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一种复合固体推进剂及其制备方法与流程

作者:瑞升宝平台 日期:2020-07-31 08:27 人气:

  复合固体推进剂经历了聚硫推进剂、丁羧(CTPB)推进剂、丁羟(HTPB)推进剂和NEPE推进剂的发展过程,其不同的发展阶段均以其所用液体高分子橡胶不同而划分。目前复合固体推进剂均是采用固化剂如硫磺、氮丙啶、异氰酸酯与所用液体橡胶通过化学反应交联固化成型。在固化成型前,复合推进剂是浓稠药浆,具有一定流动性,可以通过真空方式浇灌到不同尺寸、形状的发动机中,然后固化成密实的固体药柱。固化一般采用50~70℃,固化6~9天。该工艺可以做出尺寸很大(直径可达3m的产品)形状复杂的药柱产品。同时成型产品表现出良好的弹性,对机械冲击、振动和温度冲击均表现出优良的适应性。但是也有缺点,一是为了保证药柱密实而不产生气孔,浇灌工艺过程中药浆流动性非常重要,对原材料质量要求高,要求液体橡胶分子量、粘度适中;固体颗粒尽可能是圆球形。同时固化反应速度要适中。因而很多新型固体含能材料很难直接用上,需要进行晶体形貌和球形化研究工作,开发成本高,从合成出样品到工程应用时间往往长达5~10年。二是配方中的固体成份的含量难以进一步提高,一般只有88%左右,配方的能量密度受限。三是工艺时间长、成本高。生产过程包括混合、真空浇注、固化、整形等过程,其中固化耗时最长,一般固化温度在50℃~70℃,固化时间长达6~9天,能耗高,经济性一般。

  硝酸酯增塑的双基推进剂,采用螺杆挤压成型工艺和浇铸成型生产工艺,生产成本低于复合固体推进剂,适合大批量生产,但配方固体组份含量低,能量较低,比冲一般在220s,低于一般复合推进剂245s近11%。

  而在军、民推进领域,很多产品如各类火箭弹、火炮增程药柱、弹射气源装置、姿态控制发动机和油田用挤压产气药,产品尺寸较小、用量大,性能要求适中,对成本要求高。因而需要一种性能适中、成本低,适宜大批量生产的推进剂品种来满足这一类应用的需求。

  针对现有技术中存在的问题,本发明提供了一种复合固体推进剂及其制备方法,该复合固体推进剂配方能够实现压装成型,大幅度缩短了复合固体推进剂的生产周期,实现大批量生产,降低了推进剂的生产成本,更好的满足军、民用推进剂领域的实际需求。

  固体胶粘剂2~15%、工艺助剂0~8%、氧化剂55~80%及金属燃料粉2~22%,其中,所述固体胶粘剂为固体橡胶、纤维素或树脂中的一种或一种以上组合,所述工艺助剂包括石蜡或液体增塑剂中的一种或一种以上组合。

  在一可选实施例中,所述固体胶粘剂为顺丁橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶、醋酸纤维素、硝化纤维素、聚胺酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙酸乙烯酯中的一种或一种以上组合。

  在一可选实施例中,所述石蜡为碳原子数为22~45的馏分蜡或裂解蜡中的至少一种。

  在一可选实施例中,所述液体增塑剂为甘油酯、癸二酸酯或邻苯二酸酯中的一种或一种以上组合。

  在一可选实施例中,所述氧化剂为高氯酸铵、高氯酸钾或硝酸铵中的一种或一种以上组合。

  固体胶粘剂2~15%、工艺助剂0~8%、氧化剂55~80%及金属燃料粉2~22%,其中,所述固体胶粘剂为固体橡胶、纤维素或树脂中的一种或一种以上组合,所述工艺助剂包括石蜡或液体增塑剂中的一种或一种以上组合;

  步骤(2),将称取的固体胶粘剂溶解在第一溶剂中制成溶液A,若原料中含有固体工艺助剂,则将固体工艺助剂溶解在第二溶剂中制成溶液B;

  步骤(3),在搅拌下,用液态工艺助剂、溶液B和/或部分溶液A将称取的氧化剂完全润湿;

  步骤(4),向步骤(3)中的混合物中加入剩余的原料及溶液A,搅拌混合,得到料团;

