浆料，由30-65％氧化剂、0-15％金属粉及余量助剂组成，所述氧化剂为高氯酸铵，粒径为0-60μm，所述金属粉末为铝粉或镁粉，粒径为0-30μm。

其中的助剂，按重量百分比，由5-35％的溶剂、25-75％的黏结剂、5-10％的固化剂、0.2-5％的分散剂，及余量的触变剂组成。

所述溶剂为多元醇类和/或醚类溶剂，优选戊二醇、丙三醇、异丙醇、松油醇、二乙二醇丁醚、二乙二醇己醚中的至少一种，用于改善固液组分间的界面作用，降低浆料黏度及屈服值

所述黏结剂至少为聚乙二醇、聚己酸内酯、聚乙烯醇、聚乙酸乙酯、乙酸乙酯纤维素中的一种，作用为粘粘浆料中不同相，在固化剂作用下交联形成网状结构，将燃料主体部分包覆其中，保证力学性能。

所述固化剂为三乙醇胺、甲苯二异氰酸酯、异氟尔酮二异氰酸酯、二聚脂肪酸二异氰酸酯中的至少一种，保证固体燃料浆料快速固化成型。

所述分散剂为油酸、硬脂酸、羧甲基纤维素、乙基纤维素、十二烷基苯磺酸钠、吐温80、op-10中的至少一种，作用为减少固体粉末的团聚，使其分散均匀，改善固体燃料以保证各部分燃料性能稳定。

所述触变剂为聚酰胺类和氢化蓖麻油类的至少一种，作用为保证高固含量的浆料悬浮稳定。

所述固体燃料药柱浆料制备方法为：

a.按照溶剂5-35％、黏结剂25-75％、固化剂5-10％、分散剂0.2-5％以及余量的触变剂的重量百分比，分别称取并将溶剂、黏结剂、固化剂、分散剂以及余量的触变剂在容器中加热至60-100℃，磁力搅拌至固体完全溶解，再冷却至室温，室温条件下静置3h-6h，得到助剂；

b.分别称取相应比例的氧化剂与金属粉，然后与步骤a中静置后的助剂混合，并使用行星式搅拌机在真空条件下搅拌15-25min，得到所述药柱浆料。

所述固体燃料药柱浆料打印方法为：

a.将制备好的固体燃料浆料注入储料槽；

b.加压使浆料均匀通过输料槽进入喷射阀体内；

c.通过压电陶瓷控制撞针撞击浆料，使喷嘴快速喷出均匀的固体燃料浆料。

在喷射过程中，多次快速均匀喷射点，点连成线，线堆叠成面，在喷射过程中，由于助剂各组分的相互配合，可在喷嘴直径小于1mm时，喷射成型而不坍塌且过程流畅不堵头，固化后得到所需固体燃料药柱。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明提供了一种固体燃料浆料的制备及打印方法，由于助剂各组分间的协调配合，尤其溶剂及粘结剂改善了界面作用，浆料能够在喷嘴直径小于0.1mm时也能喷射成型不坍塌且不堵头，打印精度高，浆料3d打印过程是在常温下进行，创造性地实现了药柱的精确定制化高固含量3d打印，突破了传统增材制造技术在固体燃料加工领域应用的局限。

(2)本发明制备的固体燃料浆料存在球形小颗粒金属粉和相对大颗粒的氧化剂粉末，在浆料受力滑动时，小颗粒起着“滚珠轴承”的作用，对大颗粒氧化剂有一定的润滑作用，增加浆料的流变性能，从而喷射的点均匀饱满、堆叠成的线条光滑流畅，从而能够精确打印出所需形状，除此之外，大小颗粒配合使固化后的产品致密度较高。

(3)本发明打印的固体燃料药柱致密且可精确控制药柱形状，一次性自动化打印成型，避免了传统工艺制品所需的大量人工雕刻工艺，提高了生产效率及安全性。

附图说明

图1固体燃料浆料喷射原理示意图

图中，1、压电陶瓷；2、活塞；3、撞针；4、喷射阀；5、输料槽；6、储料槽。

图2实施例1喷射点体式显微图像(50倍)；

图3实施例2喷射点体式显微图像(50倍)；

图4实施例3喷射点体式显微图像(50倍)；

具体实施方式

实施例1：

本发明所提供的是一种固体燃料浆料，是由质量占比45％的氧化剂和10％的金属粉及45％的助剂组成。所述助剂由质量占比25％的溶剂、60％的黏结剂、7％的固化剂、3％的分散剂和4％的触变剂组成。所述氧化剂为高氯酸铵、金属粉为镁粉、溶剂为戊二醇、黏结剂为聚乙二醇、固化剂为三乙醇胺、分散剂为油酸和乙基纤维素(二者质量比1∶1加入)、触变剂为cvs和fbs(二者质量比3∶1加入)。

按比例分别称取助剂各成分，在烧杯中加热至80℃搅拌至完全溶解，冷却至室温并在室温下静置6h，再称取相应比例的氧化剂与金属粉，然后与助剂混合，先手工搅拌至没有明显干粉的程度，然后使用行星式搅拌机在真空条件下搅拌15-25min，得到所述固体燃料浆料。

使用喷印机对固体燃料浆料进行打印。

实施例2：

本发明所提供的是一种固体燃料浆料，是由质量占比55％的氧化剂和10％的金属粉及35％的助剂组成。所述助剂由质量占比25％的溶剂、60％的黏结剂、7％的固化剂、3％的分散剂和4％的触变剂组成。所述氧化剂为高氯酸铵、金属粉为镁粉、溶剂为戊二醇、黏结剂为聚乙二醇、固化剂为三乙醇胺、分散剂为油酸和乙基纤维素(二者质量比1∶1加入)、触变剂为cvs和ebs(二者质量比3∶1加入)。

按比例分别称取助剂各成分，在烧杯中加热至80℃搅拌至完全溶解，冷却至室温并在室温下静置6h，再称取相应比例的氧化剂与金属粉，然后与助剂混合，先手工搅拌至没有明显干粉的程度，然后使用行星式搅拌机在真空条件下搅拌15-25min，得到所述固体燃料浆料。

使用喷印机对固体燃料浆料进行打印。

实施例3：

本发明所提供的是一种固体燃料浆料，是由质量占比65％的氧化剂和10％的金属粉及25％的助剂组成。所述助剂由质量占比25％的溶剂、60％的黏结剂、7％的固化剂、3％的分散剂和4％的触变剂组成。所述氧化剂为高氯酸铵、金属粉为镁粉、溶剂为戊二醇、黏结剂为聚乙二醇、固化剂为三乙醇胺、分散剂为油酸和乙基纤维素(二者质量比1∶1加入)、触变剂为cvs和ebs(二者质量比3∶1加入)。

按比例分别称取助剂各成分，在烧杯中加热至80℃搅拌至完全溶解，冷却至室温并在室温下静置6h，再称取相应比例的氧化剂与金属粉，然后与助剂混合，先手工搅拌至没有明显干粉的程度，然后使用行星式搅拌机在真空条件下搅拌15-25min，得到所述固体燃料浆料。

使用喷印机对固体燃料浆料进行打印。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。