一種室溫固化推進劑制造技術

本發明專利技術涉及一種室溫固化推進劑，包括如下質量百分比含量的組份：高氯酸銨AP：69～77％；鋁粉Al：10～18％；增塑劑DOS：1～5％；粘合劑HTPB與固化劑7～10％；固化催化劑：0.005％～0.05％；網絡調節劑：0.2％～2.0％，其中網絡調節劑為二官能度的醇類或胺類化合物，為N?異丙醇基?N?異丙醚基?苯胺、陰離子型丁羥膠或N、N?二羥基(二異丙基)苯胺HPA中的一種或組合；固化劑為多亞甲基多苯基多異氰酸酯PAPI、二苯甲烷二異氰酸酯MDI、苯二亞甲基二異氰酸酯XDI或甲苯二異氰酸酯TDI中的一種或組合，該推進劑實現了有效固體含量85％以上的推進劑在20～35℃時完成混合、澆注，固化7d以內推進劑達到固化點，同時常溫力學強度可以達到0.85MPa以上，伸長率大于35％。

【技術實現步驟摘要】
一種室溫固化推進劑
本專利技術涉及一種室溫固化推進劑，屬于復合固體發動機及復合固體推進劑領域。
技術介紹
固體推進劑是固體發動機的基本組成部分，其質量占發動機總質量的90％或以上。由于丁羥推進劑具有原材料易得、粘度低、工藝、力學性能和貯存性能好、價格低廉等優點，因此是世界各國大型助推器和導彈發動機主要采用的復合固體推進劑品種，如法國阿里安5型、日本繆-5、美國金牛座運載火箭發動機、中國大型戰略固體火箭發動機。同時由于固化劑異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)具有與端羥基聚丁二烯(HTPB)粘合劑相溶性好，固化成型后的力學性能和貯存性能優良，因此是丁羥推進劑理想的固化劑品種。目前，丁羥推進劑主要通過澆注于發動機中，在50℃及以上的溫度條件下，固化成形。然而隨著武器及航天事業的發展，對固體推進劑提出更高更特殊的要求，如低危險性高燃速、高強度高模量、高界面粘接性能和低成本等，采用這種固化工藝對這些要求的實現具有明顯的阻滯作用，急需開展室溫固化技術研究，主要體現在：(1)某些固體發動機在實現25mm/s及以上(6.86MPa)高燃速或超高燃速的目標時，需要推進劑的制造和儲存具有較高的安全性。但由于在50℃及以上的溫度條件時，氧化劑的分解速率較快，推進劑的制造具有較高的危險性，若采用室溫固化，將大大降低氧化劑的分解速率，保證推進劑制造過程中的安全性；(2)某些發動機如自由式裝填大藥柱，對推進劑提出了常溫強度大于3MPa的要求，采用50℃及以上的溫度固化成形后，移存于常溫條件下，由于熱應力的收縮作用，會使得推進劑彈性體網絡結構較容易出現微裂紋等缺陷，甚至是孔洞，這將大大破壞其承載能力，降低其力學強度，使其無法滿足力學指標要求，若采用室溫固化，由于不存在熱應力的收縮作用，將大大保證推進劑網絡結構的完整性，進而保證其力學強度；(3)某些固體導彈發動機如巡航導彈等提出了推進劑藥柱與絕熱層、殼體間具有高界面粘接性能的要求，同樣由于高溫固化后移存時的熱應力收縮，較容易使得界面產生微裂紋等缺陷，破壞界面的粘接強度；(4)由于武器和航天市場競爭日益激烈，降低制造成本成為固體推進劑的迫切要求之一。推進劑的費用一般占固體火箭發動機成本的近30％，在航天飛機固體助推器中推進劑的費用占約14％，而長時間的高溫固化需要花費較多的動力和能源，使其成本較高，國外在提高固體推進劑競爭能力方面曾致力于新工藝和新材料的研究開發和應用，將新工藝(例如推進劑室溫固化工藝)和新材料(例如固化催化劑)相結合，應用于固體推進劑的生產將可以有效降低推進劑的成本。