3D打印固体推进剂/绝热层配方及其一体化制备方法组成比例

本发明专利技术公开了一种3D打印固体推进剂/绝热层配方及其

【技术实现步骤摘要】
3D打印固体推进剂/绝热层配方及其一体化制备方法
本专利技术涉及复合固体推进剂
，具体为3D打印固体推进剂/绝热层配方及其一体化制备方法。
技术介绍
随着导弹武器技术的发展，固体发动机装药设计越来越复杂，传统装药工艺在复杂药型固体发动机制造存在的不足与局限越来越突出，主要体现在以下两方面：(1)对于具有复杂内燃面结构的药柱，受芯模设计与脱除的限制，其制造加工难度大；(2)绝热层与推进剂通过分步成形后装配方式完成装药，装配面靠衬层实现粘接，界面脱粘情况无法完全避免，存在重大安全隐患。目前，固体推进剂
对于推进剂的3D打印光固化成型资料已有公开报道，但涉及固体推进剂/绝热层一体化成型暂无公开资料，主要原因是适用于两种材料的光固化配方的所需光固化粘合剂基体材料体系不同，对紫外光光源直径、波长等参数要求不同，配方成型收缩率不同，易产生界面缺陷，致使两种材料界面粘接力不牢固等问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种3D打印固体推进剂/绝热层配方及其一体化制备方法，可以实现推进剂/绝热层一体化3D打印制造，解决现有生产工艺中推进剂与绝热层之间界面粘接不牢固、易脱粘等问题。本专利技术的技术方案是，3D打印固体推进剂/绝热层配方,其原料包括推进剂和绝热层原料；其中，推进剂包括按质量分数计的以下原料：光敏树脂预聚体：15％～25％，活性稀释单体：10％～20％，光引发剂：1％～3％，交联剂：1％～4％，氧化剂：50％～65％，金属燃料：5％～10％，功能助剂1：1％～3％；>绝热层包括按质量分数计的以下原料：光敏树脂预聚体：20％～40％；活性稀释单体：10％～30％；光引发剂：2％～5％；交联剂：1％～4％；隔热耐烧蚀固相填料：30％～40％；功能助剂2：5％～10％；所述功能助剂1包括流平剂、燃速催化剂和键合剂；所述功能助剂2主要包括流平剂、增塑剂和工艺助剂。进一步地，所述光敏树脂预聚体为聚醚型聚氨酯丙烯酸酯、聚酯型聚氨酯丙烯酸酯中的一种或两种组合。进一步地，所述活性稀释单体为6-己二醇二丙烯酸酯、低分子脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯中的一种或几种组合。进一步地，所述光引发剂为2-羟基-2甲基-1-苯基-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮中的一种或几种组合。进一步地，所述交联剂为乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或几种组合。进一步地，所述氧化剂为球形高氯酸铵、高氯酸钾、1,1-二羟基-5,5-联四唑二羟胺盐中的一种或几种组合；金属燃料为球形铝粉。进一步地，所述功能助剂1为聚丙烯酸酯、奥托辛、草酰胺、三-1-(2-甲基氮丙啶)氧化膦(MAPO)、醇胺类键合剂(LBA-303)中的一种或几种组合。功能助剂2为聚丙烯酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、癸二酸二异辛酯、硬脂酸甲酯、氯化石蜡中的一种或几种组合。进一步地，所述隔热耐烧蚀固相填料为芳纶浆粕、石棉、氧化锌、白炭黑中的一种或多种组合。本专利技术还涉及根据所述3D打印固体推进剂/绝热层配方进行推进剂/绝热层一体化制备的方法，包括以下步骤：(1)将光敏树脂预聚体、活性稀释单体、光引发剂和交联剂按照配方比例要求置于搅拌容器中，搅拌温度为30℃～40℃，转速为100r/min～200r/min，开启搅拌使其混合均匀，真空脱泡，形成光固化粘合剂基体材料；(2)向容器中按照推进剂配方要求加入氧化剂、金属燃料和功能助剂1混合均匀，形成光固化推进剂浆料；(3)按照步骤(1)方法制备光固化粘合剂基体材料，向其加入隔热耐烧蚀固相填料和功能助剂2，使其混合均匀，形成光固化绝热层浆料；(4)将步骤(2)和步骤(3)中混合均匀的光固化推进剂浆料和绝热层浆料分别置于一台3D打印机的两个料筒中，通过不同挤出喷头出料，调整打印参数，控制两个挤出喷头的出料顺序与出料量，实现推进剂/绝热层内外逐层同步打印；(5)打印完成，采用乙酸乙酯清洗样件，得到外层绝热层、内层推进剂的打印样品。进一步地，步骤(4)中3D打印时，选定紫外光源波长为200μm～350μm，光固化推进剂浆料的挤出喷头直径为1mm～2mm，光固化绝热层浆料挤出喷头直径为2mm～3mm，通过不同挤出喷头出料，逐层打印速度设置为10s～20s/层，控制两个挤出喷头的出料顺序与出料量，喷头出料与固化同步进行，实现推进剂/绝热层样件内外逐层同步打印。本专利技术具有以下有益效果：(1)通过采用3D打印方式制备推进剂/绝热层样件，实现生产远程控制，人机隔离，较大程度上保证了人员的安全，节省了制造成本。(2)推进剂与绝热层配方采用一种光固化基体材料体系，在不使用衬层的情况下，实现推进剂与绝热层界面间的紧密粘接，减轻了固体发动机的消极质量，提高导弹射程。