[发明专利]一种碳硼烷增塑的含硼富燃料推进剂

说明书

本发明公开了一种碳硼烷增塑的含硼富燃料推进剂，该推进剂以具有弱极性的碳硼烷衍生物作为增塑剂，以硼粉作为燃料，其中的碳硼烷增塑剂具有高热值特性的刚性硼笼结构、柔顺烷烃链结构和含有提高硼粉燃烧效率的氟化物结构，与推进剂组分有良好的相容性，并且不升华、不迁移，改善了推进剂的工艺性能，提高了推进剂的能量性能和燃烧性能，减少了凝聚相的产生，满足了固体冲压发动机对推进剂高热值、优良的点火性能、高燃烧效率、低凝聚相、燃气洁净、低残渣的技术要求，为解决固体冲压发动机的动力源需求问题奠定了坚实的基础。

技术领域

本发明涉及用于固体冲压发动机的推进剂技术领域，特别涉及一种碳硼烷增塑的含硼富燃料推进剂。

背景技术

固体火箭冲压发动机使用固体富燃料推进剂作为动力源，其中燃料含量达到30～50％，因此燃料性能是决定固体火箭冲压发动机潜在优异性能能否充分发挥的关键因素之一，含硼富燃料推进剂具有很高的热值，是固冲发动机的首选推进剂。

然而硼粉的熔点和沸点较高，难于熔化和气化，点火温度较高(1900K)，且硼粉燃烧过程中产生粘性很强的硼氧化物(B₂O₃)覆盖在硼粉表面，使得硼粉点火困难、难以充分燃烧。

另外，硼粉表面存在B₂O₃、H₃BO₃等杂质，在装药过程中有可能引发端羟基聚丁二烯(HTPB)分子间的缩合反应，使HTPB有可能进一步聚合，该反应会严重干扰以HTPB为黏合剂的推进剂的装药工艺，比如在含硼富燃固体推进剂的装药过程中，硼粉与HTPB混合搅拌过程中，在H₃BO₃的作用下可能促使某些化合物发生缩聚反应生成高聚物，搅拌越充分则生成的高聚物越多，严重时会因为黏度问题而导致装药报废。

研究发现：碳硼烷酯类和醚类衍生物可以作为碳氢富燃料推进剂的添加剂，取代其中常用的酯类增塑剂，通过其自身易于点火燃烧的特性为碳氢燃料的高效燃烧创造合适环境条件，进而提高碳氢富燃料推进剂在低压工况下的燃烧效率，研究人员尝试将碳硼烷增塑剂应用于含硼富燃料推进剂中，但因为碳氢富燃料推进剂与含硼富燃料推进剂的燃烧机制、燃烧性能等并不相同，常规的碳硼烷醚类和酯类衍生物在含硼推进剂中会局部爆燃，出现燃烧不稳定的情况。因此，无法将适用于碳氢富燃料推进剂的增塑型碳硼烷衍生物直接用于含硼富燃料推进剂中。

申请人将三氟乙酸与碳硼烷单醇反应制备成三氟乙酸碳硼烷酯，研究证明，碳硼烷的易点火性能为低压下硼粉燃烧提供了高效的燃烧环境，三氟乙酸碳硼烷酯中有氟的存在，可以促进硼的燃烧，减少凝相生成使得燃烧更稳定，进一步提高硼粉的燃烧效率。

发明内容

本方案的一个目的在于提供一种碳硼烷增塑的含硼富燃料推进剂，该推进剂中将具有高热值特性的刚性硼笼结构、柔顺烷烃链结构以及含有提高硼粉燃烧效率的氟化物结构的碳硼烷衍生物作为增塑剂加入到推进剂中，并以粒度级配的硼粉作为燃料，可以改善推进剂工艺性能，提高推进剂的能量性能及其他性能，具有工艺性能好、点火性能优良、燃烧效率高等优点。

为达到上述目的，本方案如下：

一种碳硼烷增塑的含硼富燃料推进剂，将具有高热值特性的刚性硼笼结构、柔顺烷烃链结构以及含有提高硼粉燃烧效率的氟化物结构的碳硼烷衍生物作为增塑剂加入到推进剂中；推进剂包括以质量百分含量计的下列组分：

粘合剂体系：15～20％；

碳硼烷增塑剂：2～4％；

燃料：30～50％；

辅助燃料：3～15％；

氧化剂：25～45％；

功能助剂：0.2～4％。

其中，所述碳硼烷增塑剂为具有弱极性且不迁移的三氟乙酸碳硼烷酯衍生物，具有式(1)所示结构；