美國空軍火箭推進實驗室的技術人員(文獻：AD869515，AD872870，AD876610，AD883867，AD880291，AD888195，USP4038113，USP4038114)于上世紀七十年代開始研究HTPB系統常溫固化催化劑，對可能用作聚氨酯推進劑常溫固化催化劑的大量化合物進行了篩選，這些化合物包括金屬螯合物、金屬鹽和烷基錫鹽。篩選試驗包括催化活性試驗、粘合劑固化試驗和催化劑固化試驗三種。研究發現使推進劑在常溫下固化并獲得較好的性能金屬化合物有乙酰丙酮鐵、乙酰丙酮銅、環烷酸鉛，以及二價、四價、八價錫化合物等，其中以Fe(AA)3最優。試驗發現使用催化劑Fe(AA)3濃度僅為0.001％，用八甲撐二異氰酸酯固化的推進劑可澆注時間只有30min，使用活性較低的甲苯二異氰酸酯固化的推進劑可澆注時間稍長，但也不足1h，而它們完全固化都要7～10d。可澆注時間即適用期一般要求為8h，這期間推進劑粘度不應超過5000Pa·s，以保證推進劑能澆注進發動機殼體內。這樣適用期與完全固化時間的平衡就成為了常溫固化推進劑的另一個問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的上述缺陷，提供一種室溫固化推進劑，通過對固體推進劑配方的合理選擇和優化設計，實現了有效固體含量85％以上的推進劑在20～35℃時完成混合、澆注，固化7d以內推進劑達到固化點，同時常溫力學強度可以達到0.85MPa以上，伸長率大于35％。本專利技術的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的：一種室溫固化推進劑，其特征在于：包括如下質量百分比含量的組份：高氯酸銨AP：69～77％；鋁粉Al：10～18％；增塑劑DOS：1～5％；粘合劑HTPB：5.8～9.0％；固化劑：0.4％～0.6％；固化催化劑：0.005％～0.05％網絡調節劑：0.2％～2.0％所述網絡調節劑為二官能度的醇類或胺類化合物，具體為N-異丙醇基-N-異丙醚基-苯胺、陰離子型丁羥膠或N、N-二羥基(二異丙基)苯胺HPA中的任意一種或任意兩種的組合；所述固化劑為多亞甲基多苯基多異氰酸酯PAPI、二苯甲烷二異氰酸酯MDI、苯二亞甲基二異氰酸酯XDI或甲苯二異氰酸酯TDI中的任意一種或任意兩種的組合。在上述室溫固化推進劑中，所述網絡調節劑為N、N-二羥基(二異丙基)苯胺HPA與陰離子型丁羥膠的組合，二者的質量比為0.5～1：1。在上述室溫固化推進劑中，所述陰離子型丁羥膠的分子量為800～2500。在上述室溫固化推進劑中，所述固化劑為二苯甲烷二異氰酸酯MDI與苯二亞甲基二異氰酸酯XDI的組合，二者的質量比為0.2～0.5：1。在上述室溫固化推進劑中，所述固化劑為多亞甲基多苯基多異氰酸酯PAPI與甲苯二異氰酸酯TDI的組合，二者的質量比為0.5～1.5：1。在上述室溫固化推進劑中，所述固化催化劑為三苯基鉍TPB、三-(乙氧基)苯基鉍TEPB、三苯基氯化錫TPC、二月桂酸二丁基錫DY-12或乙酰丙酮鐵Fe(AA)3中的任意一種或多種組合。在上述室溫固化推進劑中，所述固化催化劑為三苯基鉍TPB與三苯基氯化錫TPC的組合，二者的質量比為0.5～1.5：1。在上述室溫固化推進劑中，所述固化推進劑的固化溫度為20～35℃。在上述室溫固化推進劑中，所述固化推進劑藥漿5h粘度低于1300Pa·s，推進劑固化時間不大于7d，固體含量大于等于85％。