【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于固体发动机衬层材料，具体涉及一种固体火箭发动机阻燃型衬层及其制备方法。
技术介绍
1、衬层是固体火箭发动机装药的重要组成部分，主要作用是粘结推进剂与绝热层，兼具控制发动机装药的燃烧表面积限制燃烧面的作用，符合指标的燃烧规律和压（推）力-时间曲线，使发动机达到比较理想的内弹道和外弹道性能的目的。目前衬层的技术要求主要在界面黏结力上，对衬层阻燃作用一般无单独技术指标要求，线烧蚀率一般为1.0mm/s左右。
2、对燃烧面限制要求高的高燃速、高比冲等新型固体火箭发动机，为实现更好的限制发动机燃烧面的作用，对衬层的阻燃性能提出更高要求，此外衬层材料如具备一定的耐烧蚀特性，可替代或部分替代绝热层，可为衬层/绝热层的一体化打下基础。
3、迄今为止未见固体火箭发动机中具备低线烧蚀率特性的阻燃型衬层的报道。如果将阻燃聚氨酯技术用于衬层的制备，有诸多问题需要解决，例如问题一：衬层一般采用一步混合法，即原材料按顺序称量加入容器后，采用手动混合或机器混合完毕即可应用于发动机，要求阻燃剂选择上应该与端羟基聚丁二烯、异氰酸酯等原料有良好的相容性，在衬层料浆中不分层、不析出；问题二：普通阻燃聚氨酯一般采用供火温度750℃±50℃测试其阻燃特性，而固体火箭发动机燃烧室内温度可达到3000℃，因此对燃烧室内耐热材料一般采用氧-乙炔法测试线烧蚀率，测试温度同样达到3000℃，需要衬层材料在烧蚀过程中形成炭层，普通聚氨酯难以达到衬层材料需要的耐热性能。问题三：衬层作为推进剂与绝热层之间的界面粘接材料，良好的粘接性能是保障固体火箭
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种固体火箭发动机阻燃型衬层及其制备方法，能够有效解决阻燃材料与衬层相容性、界面粘接性能和与成型工艺的适配性等问题，满足满足高燃速、高比冲等新型固体火箭发动机型号的研制需要。
2、为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种固体火箭发动机阻燃型衬层，其包括按重量份计的以下原料：黏合剂基体材料100份、异氰酸酯固化剂6~15份、交联剂0.5~4份、扩链剂0~4份、粉状补强填料6~30份、粉状阻燃剂4~10份、纤维型阻燃剂4~10份、防老剂0.5~1份、键合剂0~1份、增塑剂0~4份和催化剂0~1.5。
3、进一步地，所述黏合剂基体材料为端羟基聚丁二烯、环氧化端羟基聚丁二烯和端羧基聚丁二烯中的一种或多种。
4、进一步地，所述异氰酸酯固化剂为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或二聚酸二异氰酸酯。
5、进一步地，所述交联剂为二乙醇胺、三乙醇胺、丙三醇或间苯三酚中的一种或多种；所述扩链剂为1,3-丙二醇、1,4-丁二醇或n,n-双（2-羟丙基）苯胺（lap-101）中的一种或多种；所述的粉状补强填料为沉淀法氧化硅、二氧化钛、氧化锌、硅酸锌、4a分子筛、5a分子筛中的一种或多种；防老剂为防老剂h、α-萘胺或二苯胺。
6、进一步地，键合剂为lba-603、mapo、isl、t313、ys-01、ys-02中的一种或多种；增塑剂为癸二酸二异辛酯、邻苯二甲酸二丁酯和已二酸二异辛酯中的一种或多种；催化剂为二月桂酸二丁基锡、乙酰丙酮铁或三苯基铋。
7、进一步地，所述粉状阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、多聚磷酸铵中的一种或多种。
8、进一步地，所述纤维型阻燃剂为氧化铝短切纤维、芳纶短切纤维、聚酰亚胺短切纤维、玄武岩纤维的一种或多种；纤维长度0.2~2mm，直径0.5~20μm。
9、本专利技术还涉及所述衬层的制备方法，包括以下步骤：
10、s1、将粉状原料过60~100目筛并干燥，纤维型阻燃剂过40~60目筛并干燥；
11、s2、按配比称取各原料混合均匀即得。
12、进一步地，s2中混合方式为手动混合或机器混合；手动混合时加料顺序为：键合剂→黏合剂基体材料→交联剂→扩链剂→固化剂→防老剂→补强填料→粉状阻燃剂→纤维型阻燃剂→增塑剂→催化剂，每添加一种原材料混匀后再加入下一种，原料有效混合时间不低于30min；机器混合时，采用分次混合或一次性混合，加料顺序：黏合剂基体材料→交联剂→扩链剂→防老剂→补强填料→粉状阻燃剂→耐烧蚀纤维→键合剂→固化剂→增塑剂→催化剂，原料有效混合时间不低于70min。
13、进一步地，s2中混合温度10℃～30℃，相对湿度不大于80%，绝对湿含量不大于19g水/kg。
14、本专利技术具有以下有益效果：
15、本专利技术采用粉状阻燃剂和纤维型耐烧蚀填料进行复配，对聚氨酯衬层材料进行混合改性，作为用于固体发动机的衬层，不仅具有持久、优异的阻燃效果，同时保持了原有的粘接强度、力学性能和工艺性能。
16、衬层是一种固体火箭发动机壳体内的界面粘接材料，具备粘结推进剂与绝热层的作用，衬层在绝热层表面刮涂或喷涂成型后，需通过自身的流动性使表面流平，升温预固化后浇筑推进剂，与推进剂共同升温固化，使用寿命指标长达25年以上，这要求阻燃衬层具备较好的流动性、界面粘接性能、界面相容性和适合的固化速率。为满足这些要求，阻燃衬层不宜大量加入具有增稠作用的阻燃填料，以避免衬层粘度大幅上涨影响其流平性；同时阻燃填料不能影响衬层的固化特性，使材料满足发动机生产的工艺要求；且阻燃填料与推进剂和绝热层具备良好的相容性，不影响衬层的老化性能。
