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一种含燃料电点火固体推进剂及其制备方法

申请号 CN201610917376.8 申请日 2016-10-21 公开(公告)号 CN106495972A 公开(公告)日 2017-03-15
申请人 重庆大学; 发明人 胡建新; 何志成; 李洋;
摘要 本 发明 公开了一种含 铝 富 燃料 电点火固体推进剂及其制备方法,它由 硝酸 羟胺、共溶性 氧 化剂、聚乙烯醇、铝粉、其它金属粉以及添加剂组成。按确定的配比将原料混合于反应器中,于室温、 真空 条件下搅拌充分混合后,再置于恒温条件下 固化 成型而得。该固体推进剂具有电点火特性,且其制备方法简易可行,易于操作,安全性系数高,绿色环保。
权利要求

1.一种含燃料电点火固体推进剂及其制备方法,其特征在于,包括以下原料及其重量份数:
将称量好的原料进行以下步骤:
1)硝酸羟胺的处理
将原料中的硝酸羟胺配置成浓度为10~18%的硝酸羟胺溶液,并将配置好的溶液置于50~60℃条件下进行旋蒸,得到浓度大于70%的硝酸羟胺水溶液;
2)聚乙烯醇的热处理
将原料中的聚乙烯醇置于热循环干燥箱中进行热处理;
所述热处理的温度范围为100~120℃,所述热处理的时间范围为2~6小时;
3)推进剂的制备
3.1)在室温条件下,将步骤1)中得到的浓缩后的硝酸羟胺溶液、步骤2)中得到的热处理后的聚乙烯醇和其余原料,加入到反应器中,真空搅拌,得到搅拌均匀的药浆;
所述搅拌速率范围为100~400转/分钟;所述搅拌时间范围为0.5~3小时;
3.2)将步骤3.1)中得到的搅拌均匀的药浆在常压或真空条件下,灌注至燃烧室或模具,在35~50℃条件下静置5~8天后,得到固化成型的产品。
2.根据权利要求1所述的一种含铝富燃料电点火固体推进剂及其制备方法,其特征在于:所述原料中的硝酸羟胺为市售的无色晶体。
3.根据权利要求1所述的一种含铝富燃料电点火固体推进剂及其制备方法,其特征在于:所述原料中的共溶性化剂包括硝酸铵、乙醇胺硝酸盐、乙二胺硝酸盐、三乙醇胺硝酸盐、硝酸钠、硝酸中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种含铝富燃料电点火固体推进剂及其制备方法,其特征在于:所述原料中的聚乙烯醇其摩尔分子量为10.1万~19.5万。
5.根据权利要求1所述的一种含铝富燃料电点火固体推进剂及其制备方法,其特征在于:所述铝粉颗粒粒径为50nm~20μm。
6.根据权利要求1所述的一种含铝富燃料电点火固体推进剂及其制备方法,其特征在于:所述燃速催化剂为炭黑、二茂、巴特辛、叔丁基二茂铁、卡托辛、木炭中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种含铝富燃料电点火固体推进剂及其制备方法,其特征在于:所述的燃料粉为C、H、O化合物,包括羟甲基纤维素、羟乙基纤维、木糖醇、山梨糖醇、直链淀粉、支链淀粉、环糊精,蔗糖中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种含铝富燃料电点火固体推进剂及其制备方法,其特征在于:所述添加剂为玉米糖浆、羟基油、甘油以及磷酸三丁酯中的一种或两种。

说明书全文

一种含燃料电点火固体推进剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及固体推动剂领域,具体是一种含铝富燃料电点火固体推进剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 现代推进剂系统中,高稳定性,高性能以及高灵活可控性是其主要发展方向。推进系统主要有液体推进和固体推进两种。
[0003] 液体推进系统虽然技术较固体推进剂系统成熟,具有较好的点火、熄火的可控性能,但是其结构系统较为复杂,存在诸多的类似的活动部件,需另行设计高稳定性高精度操作系统,致使成本较高。
[0004] 此外,液体推进系统所使用的液体推进剂具有一定的毒性,对人体伤害较大。而固体发动机结构简单,活动部件少,可靠性高,其发展较为迅速。
[0005] 电点火固体推进剂不需要外加附件,可直接通过电源进行点火,易于控制,安全性高。将其应用于固体发动机,能大大简化发动机的结构,使发动机轻量化,从而具有更高的响应特性。
[0006] 铝粉具有较高的燃烧热值,尤其是微米/纳米铝粉,常被用作固体推进剂的燃料组分,它不仅可以抑制不稳定燃烧,提高燃速,增加比冲,同时还可以降低压强指数。
[0007] 将其应用于电点火固体推进剂中能有效地改善推挤进的性能,对于电控固体推进剂的发展具有重要意义。

