一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于固体推进剂领域，具体涉及一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂及其制备方法，该固体推进剂包含如下重量份的组分：核壳改性氧化剂：20％～55％；常规氧化剂：15％～55％；粘合剂：5％～9％；金属燃料：14％～20％；增塑剂：2.5％～12％；燃速催化剂：0.5％～3％；固化剂：0.4％～1％；功能调节剂：0％～2％。相比同条件下采用高氯酸铵制得的推进剂，本发明专利技术制备的推进剂具有更高的推进剂燃速和体积热值，更好的安全性能，特别适用于对推进剂燃速、能量及安全性能要求较高的先进战术、战略武器型号装药。

A solid propellant containing core-shell modified oxidant and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂及其制备方法
本专利技术涉及固体火箭发动机推进剂
，具体涉及一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂及其制备方法。
技术介绍
随着战备技术导弹和航空航天技术的发展，一些特殊武器对固体推进剂的性能提出了更为苛刻的要求，不断希望在短时间内产生大的推力，以满足打击高速、高机动性飞行器的弹道性能要求，同时，还必须确保自身人员财产不受到伤害。因此迫切需要安全性能优良的高燃速推进剂。然而，固体推进剂作为一种含能材料，一般其燃速水平与安全性能之间总是相互矛盾、相互制约。推进剂燃速越高，推进剂感度会越大，其制造、贮存、运输和使用过程中的安全隐患亦会越大。一旦发生安全事故，会对人员生命财产及仪器设备造成巨大的损失。国外有关固体推进剂方面的安全事故中，大部分与高燃速固体推进剂有关；国内早在20世纪70年代，389厂就在500L卧式混合机和2000L立式混合机的高燃速推进剂混合过程发生过爆炸事故。自2000年以来，845厂、42所、7416厂、806所和46所相继在混合、浇注、脱模、整形等工序发生了几起重大的安全事故，无一例外都是在高燃速推进剂研制和生产过程中发生的。因此，高感度问题已成为高燃速固体推进剂应用的主要制约因素，如何平衡推进剂燃速与感度的关系、或在保持燃速的前提下使其感度降低是目前迫切需要解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于降低高燃速固体推进剂制造、贮存、运输和使用过程中的危险性，提供一种安全性能、能量性能和燃速调节空间均较优的高燃速固体推进剂，以满足先进战术、战略武器型号对高燃速推进剂性能指标较高要求。本专利技术为了获得综合性能较优的高燃速固体推进剂配方，引入了一种核壳改性氧化剂。本专利技术的技术方案如下：一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂，该固体推进剂包括如下按质量百分比计的组分：所述核壳改性氧化剂是以表面钝化处理后的高氯酸钾(KP)作为基体材料，经表面银质化处理后得到的核壳型复合粒子。所述的核壳改性氧化剂的制备方法，包括以下步骤：1)向高氯酸钾中加入去离子水，在加热条件下充分搅拌1～3小时后，依次加入分散剂、还原剂，搅拌形成高氯酸钾悬浊液；2)在搅拌条件下，向硝酸银水溶液中逐滴加入氨水，直至最初产生的沉淀刚好溶解，得到溶液；3)在搅拌条件下，将步骤(2)得到的溶液滴加到步骤(1)的高氯酸钾悬浊液中，继续搅拌至溶液中检测不出未反应的银离子；4)过滤出步骤(3)溶液中的固体组分，用有机溶剂反复清洗，经烘干处理后，得到改性氧化剂成品。步骤(1)中去离子水的加入量为高氯酸钾质量的2～5倍；加热温度一般控制不超过60℃，具体为25～60℃。步骤(1)中所述的分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮等高分子表面活性剂中的一种或多种，用量为高氯酸钾质量的0.01～0.1％；所述的还原剂为葡萄糖、麦芽糖、乙醛、乙二醛等分子中含醛基的化合物中的一种，用量为高氯酸钾质量的5～15％，优选葡萄糖。步骤(2)中所述硝酸银水溶液中，硝酸银的质量百分比浓度为(0.03～0.15)g/ml；硝酸银用量一般按高氯酸钾与硝酸银质量比100：(0.3～40)进行计量。步骤(4)所述的有机溶剂为无水乙醇、乙酸乙酯、丙酮等常用溶剂，优选无水乙醇；所述的烘干方式采用真空烘箱烘干，烘箱温度控制在60～80℃。所述常规氧化剂为高氯酸铵(AP)。所述粘合剂为端羟基聚丁二烯(HTPB)、端羟基环氧乙烷与四氢呋喃共聚醚(PET)、端羟基3，3-双叠氮甲基氧杂环丁烷四氢呋喃共聚醚(PBT)等含有羟基的高分子化合物中的一种。所述金属燃料为铝粉(Al)。所述增塑剂为癸二酸二辛酯(DOS)、双-(二硝基丙基)缩甲醛/双-(二硝基丙基)缩乙醛(BDNPA/F)、己二酸二辛酯(DOA)等常用增塑剂中的一种或多种。所述燃速催化剂为卡托辛(GFP)、亚铬酸铜(CC)、铜络催化剂(YB-2)等常用燃速催化剂中的一种或多种的组合。所述固化剂为甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)等分子中含有两个或两个以上异氰酸基团的化合物中的一种。所述功能调节剂为石墨烯、碳纳米管、氟化石墨等具有高导热特性材料中的一种或多种组合。一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂的制备方法，包括以下步骤：(1)按照上述质量份数称取上述原料，将粘合剂、金属燃料、增塑剂、燃速催化剂以及功能调节剂，进行充分预混至各组分分散均匀，得预混料浆；(2)将预混料浆、核壳改性氧化剂、常规氧化剂以及固化剂依次加入到立式混合机内，进行充分混合，使各组分分散均匀一致，成为具有良好工艺性的推进剂药浆，混合时间一般不少于90min，混合温度一般为40～60℃；(3)浇注：采用真空浇注法，将混合均匀的推进剂药浆浇注到发动机壳体或各类模具中，浇注过程中余压不得超过1.33kPa，浇注温度一般控制在50～60℃；(4)固化：将浇注好的装药发动机或各类装药模具放入恒温烘箱内恒温固化，固化温度一般为40～60℃，固化时间一般为120～216h。本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：(1)本专利技术引入的核壳改性氧化剂KP，相比常用氧化剂，其颗粒圆整，与推进剂中其它固体颗粒之间摩擦力较小；同时，颗粒表面还有一层致密银层，具备金属银的高延展性和高导热性等特性；当受外力作用时，一方面可以缓解外力较强的冲击，另一方面可将产生的热量及时向周围传递，热量不易集中，推进剂安全性能更好。(2)本专利技术所用核壳改性氧化剂KP，具有KP的高密度、高有效氧含量、高分解温度(610℃)且分解为吸热反应等性能特性，用其替代常用高氯酸铵氧化剂，有利于优化配方固体填料堆积状态，改善推进剂的工艺性能和安全性能，拓宽推进剂燃速调节空间。(3)本专利技术通过控制核壳改性氧化剂KP和金属燃料在粘合剂体系中的分布，同时辅以适量的粘合基体性能功能调节剂，利用各组分之间协同增效作用，可全面发挥组分高导热特性，形成连续导热网络，进而增强推进剂导热性能，提高推进剂燃速。(4)相比同条件下采用高氯酸铵制得的推进剂，本专利技术推进剂具有更高的推进剂燃速和体积热值，更好的安全性能，特别适用于对推进剂燃速、能量及安全性能要求较高的先进战术、战略武器型号装药。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术，下面结合具体实施方式对本专利技术一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂及其制备方法作进一步详细说明。一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂，该固体推进剂包括如下按质量百分比计的组分：所述核壳改性氧化剂是以表面钝化处理后的高氯酸钾(KP)作为基体材料，经表面银质化处理后得到的核壳型复合粒子。所述的核壳改性氧化剂的制备方法，包括以下步骤：1)向高氯酸钾中加入去离子水，在加热条件下充分搅拌1～3小时后，依次加入分散剂、还原剂，搅拌形成高氯酸钾悬浊液；...

