[发明专利]一种复合固体推进剂中键合剂最佳用量的理论计算方法

说明书

本发明提供了一种复合固体推进剂中键合剂最佳用量的理论计算方法，通过计算推进剂中固体填料的表面积以及键合剂的结构特征参数，获得键合剂最佳用量的理论计算结果。该计算结果，可用于指导推进剂试验工作，避免盲目试验，减少试验的工作量，减少人力和物力成本，解决了现有技术中试验耗时长，试验量大，耗费大量人力和物力的问题。

技术领域

本发明涉及复合固体推进剂技术领域，具体而言，涉及一种复合固体推进剂中键合剂最佳用量的理论计算方法。

背景技术

键合剂是复合固体推进剂的一种重要组分，其作用主要是增强粘合剂基体与固体填料(主要是氧化剂和金属燃料)之间的相互作用，使填料及粘合剂基体在形变过程中共同承担载荷而不过早产生相界面分离，从而有效改善推进剂的力学性能。

键合剂用量对推进剂的力学性能有着重要影响。键合剂用量过少，固体填料表面不能被键合剂完全覆盖，拉伸过程中填料表面容易发生“脱湿”现象，推进剂的强度和伸长率下降，对装药的结构可靠性会产生影响；键合剂用量过多，一部分键合剂会进入到粘合剂体系并发生化学交联，导致推进剂强度升高，伸长率和玻璃化温度下降，这对于有着较高力学性能要求的装药是极为不利的。

键合剂用量主要取决于键合剂的结构特征以及固体填料的表面积大小。这里所说的键合剂结构特征是指键合剂的官能团(如羟基、氨基等)和键合剂的分子量。单位质量键合剂的官能团越多，固体填料周围形成高模量层所需的键合剂用量越少；反之，键合剂的官能团越少，键合剂用量越多。固体填料的表面积直接影响到键合剂的用量，固体含量越高，或填料粒径越小，则固体填料的表面积越大，覆盖填料表面所需的键合剂用量越高。键合剂用量还与键合剂的分子量以及粘合剂基体的交联密度有关。按照分子量大小划分，键合剂可分为小分子键合剂(如氮丙啶、醇胺、多胺、有机硅烷、海因三嗪类、硼酸酯) 和大分子键合剂(如中性聚合物键合剂、树形大分子键合剂)。小分子键合剂在固体填料表面形成单分子包覆层，键合剂用量相对较少；大分子键合剂在固体填料表面可形成多分子层包覆层，键合剂用量相对较多。粘合剂基体的交联密度越高，基体模量越大，拉伸过程中基体能够承受较大的应力，此时，需要适当增加键合剂用量，提高填料周围模量层的强度，才能抵御填料表面的横向应力，消除“脱湿”现象。

目前，键合剂在推进剂中的用量主要是通过试验来确定的，国内外还没有关于键合剂用量理论计算方法的报道。一般情况下，确定一个配方的键合剂最佳用量，需要进行2～4轮共计8～16个试验，需要耗费大量的人力、物力；此外，试验周期较长，一轮试验大概需要7～10天，而且试验结果会出现一定的波动，试验的准确性受到试验次数、装药工艺等多种因素的影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种复合固体推进剂中键合剂最佳用量的理论计算方法，用理论计算来指导试验，从而缩短试验总时间，减少试验量，减少人力和物力成本，以解决现有技术中试验耗时长，试验量大，耗费大量人力和物力的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种复合固体推进剂中键合剂最佳用量的理论计算方法，包括以下步骤：

步骤一，计算复合固体推进剂中的n种固体填料的表面积之和S，n种固体填料由m种球形固体填料和(n-m)种非球形固体填料组成：

其中，W_i表示第i种固体填料的质量，r_i表示第i种固体填料的粒径，ρ_i表示第i 种固体填料的密度，m为整数，且m≥0，n为整数且n≥0，且(m+n)≥1；

步骤二，计算键合剂的结构特征参数l_b：

其中，N表示键合剂分子主链的原子个数(N为正整数)，f_n表示键合剂的官能团个数(f_n为正整数)；