[发明专利]一种硼基固体燃料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硼基固体燃料，尤其涉及一种硼基固体燃料及其制备方法。

背景技术

现有的硼基固体燃料，由于硼自身燃烧过程中产生氧化膜抑制反应，因此燃尽率低，燃烧放热量低。

本发明在上述背景下，为了克服上述硼基固体燃料燃烧过程中的不利因素，提出一种新型的硼基固体燃料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种硼基固体燃料及其制备方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种硼基固体燃料，包括作为可燃剂的无定形硼粉；该硼基固体燃料还包括以下各组分：氧化剂：高氯酸氨；粘合剂：端羟基聚丁二烯；添加剂：二水草酸；固化剂：二苯基甲烷二异氰酸酯；可燃剂、氧化剂、粘合剂、添加剂、固化剂的重量配比为38∶28∶23∶5∶6 。

本发明中，所述可燃剂、氧化剂、粘合剂、添加剂、固化剂的纯度均为99.9% 。

本发明还进一步提供了一种制备前述硼基固体燃料的方法，包括以下步骤：

（1）端羟基聚丁二烯型预聚物的合成

首先将端羟基聚丁二烯在100℃、真空下脱水3小时，将二苯基甲烷二异氰酸酯快速加热熔化后减压过滤；然后将该两种原料按所述比例加入反应器中，于氮气保护下，在50℃的油浴中搅拌反应1小时，得到端羟基聚丁二烯型预聚物；

（2）湿固化固体燃料的制备

向步骤（1）中合成的端羟基聚丁二烯型预聚物中按所述比例加入可燃剂、氧化剂和添加剂，混合均匀后放入80℃烘箱中恒温约8小时，取出室温放置48小时，得到硼基固体燃料。

相对于现有技术而言，本发明的有益效果是：

1、本发明使用草酸作为添加剂，破坏燃烧过程产生的氧化膜，促进燃烧，提高燃尽率。

2、添加剂在燃烧过程中可以产生热量，相对于金属氧化物添加剂具有更高的能量密度。

3、所使用的原料均为市售产品，廉价易于取得。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细表述。

硼基固体燃料，包括作为可燃剂无定形硼粉、氧化剂高氯酸氨、粘合剂端羟基聚丁二烯、添加剂二水草酸和固化剂二苯基甲烷二异氰酸酯。可燃剂、氧化剂、粘合剂、添加剂、固化剂的重量配比为38∶28∶23∶5∶6 。可燃剂、氧化剂、粘合剂、添加剂、固化剂的纯度均为99.9% 。

制备硼基固体燃料的方法，包括以下步骤：

（1）端羟基聚丁二烯型预聚物的合成

首先将端羟基聚丁二烯在100℃、真空下脱水3小时，将二苯基甲烷二异氰酸酯快速加热熔化后减压过滤；然后将该两种原料按所述比例加入反应器中，于氮气保护下，在50℃的油浴中搅拌反应1小时，得到端羟基聚丁二烯型预聚物；

（2）湿固化固体燃料的制备

向步骤（1）中合成的端羟基聚丁二烯型预聚物中按所述比例加入可燃剂、氧化剂和添加剂，混合均匀后放入80℃烘箱中恒温约8小时，取出室温放置48小时，得到硼基固体燃料。

工作原理：

硼和氧体系燃烧时产生大量的氧化硼转变为覆盖在硼颗粒表面的氧化膜，会阻碍硼的燃烧。草酸受热分解并形成强酸溶液，融解硼颗粒表面的氧化硼。氧化硼和草酸形成共溶液体，随着温度进一步上升，液态的熔融物开始沸腾，并且分解产生二氧化碳和水汽，使液体表面大量气泡析出。最终剧烈的瀑沸过程通过使硼颗粒表面氧化膜产生大量孔洞，破坏氧化硼的包裹，形成破碎表面。从而使氧气可与氧化膜下的硼颗粒直接接触，促进燃烧反应。

根据氧弹量热试验：硼燃料未加入草酸添加剂的发热量为28421J/g；加入草酸添加剂后硼燃料的发热量为36786J/g，燃尽率和放热量明显提升约29.4%。