  在一可选实施例中,所述溶液A的质量浓度为10~45%;所述溶液B的质量浓度为15%~50%。

  将所述料团制成颗粒状物料,去除所述颗粒状物料中的第一溶剂和第二溶剂,得到干燥物料。

  (1)本发明实施例提供的复合固体推进剂,通过采用固体胶粘剂,并在制备过程中对氧化剂进行钝化处理,大大降低了配方体系对摩擦、撞击等能量刺激的敏感程度,使原料可以通过压装成型,大大缩短了推进剂的生产周期(可低至1天),实现大批量生产,降低了推进剂的生产成本,更好的满足军、民用推进剂领域的实际需求;

  (2)本发明实施例提供的复合固体推进剂获得更高的能量密度,同时对所用固体原材料的质量,特别是形貌要求不高,既有利于促进新物质在推进剂配方中的应用,又有效降低了推进剂原料成本。

  固体胶粘剂2~15%、工艺助剂0~8%、氧化剂55~80%及金属燃料粉2~22%,其中,所述固体胶粘剂为固体橡胶、纤维素或树脂中的一种或一种以上组合,所述工艺助剂包括石蜡或液体增塑剂中的一种或一种以上组合。

  本发明实施例提供的复合固体推进剂,通过采用固体胶粘剂,并在制备过程中对氧化剂进行钝化处理,大大降低了配方体系对摩擦、撞击等能量刺激的敏感程度,使原料可以通过压装成型,大大缩短了推进剂的生产周期,实现大批量生产,降低了推进剂的生产成本,更好的满足军、民用推进剂领域的实际需求;

  本发明实施例提供的复合固体推进剂获得更高的能量密度,同时对所用固体原材料的质量,特别是形貌要求不高,既有利于促进新物质在推进剂配方中的应用,又有效降低了推进剂原料成本。

  进一步地,本发明实施例中,所述复合固体推进剂还包含质量百分比含量为3-15%的调节助剂,所述调节助剂如三氧化二铁、三聚氰胺及碳黑等调节推进剂燃速或其他性能的助剂。

  具体地,所述固体胶粘剂为可以用溶剂溶胀、溶解成胶液或溶液的固体橡胶、纤维素或树脂,其中,所述溶剂不溶解氧化剂和金属燃料;所述固体胶粘剂优选顺丁橡胶、三元乙丙橡胶、氟橡胶、醋酸纤维素、硝化纤维素、聚胺酯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙酸乙烯酯中的一种或一种以上组合。

  具体地,所述石蜡为碳原子数为22~45的馏分蜡或裂解蜡中的一种或两种组合。

  具体地,所述液体增塑剂优选甘油酯、癸二酸酯或邻苯二酸酯中的一种或一种以上组合。

  固体胶粘剂2~15%、工艺助剂0~8%、氧化剂55~80%及金属燃料粉2~22%,其中,所述固体胶粘剂为固体橡胶、纤维素或树脂中的一种或一种以上组合,所述工艺助剂包括石蜡或液体增塑剂中的一种或一种以上组合;

  具体地,本发明实施例采用上述实施例提供的配方,关于配方中各组分及组分含量的描述详见上述实施例,在此不再赘述;

  步骤(2),将称取的固体胶粘剂溶解在第一溶剂中制成溶液A,若原料中含有固体工艺助剂,则将固体工艺助剂溶解在第二溶剂中制成溶液B;本发明实施例中,溶液A的质量浓度优选10~45%;溶液B的质量浓度优选15~50%。

  本发明实施例中,所述的第一溶剂和第二溶剂可以相同也可以不同,第一溶剂和第二溶剂不溶解氧化剂和金属燃料,优选可挥发溶剂;

  步骤(3),在搅拌下,用液态工艺助剂、溶液B和/或部分溶液A将称取的氧化剂完全润湿;

  当原料中含有工艺助剂时,若工艺助剂为液体,则用液体工艺助剂浸润氧化剂,若工艺助剂为固体,用溶液B浸润氧化剂,若工艺助剂既包含液体又包含固体,则用液体工艺助剂和溶液B浸润氧化剂;当液体工艺助剂和/或溶液B的量不足以完全浸润氧化剂时,采用部分溶液A,与液体工艺助剂和/或溶液B一同浸润氧化剂,溶液A的用量以与工艺助剂配合能刚好完全浸润氧化剂为宜;当原料中不含有工艺助剂时,采用部分溶液A浸润氧化剂,溶液A的用量以能刚好完全浸润氧化剂为宜;

