一种环保型、耐挤压的固体推进剂及其制备方法与流程

本发明涉及固体推进剂，具体公开了一种环保型、耐挤压的固体推进剂及其制备方法。

背景技术：

1、固体推进剂是火箭发动机的重要组成部分，主要分为氧化剂，还原剂和粘合剂三大部分。传统固体推进剂通常含有大量危险化学品，特别是高能氧化剂和还原剂。这些化学品在生产、储存和使用过程中存在较高的安全风险。此外，传统推进剂的生产工艺复杂、成本高，且燃烧后会产生对环境和人体有害的气体。同时，为了适应战略、战术武器的应用发展和越来越复杂的飞行环境，对固体推进剂的研究也越来越多。

2、公开号为cn110950728a的发明专利公开了一种可变形固体推进剂及其制备方法，由以下原料制备而成：氧化剂、还原剂、形状记忆粘合剂、增塑剂；所述氧化剂为高氯酸铵、二硝酰氨铵；还原剂为纳米铝粉、镁粉；增塑剂为乙酰柠檬酸三乙酯；形状记忆粘合剂为环氧基体、固化剂、催化剂以及含能添加剂；其中环氧基体为双酚a环氧树脂，固化剂为三聚硫氰酸，催化剂为2-甲基咪唑，含能添加剂为聚乙二醇，还包括：醇胺络合物、铝酸酯偶联剂、n,n-二苯基对苯二胺、炭黑、卡托辛；该发明使用形状记忆聚合物作为固体推进剂的粘合剂，在不影响粘合剂性能的同时，赋予推进剂在一定程度上变形的能力，从而实现燃面形状的改变，从而改变发动机的性能，更好地适应飞行环境。

3、然而该固体推进剂的储存稳定性差，容易吸潮变质，影响其性能。同时随着固体推进剂向高能化方向发展，为增加固体燃料的能量，现有技术还常在固体燃料中加入高能颗粒，如金属铝、镁以及硼等，但直接加入金属颗粒做还原剂又会出现颗粒烧结、燃烧不完全等负面作用，影响燃烧效率。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明公开了一种环保型、耐挤压的固体推进剂及其制备方法。本发明提供的固体推进剂成分安全、工艺简单、燃烧热高、耐挤压力学性能好且环保，在航天和军工领域应用前景好。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明一方面提供了一种环保型、耐挤压的固体推进剂，以质量百分比100％计，所述固体推进剂包含以下原料：50～65％氧化剂、10～15％还原剂、15～19％粘合剂组合物和余量的添加剂。

4、在本发明的一些实施方案中，所述氧化剂为五氨基四唑硝酸盐、肼硝酸盐、二氧化噻嗪中的至少一种。

5、优选地，所述氧化剂为二氧化噻嗪。

6、在本发明的一些实施方案中，所述还原剂为炭黑和金属燃料的混合。

7、优选地，所述炭黑和金属燃料的质量比为(0.2～0.5)：1。

8、进一步优选地，所述炭黑和金属燃料的质量比为0.35：1。

9、优选地，所述金属燃料为铝粉、镁粉、硼粉中的一种或两种以上的混合物。

10、进一步优选地，所述金属燃料为镁粉。

11、在本发明的一些实施方案中，所述粘合剂组合物包含粘合剂和增塑剂。

12、优选地，所述粘合剂和增塑剂的质量比为1：(1.5～2)。

13、进一步优选地，所述粘合剂和增塑剂的质量比为1：1.7。

14、在本发明的一些实施方案中，所述增塑剂的制备步骤如下：

15、将2-乙基己醇和癸二酸混合，升温至160～165℃，加入催化剂，继续升温至200～220℃，反应至体系酸值≤0.20mg koh/g时，经脱醇、冷却、中和和减压蒸馏，转移至含端羟基聚丁二烯的反应器中混合，通入惰性气氛，升温至20～40℃，搅拌1～1.5h，经减压蒸馏，即得所述增塑剂。