本專利技術與現有技術相比具有如下有益效果：(1)、本專利技術通過大量試驗對固體推進劑的組成和配比進行了合理選擇和優化設計，制備得到的固體推進劑可以在室溫20～35℃完成固化，同時推進劑具有優異的力學性能。(2)、本專利技術采用高活性固化劑和高效固化催化劑聯用的方式，可以使固化催化劑的活性降低，同時減小固化催化劑活性過高而導致推進劑發生后固化現象，即一些副反應，改善其存儲性能；(3)、本專利技術采用高活性固化劑和高效固化催化劑聯用的方式，使得推進劑在20～35℃時5h內的粘度值低于1300Pa·s，能較好的完成推進劑澆注；(4)、本專利技術采用2官能度的醇類或胺類化合物作為網絡調節劑大大改善了推進劑的力學性能，尢其是伸長率，可以達到35％以上；(5)、本專利技術室溫固化推進劑代替高溫固化推進劑，減小了熱應力，克服了熱應力的收縮作用，保證了固體推進劑網絡結構的完整性，進而保證其力學強度；(6)、本專利技術室溫固化提高了推進劑制備的安全性，同時降低了成本。(7)、本專利技術實現了有效固體含量85％以上的推進劑在20～35℃時完成混合、澆注，固化7d以內推進劑達到固化點，推進劑藥漿能保持良好的流動流平性，其5h的粘度值低于1300Pa·s，同時推進劑常溫力學強度可以本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種室溫固化推進劑，其特征在于：包括如下質量百分比含量的組份：高氯酸銨AP：69～77％；鋁粉Al：10～18％；增塑劑DOS：1～5％；粘合劑HTPB：5.8～9.0％；固化劑：0.4％～0.6％；固化催化劑：0.005％～0.05％網絡調節劑：0.2％～2.0％所述網絡調節劑為二官能度的醇類或胺類化合物，具體為N?異丙醇基?N?異丙醚基?苯胺、陰離子型丁羥膠或N、N?二羥基(二異丙基)苯胺HPA中的任意一種或任意兩種的組合；所述固化劑為多亞甲基多苯基多異氰酸酯PAPI、二苯甲烷二異氰酸酯MDI、苯二亞甲基二異氰酸酯XDI或甲苯二異氰酸酯TDI中的任意一種或任意兩種的組合。

【技術特征摘要】
1.一種室溫固化推進劑，其特征在于：包括如下質量百分比含量的組份：高氯酸銨AP：69～77％；鋁粉Al：10～18％；增塑劑DOS：1～5％；粘合劑HTPB：5.8～9.0％；固化劑：0.4％～0.6％；固化催化劑：0.005％～0.05％網絡調節劑：0.2％～2.0％所述網絡調節劑為二官能度的醇類或胺類化合物，具體為N-異丙醇基-N-異丙醚基-苯胺、陰離子型丁羥膠或N、N-二羥基(二異丙基)苯胺HPA中的任意一種或任意兩種的組合；所述固化劑為多亞甲基多苯基多異氰酸酯PAPI、二苯甲烷二異氰酸酯MDI、苯二亞甲基二異氰酸酯XDI或甲苯二異氰酸酯TDI中的任意一種或任意兩種的組合。2.根據權利要求1所述的一種室溫固化推進劑，其特征在于：所述網絡調節劑為N、N-二羥基(二異丙基)苯胺HPA與陰離子型丁羥膠的組合，二者的質量比為0.5～1：1。3.根據權利要求1或2所述的一種室溫固化推進劑，其特征在于：所述陰離子型丁羥膠的分子量為800～2500。4.根據權利要求1所述的一種室溫固化推進劑...

【專利技術屬性】
技術研發人員：涂善，劉學，胡期偉，郭瀅瀧，毛羽，丁溫霞，李爽，袁慶，賈方娜，王愛梅，
申請(專利權)人：湖北航天化學技術研究所，
類型：發明
國別省市：湖北,42