17、固体火箭发动机燃烧室内耐热材料一般采用氧-乙炔法测试线烧蚀率，测试温度达到3000℃，远高于普通阻燃聚氨酯的供火温度750℃±50℃，因此在衬层体系中，若单独使用粉状阻燃剂或纤维型耐烧蚀填料，要使衬层氧-乙炔线烧蚀率大幅降低，需添加大量的固体填料，会导致衬层的粘度过高、流平性差、界面粘接性能显著下降。本专利技术通过对衬层体系中多种阻燃剂及其复配作用的大量研究工作，发现特定类型的粉状阻燃剂和纤维型耐烧蚀填料复配作用时，可通过添加少量固体阻燃剂实现衬层氧-乙炔线烧蚀率从约1mm/s下降至0.5mm/s以内，衬层粘度变化可控，不影响衬层的本体力学性能、界面粘接性能和成型工艺性能。通过相容性研究和老化性能研究，本专利技术所筛选的阻燃衬层与推进剂、绝热层均具有合适的物理相容性及化学相容性。通过红外光谱分析衬层的固化特性，本专利技术所筛选的阻燃剂和纤维型耐烧蚀填料对衬层固化速率无明显的影响，与现有的固体火箭发动机成型工艺具备良好的适配性。
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1.一种固体火箭发动机阻燃型衬层，其特征在于，其包括按重量份计的以下原料：黏合剂基体材料100份、异氰酸酯固化剂6~15份、交联剂0.5~4份、粉状补强填料6~30份、粉状阻燃剂4~10份、纤维型阻燃剂4~10份、防老剂0.5~1份、扩链剂0~4份、键合剂0~1份、增塑剂0~4份和催化剂0~1.5。
2.根据权利要求1所述的衬层，其特征在于：所述黏合剂基体材料为端羟基聚丁二烯、环氧化端羟基聚丁二烯和端羧基聚丁二烯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的衬层，其特征在于：所述异氰酸酯固化剂为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或二聚酸二异氰酸酯。
4.根据权利要求1所述的衬层，其特征在于：所述交联剂为二乙醇胺、三乙醇胺、丙三醇或间苯三酚中的一种或多种；所述扩链剂为1,3-丙二醇、1,4-丁二醇或N,N-双（2-羟丙基）苯胺（Lap-101）中的一种或多种；所述的粉状补强填料为沉淀法氧化硅、二氧化钛、氧化锌、硅酸锌、4A分子筛、5A分子筛中的一种或多种；防老剂为防老剂H、α-萘胺或二苯胺。
5.根据权利要求1所述的衬层，其特征在于：键合
6.根据权利要求1~5任意一项所述的衬层，其特征在于：所述粉状阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、多聚磷酸铵中的一种或多种。
7.根据权利要求1~6任意一项所述的衬层，其特征在于：所述纤维型阻燃剂为氧化铝短切纤维、芳纶短切纤维、聚酰亚胺短切纤维、玄武岩纤维的一种或多种。
8.权利要求1~7任意一项所述衬层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：S2中混合方式为手动混合或机器混合；手动混合时加料顺序为：键合剂→黏合剂基体材料→交联剂→扩链剂→固化剂→防老剂→补强填料→粉状阻燃剂→纤维型阻燃剂→增塑剂→催化剂，每添加一种原材料混匀后再加入下一种，原料有效混合时间不低于30min；机器混合时，采用分次混合或一次性混合，加料顺序：黏合剂基体材料→交联剂→扩链剂→防老剂→补强填料→粉状阻燃剂→耐烧蚀纤维→键合剂→固化剂→增塑剂→催化剂，原料有效混合时间不低于70min。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：S2中混合温度10℃～30℃，相对湿度不大于80%，绝对湿含量不大于19g水/kg。
...【技术特征摘要】
1.一种固体火箭发动机阻燃型衬层，其特征在于，其包括按重量份计的以下原料：黏合剂基体材料100份、异氰酸酯固化剂6~15份、交联剂0.5~4份、粉状补强填料6~30份、粉状阻燃剂4~10份、纤维型阻燃剂4~10份、防老剂0.5~1份、扩链剂0~4份、键合剂0~1份、增塑剂0~4份和催化剂0~1.5。
2.根据权利要求1所述的衬层，其特征在于：所述黏合剂基体材料为端羟基聚丁二烯、环氧化端羟基聚丁二烯和端羧基聚丁二烯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的衬层，其特征在于：所述异氰酸酯固化剂为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或二聚酸二异氰酸酯。
4.根据权利要求1所述的衬层，其特征在于：所述交联剂为二乙醇胺、三乙醇胺、丙三醇或间苯三酚中的一种或多种；所述扩链剂为1,3-丙二醇、1,4-丁二醇或n,n-双（2-羟丙基）苯胺（lap-101）中的一种或多种；所述的粉状补强填料为沉淀法氧化硅、二氧化钛、氧化锌、硅酸锌、4a分子筛、5a分子筛中的一种或多种；防老剂为防老剂h、α-萘胺或二苯胺。
5.根据权利要求1所述的衬层，其特征在于：键合剂为lba-603、mapo、isl、t313、ys-01、ys-02中的一种或多种；增塑剂为癸二酸二异辛酯...
【专利技术属性】
技术研发人员：柴枫，魏彬，姬生雁，马晨辉，舒凯凯，喻尧，何江，张习龙，刘超，
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：
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