16、在本发明的一些实施方案中，所述2-乙基己醇、癸二酸和端羟基聚丁二烯的质量比为(2～2.4)：(1～1.2)：1。

17、优选地，所述2-乙基己醇、癸二酸和端羟基聚丁二烯的质量比为2.2：1.1：1。

18、优选地，所述端羟基聚丁二烯为不同数均分子量的端羟基聚丁二烯混合物。

19、优选地，所述端羟基聚丁二烯为数均分子量900～1100的端羟基聚丁二烯和数均分子量1500～1700的端羟基聚丁二烯混合。

20、进一步优选地，所述端羟基聚丁二烯为数均分子量1000的端羟基聚丁二烯和数均分子量1600的端羟基聚丁二烯的混合。

21、本发明通过合成癸二酸二辛酯再加入端羟基聚丁二烯进行改性得到增塑剂，反应过程中部分羧基和羟基发生酯化反应，实现了大分子增塑剂和小分子增塑剂的优势互补，可能的原因是增塑剂一方面通过降低分子链的结晶度，另一方面通过插入分子链间削弱分子链间的范德华力，增加移动性，共同保证了增塑剂增塑效用的发挥，有利于提高固体推进剂的力学性能及工艺性能，同时降低固体推进剂的熔融温度，还使固体推进剂具有较佳的可重复加工性。

22、在本发明的一些实施方案中，所述粘合剂的制备步骤如下：

23、将双酚a型环氧树脂和聚乙二醇混合，加入三聚硫氰酸和2-甲基咪唑，升温至45～55℃，反应6～10h，即得所述粘合剂。

24、在本发明的一些实施方案中，所述双酚a型环氧树脂和聚乙二醇的质量比为1：(0.5～0.8)。

25、优选地，所述双酚a型环氧树脂和聚乙二醇的质量比为1：0.65。

26、现有技术中，常用粘合剂构建的固体推进剂各组分间的网络结构并不完善，主要表现为还原剂与其它组分间脱黏，这在一定程度上影响了固体推进剂的稳定性，本发明通过对常用粘合剂进一步改性，环氧基团和刚性结构咪唑基的引入一方面通过增加粘合剂形成的网络密度，减少固体推进剂内部的裂纹和孔隙；另一方面通过增加固体推进剂的模量和强度减少蠕变损伤，在与增塑剂的协同下，使其保有一定的形变恢复能力，增加稳定性。

27、在本发明的一些实施方案中，所述添加剂包含固化剂、偶联剂和阻燃剂。

28、优选地，所述固化剂、偶联剂和阻燃剂的质量比为1：(1～3)：(1～1.5)。

29、本发明另一方面还提供了一种环保型、耐挤压的固体推进剂的制备方法，包含以下步骤：

30、将氧化剂、还原剂和添加剂加入到预先升温至80～100℃的粘合剂组合物中，保温搅拌1～2h，再转移至模具中室温静置成型，即得所述环保型、耐挤压的固体推进剂。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

32、(1)本发明制备的环保型、耐挤压的固体推进剂包含氧化剂、还原剂、粘合剂组合物和余量的添加剂，并且通过对固体推进剂中各组分及含量进行的优化设计，使得固体推进剂具有更加优异的耐挤压力学性能，同时该固体推进剂成分安全、工艺简单、燃烧热高且环保，综合性能优异，在航天和军工领域应用前景好。

33、(2)本发明通过对现有增塑剂进行改性，实现了大分子增塑剂和小分子增塑剂的优势互补，有利于提高固体推进剂的力学及工艺性能，降低固体推进剂的熔融温度，具有优异的机械性能和可重复加工的性能。

34、(3)本发明通过对常用粘合剂进一步改性，环氧基团和刚性结构咪唑基的引入一方面通过增加粘合剂形成的网络密度，减少固体推进剂内部的裂纹和孔隙，另一方面通过增加固体推进剂的模量和强度减少蠕变损伤，在与增塑剂的协同下，使其保有一定的形变恢复能力，增加耐挤压稳定性。