(3)本专利技术通过在推进剂/绝热层配方中采用同一光固化粘合剂基体材料，可以进行光固化3D打印一体化制造，解决现有固体发动机药柱生产中推进剂与绝热层之间由于配方组分相容性和浓度差等原因引起助剂迁移的问题，对绝热层与推进剂界面粘接性能下降，引发脱粘等问题具有良好的改善效果，避免了固体发动机中因界面粘接不牢固等问题引起的安全隐患。(4)固体推进剂/绝热层光固化3D打印一体化制造工艺实现绝热层和推进剂同步打印，推进剂与绝热层采用同种光固化粘合剂基体材料—光敏树脂预聚单体、活性稀释单体、光引发剂，推进剂中预聚单体与绝热层中光敏树脂或活性单体在光引发剂作用下发生光固化反应，界面处以化学键的方式结合，从线单元实现两种材料的紧密结合，最终保证两种材料的界面粘接牢固，实现发动机药柱内外两层一体化制造的追求，为固体发动机制造提供新的解决途径。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限定本专利技术的范围。实施例1：3D打印固体推进剂/绝热层配方及其一体化制备方法，其中推进剂/绝热层材料的配方组成见下表1。表1具体制备方法：将光敏树脂预聚体、活性稀释单体、光引发剂和交联剂按照质量配比置于搅拌容器中，搅拌温度为30℃～40℃，转速为100r/min～200r/min，使其混合均匀，真空脱泡，形成光固化基体粘合剂；向容器中加入氧化剂、金属燃料和功能助剂1，缓慢搅拌，使其混合均匀，形成光固化推进剂药浆；在另一容器中按照同样的方法制备光固化绝热层浆料；将混合均匀的光固化推进剂浆料和绝热层浆料分别置于一台打印机的两个料筒中，紫外光源波长为200μm～350μm，通过不同挤出喷头出料，调整打印参数，控制两个挤出喷头的出料顺序与出料量，实现推进剂/绝热层内外逐层同步打印；打印完成，采用乙酸乙酯清洗样件，得到外层绝热层、内层推进剂的打印样品。其相关性能测试数据见表1。实施例2：3D打印固体推进剂/绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印固体推进剂/绝热层配方，其特征在于, 其原料包括推进剂和绝热层原料；其中，/n推进剂包括按质量分数计的以下原料：光敏树脂预聚体：15%~25%，活性稀释单体：10%~20%，光引发剂：1%~3%，交联剂：1%~4%，氧化剂：50%~65%，金属燃料：5%~10%，功能助剂1：1%~3%；/n绝热层包括按质量分数计的以下原料：光敏树脂预聚体：20%~40%；活性稀释单体：10%~30%；光引发剂：2%~5%；交联剂：1%~4%；隔热耐烧蚀固相填料：30%~40%；功能助剂2：5%~10%；/n所述功能助剂1包括流平剂、燃速催化剂和键合剂；所述功能助剂2主要包括流平剂、增塑剂和工艺助剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种3D打印固体推进剂/绝热层配方，其特征在于,其原料包括推进剂和绝热层原料；其中，
推进剂包括按质量分数计的以下原料：光敏树脂预聚体：15%~25%，活性稀释单体：10%~20%，光引发剂：1%~3%，交联剂：1%~4%，氧化剂：50%~65%，金属燃料：5%~10%，功能助剂1：1%~3%；
绝热层包括按质量分数计的以下原料：光敏树脂预聚体：20%~40%；活性稀释单体：10%~30%；光引发剂：2%~5%；交联剂：1%~4%；隔热耐烧蚀固相填料：30%~40%；功能助剂2：5%~10%；
所述功能助剂1包括流平剂、燃速催化剂和键合剂；所述功能助剂2主要包括流平剂、增塑剂和工艺助剂。


2.根据权利要求1所述的3D打印固体推进剂/绝热层配方，其特征在于：所述光敏树脂预聚体为聚醚型聚氨酯丙烯酸酯、聚酯型聚氨酯丙烯酸酯中的一种或两种组合。


3.根据权利要求1所述的3D打印固体推进剂/绝热层配方，其特征在于：所述活性稀释单体为6-己二醇二丙烯酸酯、低分子脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、环三羟甲基丙烷甲缩醛丙烯酸酯中的一种或几种组合。


4.根据权利要求1所述的3D打印固体推进剂/绝热层配方，其特征在于：所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮中的一种或几种组合。


5.根据权利要求1所述的3D打印固体推进剂/绝热层配方，其特征在于：所述交联剂为乙氧化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧化季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯中的一种或几种组合。


6.根据权利要求1所述的3D打印固体推进剂/绝热层配方，其特征在于：所述氧化剂为球形高氯酸铵、高氯酸钾、1,1-二羟基-5,5-联四唑二羟胺盐中的一种或几种组合；金属燃料为球形铝粉。


7.根据权利要求1所述的3D打印固体推进剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，张习龙，邓剑如，苗恺，孙丽娜，牛草坪，朱自强，胡桃仙，胡晓亮，喻尧，
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