[发明专利]一种微结构单元的固体推进材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种微结构单元的固体推进材料，由氧化剂、膜材料、燃料和壳材料组成，是一种的具有多层/壁的球形含能材料，从内到外组成为氧化剂芯材‑膜材料‑燃料‑壳材料。其中，膜材料为纤维素类衍生物，壳材料为聚苯乙烯等非降解型高分子材料，氧化剂要求粒径在300μm左右，铝粉要求粒径在30‑50微米范围内。氧化剂、膜材料、燃料、壳材料的质量份配比分别为：50%‑70%、4%‑6.6%、18%‑33.4%、6%‑12%。本发明通过调节氧化剂、膜材料、燃料和壳材料的种类与用量，达到提高固体推进剂燃烧效率的目的。本发明制备的微结构单元固体推进材料可作为固体推进剂的原材料，不仅简化了固体推进剂的制作工艺，还可以解决现有固体推进剂燃烧效率不高、具有较高贮存风险的问题。

技术领域

本发明涉及一种微结构单元的固体推进材料，具体为一种球形的具有多层/壁结构的氧化剂和燃料的贮存器和反应器的制备方法，从内到外组分依次为氧化剂芯材-膜材料-燃料-壳材料，实现固体推进燃料一体化合成。

背景技术

固体推进剂能量水平是决定固体导弹武器射程、小型化、威力和机动性的重要指标。现在固体推进剂燃烧效率（实测比冲与理论比冲的比值）在90%左右，推进剂燃烧效率每提高1%，推进剂比冲可提高2s以上。在固体推进剂配方中添加新型含能粘合剂和含能增塑剂、氧化剂是提高能量的主要方法。但新型原材料和添加剂的开发、推进剂配方的调整是漫长的探索研究过程，还会带来相容性和安全性等其他问题。固体推进剂能量的进一步提升应在高能量密度物质合成研究技术基础之上，结合新兴领域和交叉学科提出的新概念、新原理、新方法，挖掘现有含能材料的潜力来提高固体推进剂的能量特征，这也必然会成为未来固体推进剂技术发展的新方向和新趋势。

新型微结构单元固体推进材料基于现有的氧化剂和燃料，利用壳材料将氧化剂和燃料包覆在一个毫米级容器中，二者之间采用惰性膜材料分隔。这种材料可以从三个方面有效提高固体推进剂的燃烧效率：其一，采用惰性聚合物壳材料将氧化剂与燃料组分（还原剂）包覆在一个反应器中，在点火反应发生时氧化剂与还原剂的接触面积增大；其二，新型微结构单元固体推进材料作为毫米甚至微米级的球状颗粒，可以在发动机装药时紧密堆积，提高发动机装填密度；其三，将高能氧化剂，如硝酸铵、硝仿肼、二硝酰胺铵、CL-20等作为内芯可降低新型微结构单元固体推进材料的尺寸，还可进一步提高推进剂能量。综上所述，新型微结构单元固体推进材料可提高固体推进剂的燃烧效率，提高固体导弹武器的作战能力，是精确制造高可靠性、高战斗力固体发动机的关键技术。并且固体推进材料中氧化剂和燃料之间存在惰性聚合物膜，避免了活性组分的直接接触，提高了安全性能。微结构单元固体推进材料作为独立、完整的活性原材料贮存器，可用作3D打印的“墨盒”材料。微结构单元固体推进材料的制备技术为3D打印固体推进剂提供技术支撑，未来二者结合将实现固体推进剂制备工艺的一个质的飞跃。

发明内容

本发明是提供一种微结构单元的固体推进材料，以解决固体推进剂燃烧效率不高的问题。

为解决目前的技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种微结构单元的固体推进材料，是一种球形的具有多层和壁结构的含能材料，以氧化剂颗粒为芯材，从内到外组分为氧化剂-膜材料-燃料-壳材料的微结构单元固体推进材料，其组成成分以及各组分的质量百分配比为：

氧化剂 50%-70%

膜材料 4%-6.6%

燃料 18%-33.4%

壳材料 6%-12%。