[发明专利]一种低燃速高能高力学性能复合固体推进剂

说明书

本发明涉及一种低燃速高能高力学性能复合固体推进剂，包含以下重量份的组分：粘合剂：6~7；增塑剂：17~19；氧化剂：10~15；含能炸药：42~47；金属燃料：15~18；固化剂：0.15~0.25；固化催化剂：0.05；安定剂：0.3；键合剂：0.2。本发明6.86MPa下最低燃速可达到7mm/s，实测标准比冲稳定大于255s，解决高能推进剂燃速进一步降低、推进剂能量大幅降低的技术难题，实现目前武器型号用推进剂高能量、更低燃速和高力学性能的技术要求。

技术领域

本发明涉及一种硝酸酯增塑的聚醚聚酯复合固体推进剂(缩写为NEPE)。

背景技术

导弹武器系统的远射程、大载荷、强突防、小型高机动性发展趋势，不断要求发动机燃烧室采用的固体推进剂具有高能量、尽可能低的燃速、更高的力学性能。其中高能量与低燃速是一对尖锐的矛盾冲突，因为能量性能的稳定发挥是要求推进剂达到一定的燃速条件下才能实现。当推进剂燃速低于某一下限值时，该下限值对高能NEPE推进剂而言通常是8mm/s～9mm/s，采用目前的降速剂手段进一步降低燃速，推进剂能量性能急剧下降。而粘合剂作为推进剂的重要组分和弹性基体，它对推进剂能量性能、力学性能以及燃烧性能三项关键性能均具有重要影响。

目前，用于武器装备的高能NEPE推进剂主要有两类，一类是以端羟基环氧乙烷均聚醚(缩写为PEG)为粘合剂的硝酸酯增塑推进剂(I)，一类是以端羟基环氧乙烷四氢呋喃(缩写为PET)为粘合剂的硝酸酯增塑推进剂(II)。

NEPE推进剂(I)氧化剂为高氯酸铵(缩写为AP)和奥克托金(缩写为HMX)或黑索今(缩写为RDX)，燃料为铝粉Al，采用大剂量硝化甘油(缩写为NG)、丁三醇三硝酸酯(缩写为BTTN)混合物作增塑剂，增塑比2.5～3.0，PEG为粘合剂，其中PEG官能度f＝2，数均分子量为6000～12000，采用多官能度异氰酸酯N-100固化。这类推进剂的特色是高能量高力学性能，力学性能常温强度为0.8～1.2MPa，常温伸长率为85～120％，6.86MPa下静态燃速大于8mm/s时，推进剂实测标准比冲可稳定在～255s，当要求推进剂6.86MPa下静态燃速小于8mm/s时，配方中必须使用影响能量的添加降速剂手段，推进剂实测标准比冲开始大幅降低，如推进剂6.86MPa下静态燃速降至7～7.5mm/s时，推进剂实测标准比冲降至250～252s。

NEPE推进剂(II)氧化剂为高氯酸铵和黑索今，燃料为铝粉Al，采用PET为粘合剂，官能度有f＝2和f＝3两种，数均分子量为3000～7000，采用两官能度甲苯二异氰酸酯TDI固化。由于PET分子链段中四氢呋喃THF极性低的原因，PET与高极性、高能量硝酸酯NG、BTTN溶度参数相差较大，相容性差，只能与中高极性硝酸酯二乙二醇硝酸酯(缩写为DEGDN)、三乙二醇二硝酸酯(缩写为TEGDN)、NG/TEGDN混和硝酸酯混合，为防止硝酸酯渗出，增塑比一般不能超过2.0，导致推进剂能量水平偏低。因PET数均分子量偏低，推进剂力学性能整体水平偏低，常温强度为0.5～0.8MPa，常温伸长率为50～80％，6.86MPa下静态燃速大于8mm/s时，推进剂实测标准比冲可稳定在252s，燃速进一步降低，由于PET具有分解前先吸热熔融、易流动覆盖在固体颗粒表面的特性，加之体系所用硝酸酯的氧化能力较弱，含量少于NEPE推进剂(I)配方体系，NEPE推进剂(II)燃速降低至7～7.5mm/s时，推进剂能量大幅降低，推进剂实测标准比冲降至242～248s。

1989年，美国Russell Reed(US4799980)研究开发了多官能度聚醚型粘合剂——三星型和四星型的聚氧化烯烃(PAO)粘合剂，分子量为20000～30000，可以显著提高NEPE高能固体推进剂的力学性能，而且其具有吸收能量的星型骨架结构，从而能在一定程度上降低推进剂的感度，提高安全性能。实验研究发现，多官能度PAO取代NEPE推进剂(I)中的PEG粘合剂，配合二官能度异氰酸酯固化剂，推进剂常温强度与PEG推进剂相当，常温伸长率绝对值提高50％以上，燃烧性能和能量性能均与PEG推进剂一致。