【技术保护点】
1.一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂，其特征在于：该固体推进剂包括如下按质量百分比计的组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂，其特征在于：该固体推进剂包括如下按质量百分比计的组分：





2.根据权利要求1所述的一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂，其特征在于：所述的核壳改性氧化剂是以表面钝化处理后的高氯酸钾作为基体材料，经表面银质化处理后得到的核壳型复合粒子。


3.根据权利要求2所述的一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂，其特征在于：所述的核壳改性氧化剂的制备方法，包括以下步骤：
1)向高氯酸钾中加入去离子水，在加热条件下充分搅拌1～3小时后，依次加入分散剂、还原剂，搅拌形成高氯酸钾悬浊液；
2)在搅拌条件下，向硝酸银水溶液中逐滴加入氨水，直至最初产生的沉淀刚好溶解，得到溶液；
3)在搅拌条件下，将步骤(2)得到的溶液滴加到步骤(1)的高氯酸钾悬浊液中，继续搅拌至溶液中检测不出未反应的银离子；
4)过滤出步骤(3)溶液中的固体组分，用有机溶剂反复清洗，经烘干处理后，得到核壳改性氧化剂成品。


4.根据权利要求3所述的一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂，其特征在于：步骤(1)中去离子水的加入量为高氯酸钾质量的2～5倍；所述的分散剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮高分子表面活性剂中的一种或多种，用量为高氯酸钾质量的0.01～0.1％；所述的还原剂为葡萄糖、麦芽糖、乙醛、乙二醛中的一种，用量为高氯酸钾质量的5～15％。


5.根据权利要求3所述的一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂，其特征在于：步骤(2)中所述硝酸银水溶液中，硝酸银的质量百分比浓度为(0.03～0.15)g/ml；硝酸银用量按高氯酸钾与硝酸银质量比100：(0.3～40)进行计量。


6.根据权利要求1所述的一种包含核壳改性氧化剂的固体推进剂，其特征在于：所述常规氧化剂为高氯酸铵。


7.根据权利要求1所述的一种包含核壳改性氧化剂的固...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢国强，陈淑秉，王惠，时志权，沈伟民，陈树芳，翟峰，沈肖胤，
申请(专利权)人：上海航天化工应用研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31