  步骤(4),向步骤(3)中的混合物中加入剩余的原料及溶液A,搅拌混合,得到料团;

  具体地,本发明实施例中,为便于去除溶剂,将所述料团制成颗粒状物料,通过晾晒或加热等方法去除所述颗粒状物料中的第一溶剂和第二溶剂,得到干燥物料;本发明实施例中,所述颗粒状物料的粒径为1~2mm,该粒径的物料既有利于溶剂的挥发,又能确保后续压制工艺得到密度较高的推进剂产品;

  本发明实施例中,压制时,比压为100-300MPa,压制过程可以采用升高温度、抽真空等措施提高压制效率和药柱压实密度。

  步骤(2):将原料中的2603氟橡胶用乙酸乙酯进行溶胀制成质量浓度为15%左右的胶液A;

  步骤(3):按照表2的混合工艺将胶液A及其他原料加入VKM-100立式混合机中合均匀,得到泥状药团;

  步骤(4):通过造粒设备将步骤(3)中得到的泥状药团,制成粒径为1~2mm药粒,晾晒药粒去除乙酸乙酯,得到干燥药粉;

  步骤(5):将干燥药粉放入模具中,在比压180MPa~260MPa的条件下,将药粉压制成Ф50mm×50mm的实心药柱产品。

  步骤(2):将原料中的顺丁橡胶用120#溶剂油进行溶解制成浓度为20%的胶液A,将原料中的66#精炼石蜡用120#溶剂油进行溶解制成浓度为30%的胶液B;

  步骤(3):按照表5的混合工艺将胶液A、胶液B及其他原料加入VKM-25立式混合机中混合均匀,得到泥状药团;

  步骤(4):通过造粒设备将步骤(3)中得到的泥状药团,制成粒径为1~2mm药粒,晾晒药粒去除120#溶剂,得到干燥药粉;

  步骤(5):将干燥药粉放入模具中,在比压120MPa~200MPa、保温温度50℃,抽线kPa以下,将药粉压制成Ф86mm×40mm的药柱产品。

  步骤(2):将原料中的醋酸纤维素用丙酮制成质量浓度为45%左右的胶液A;

  步骤(3):按照表8的混合工艺将胶液A及其他原料加入VKM-100立式混合机中混合均匀,得到泥状药团;

  步骤(4):通过造粒设备将步骤(3)中得到的泥状药团,制成粒径为1~2mm药粒,晾晒药粒去除丙酮,得到干燥药粉;

  步骤(5):将干燥药粉放入模具中,在比压120MPa~180MPa的条件下,将药粉压制成Ф56mm×45mm的药柱产品。

  步骤(2):将原料中的聚甲基丙烯酸甲酯用用乙酸乙酯进行溶解制成质量浓度为25%左右的胶液A;将原料中的66#精炼石蜡用120#溶剂油进行溶解制成浓度为25%的胶液B;

  步骤(3):按照表11的混合工艺将胶液B及其他原料加入到VKM-100立式混合机中混合均匀,得到泥状药团;

  步骤(4):通过造粒设备将步骤(3)中得到的泥状药团,制成粒径为1~2mm药粒,晾晒药粒去除乙酸乙酯和120#溶剂油,得到干燥药粉;

  步骤(5):将干燥药粉放入模具中,在比压110MPa~150MPa的条件下,将药粉压制成Ф66mm×55mm的药柱产品。

  步骤(2):将原料中的聚乙酸乙烯酯用乙酸乙酯进行溶解制成质量浓度为25%左右的胶液A;将原料中的66#精炼石蜡用120#溶剂油进行溶解制成浓度为20%的胶液B;

  步骤(3):按照表14的混合工艺将胶液及其他原料加入VKM-25立式混合机中混合均匀,得到泥状药团;

  步骤(4):通过造粒设备将步骤(3)中得到的泥状药团,制成粒径为1~2mm药粒,晾晒药粒去除乙酸乙酯和120#溶剂油,得到干燥药粉;

  步骤(5):将干燥药粉放入模具中,在比压100MPa~130MPa的条件下,将药粉压制成Ф50mm×50mm的药柱产品。

  以上所述,仅为本发明最佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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