一种复合固体推进剂及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种复合固体推进剂及其制造方法，包括粘合剂、增塑剂、铝粉、固化剂、燃速催化剂、键合剂和工艺助剂，通过采用改性醇胺键合剂、酰胺工艺助剂、工业级增塑剂、二茂铁与纳米氧化铁组合燃速催化剂，同时采用非球形铝粉与球形铝粉复配使用、民用高氯酸铵与军用球形高氯酸铵复配使用，研制出一种低成本中燃速高力学性能复合固体推进剂，达到推进剂原材料成本较原配方降低30%以上，推进剂力学性能、燃速性能可调范围大，能量性能满足发动机设计要求的目的，以满足商业航天对低成本中燃速高力学性能的复合固体推进剂成本控制及综合性能的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种复合固体推进剂及其制造方法
本专利技术属于推进剂
，具体涉及一种复合固体推进剂及其制造方法。
技术介绍
航天发展，动力是核心，材料是关键。商业航天的成本要求日益严苛，对低成本中燃速高力学性能的复合固体推进剂需求迫切。高固含量丁羟三组元因其性价比较高，成为商业航天运载火箭的首先推进剂。目前，丁羟三组元复合固体推进剂普遍使用化学纯增塑剂、特细球形铝粉、高性能键合剂和工艺助剂等；同时添加二茂铁类燃速催化剂提高燃速，以上材料因供应方厂家少、批量小，故采购价格较高，制得推进剂成本偏高，严重制约了商业航天的发展，急需一种低成本中燃速高力学性能复合固体推进剂。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种复合固体推进剂及其制造方法，制得低成本中燃速高力学性能复合固体推进剂。本专利技术所采取的技术方案是，一种复合固体推进剂，包括按重量份计的以下组分：氧化剂67-75份、金属燃料13～21份、粘合剂7.5～9.0份、增塑剂1.0-4.0份、燃速催化剂0.1-3.0份、工艺助剂0.01-0.5份和键合剂0.02-0.2份；所述氧化剂为民用高氯酸铵与军用球形高氯酸铵按质量比为0.1-5:1的混合物；所述金属燃料为非球形铝粉与球形铝粉按质量比0.1-5:1的混合物；所述燃速催化剂中液体二茂铁类燃速催化剂与纳米氧化铁的质量比0.1-5:1。以下Al表示铝粉，AP表示高氯酸铵。进一步地，所述氧化剂为民用高氯酸铵与军用球形高氯酸铵按质量比为0.1-5:1的混合物。所述球形铝粉D50为23±3微米。进一步地，所述粘合剂为端羟基聚丁二烯(HTPB)。进一步地，所述增塑剂为工业级癸二酸二异辛酯(DOS)、工业级己二酸二(2-乙基己)酯(JSZ)中的一种或者两种以任意比的混合物。进一步地，所述所述工艺助剂为酰胺工艺助剂(GY)，键合剂为改性醇胺键合剂(LBA)。改性醇胺键合剂由三乙醇胺、环氧丙烷、硼酸三正丁酯按质量比3:1:1进行一锅煮制得。本专利技术还涉及所述复合固体推进剂的制造方法，包括以下步骤：1)将粘合剂、工艺助剂、键合剂和液体二茂铁类燃速催化剂进行预混；2)依次加入部分增塑剂混匀、加入金属燃料与纳米氧化铁的预混料混匀、加入部分氧化剂混匀、加入剩余增塑剂混匀、加入剩余氧化剂混匀，最后将得到的料浆进行浇注，并固化成型，即得复合固体推进剂。进一步地，所述步骤1)中混合温度为50±2℃，时间为20-30min。进一步地，所述步骤2)中，物料混合温度均为50±2℃，加入增塑剂的混合时间为10-20min，加入金属燃料的混合时间为20-30min，加入氧化剂的混合时间为30-60分钟。进一步地，第一次加入增塑剂时，加入量为总量的2/3，第二次加入剩余的增塑剂。进一步地，所述步骤2)中浇注和固化的温度为50±2℃，浇注为真空条件，固化时间为6-10天。二茂铁与纳米氧化铁组合燃速催化剂：纳米氧化铁因比表面较大，燃速催化效果较好，但是其制得的推进剂压强指数偏高，采用液体二茂铁类燃速催化剂与纳米氧化铁复配使用，有利于在推进剂燃烧时发挥两者协同效应，提高推进剂燃速的同时降低压强指数。另外，由于纳米氧化铁易团聚，在推进剂中不易分散，故采用先与铝粉预混再加入的方式，有利于其在推进剂中的均匀分散。工业级铝粉与工业级高氯酸铵的表面形貌不太规则，单独使用影响推进剂药浆的工艺性能，而采用工业级铝粉与特细球形铝粉复配使用、民用高氯酸铵与军用球形高氯酸铵复配使用，可在降低推进剂成本的同时，兼顾其药浆的工艺性能。本专利技术立足于技术成熟度较高的丁羟体系，采用改性醇胺键合剂(LBA)、酰胺工艺助剂(GY)、工业级增塑剂、二茂铁与纳米氧化铁组合燃速催化剂，同时采用工业级铝粉与特细球形铝粉复配使用、民用高氯酸铵与军用球形高氯酸铵复配使用，研制出一种低成本中燃速高力学性能复合固体推进剂，每公斤推进剂原材料成本较原配方降低30％以上，且推进剂力学性能优异，燃速性能可调范围大，能量性能满足发动机设计要求的目的，以满足商业航天对低成本中燃速高力学性能的复合固体推进剂成本控制及综合性能的需求。附图说明图1为复合固体推进剂的具体制备工艺流程图。具体实施方式下面结合实施例来进一步说明本专利技术，但本专利技术要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。对比例1：该配方为基础配方及其主要性能，具体见表1。表1实施例：实施例1-5为本专利技术中的复合固体推进剂配方及其主要性能，具体见表2-表6。表2表3表4表5表6实施例1-5中，氧化剂中民用高氯酸铵与军用球形高氯酸铵质量比为0.1-5:1；所述金属燃料中非球形铝粉与球形铝粉质量比为0.1-5:1；所述燃速催化剂中液体二茂铁类燃速催化剂与纳米氧化铁的质量比0.1-5:1。所述球形铝粉D50为23±3微米。键合剂为改性醇胺键合剂，由三乙醇胺、环氧丙烷、硼酸三正丁酯按质量比3:1:1进行一锅煮制得。实施例1-5中的推进剂配方，每公斤推进剂原材料成本较原配方降低30％以上，且推进剂力学性能优异，燃速性能可调范围大，能量性能满足发动机设计要求的目的，以满足商业航天对低成本中燃速高力学性能的复合固体推进剂成本控制及综合性能的需求。上述实施例中推进剂的具体制备工艺流程如图1所示。其中：GY、LBA、液体二茂铁用量较少，为保证均匀性，先将几种材料与HTPB混和均匀，保证性能稳定性；加2/3DOS是降低粘合剂体系的粘度，有利于后续添加固体填料；分批次加入部分AP，可降低混合机扭矩，改善混合工艺。上述的实施例仅为本专利技术的优选技术方案，而不应视为对于本专利技术的限制，本专利技术的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合固体推进剂，其特征在于，包括按重量份计的以下组分：氧化剂67‑75份、金属燃料13~21份、粘合剂7.5~9.0份、增塑剂1.0‑4.0份、燃速催化剂0.1‑3.0份、工艺助剂0.01‑0.5份和键合剂0.02‑0.2份；所述氧化剂为民用高氯酸铵与军用球形高氯酸铵按质量比为0.1‑5:1的混合物；所述金属燃料为非球形铝粉与球形铝粉按质量比0.1‑5:1的混合物；所述燃速催化剂中液体二茂铁类燃速催化剂与纳米氧化铁的质量比0.1‑5:1。

【技术特征摘要】
1.一种复合固体推进剂，其特征在于，包括按重量份计的以下组分：氧化剂67-75份、金属燃料13~21份、粘合剂7.5~9.0份、增塑剂1.0-4.0份、燃速催化剂0.1-3.0份、工艺助剂0.01-0.5份和键合剂0.02-0.2份；所述氧化剂为民用高氯酸铵与军用球形高氯酸铵按质量比为0.1-5:1的混合物；所述金属燃料为非球形铝粉与球形铝粉按质量比0.1-5:1的混合物；所述燃速催化剂中液体二茂铁类燃速催化剂与纳米氧化铁的质量比0.1-5:1。2.根据权利要求1所述的复合固体推进剂，其特征在于：所述球形铝粉D50为23±3微米。3.根据权利要求1所述的复合固体推进剂，其特征在于：所述粘合剂为端羟基聚丁二烯。4.根据权利要求1所述的复合固体推进剂，其特征在于：所述增塑剂为工业级癸二酸二异辛酯、工业级己二酸二（2-乙基己）酯中的一种或者两种以任意比的混合物。5.根据权利要求1所述的复合固体推进剂，其特征在于：所述所述工艺助剂为酰胺工艺助剂，键合剂为改性醇胺键合剂。6.制造权利要求1-5任意一...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒凯凯，陈永钊，吴素心，赵海，段军鸿，牛草坪，胡晓亮，罗桂莲，王晓东，
申请(专利权)人：湖北三江航天江河化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42