发明内容

[0008] 本发明的目的是解决现有技术中,固体推动剂燃速不易控制、制备工艺复杂、产气量小、燃烧产物会对环境造成污染等问题。
[0009] 为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的,一种含铝富燃料电点火固体推进剂及其制备方法,其特征在于,包括以下原料及其重量份数:
[0010]
[0011]
[0012] 将称量好的原料进行以下步骤:
[0013] 1)硝酸羟胺的处理
[0014] 将原料中的硝酸羟胺配置成浓度为10~18%的硝酸羟胺溶液,并将配置好的溶液置于50~60℃条件下进行旋蒸,得到浓度大于70%的硝酸羟胺水溶液;
[0015] 2)聚乙烯醇的热处理
[0016] 将原料中的聚乙烯醇置于热循环干燥箱中进行热处理;
[0017] 所述热处理的温度范围为100~120℃,所述热处理的时间范围为2~6小时;
[0018] 3)推进剂的制备
[0019] 3.1)在室温条件下,将步骤1)中得到的浓缩后的硝酸羟胺溶液、步骤2)中得到的热处理后的聚乙烯醇和其余原料,加入到反应器中,真空搅拌,得到搅拌均匀的药浆;
[0020] 所述搅拌速率范围为100~400转/分钟;所述搅拌时间范围为0.5~3小时;
[0021] 3.2)将步骤3.1)中得到的搅拌均匀的药浆在常压或真空条件下,灌注至燃烧室或模具,在35~50℃条件下静置5~8天后,得到固化成型的产品。
[0022] 进一步,所述原料中的硝酸羟胺为市售的无色晶体。
[0023] 进一步,所述原料中的共溶性化剂包括硝酸铵、乙醇胺硝酸盐、乙二胺硝酸盐、三乙醇胺硝酸盐、硝酸钠、硝酸中的一种或几种。
[0024] 进一步,所述原料中的聚乙烯醇其摩尔分子量为10.1万~19.5万。
[0025] 进一步,所述铝粉颗粒粒径为50nm~20μm。
[0026] 进一步,所述燃速催化剂为炭黑、二茂、巴特辛、叔丁基二茂铁、卡托辛、木炭中的一种或几种。
[0027] 进一步,所述的燃料粉为C、H、O化合物,包括羟甲基纤维素、羟乙基纤维、木糖醇、山梨糖醇、直链淀粉、支链淀粉、环糊精,蔗糖中的一种或几种。
[0028] 进一步,所述添加剂包括玉米糖浆、羟基油、甘油以及磷酸三丁酯中的一种或两种。
[0029] 本发明的技术效果是毋庸置疑的,本发明具有以下优点:
[0030] 1)本发明的电控固体推进剂本身具有较高的能量,其燃烧产气量大,相比传统电点火推进剂具有点火电压低的特点;
[0031] 2)本发明电控固体推进剂对火焰显示较好的钝感特性,只有在施加电压的情况下才能点火燃烧,且其燃烧大小可以通过调节电压大小来进行调控;
[0032] 3)本发明电控固体推进剂制备工艺过程简单,安全性高,绿色环保,易于连续化生产。附图说明
[0033] 图1是以聚乙烯醇为粘合剂的非金属推进剂DTG曲线;
[0034] 图2是含1%炭黑的非金属推进剂DTG曲线;
[0035] 图3是以聚乙烯醇为粘合剂含5%铝的金属推进剂DTG曲线;
[0036] 图4是含1%炭黑、5%铝的金属推进剂DTG曲线;
[0037] 图5是(a)非金属推进剂、(b)含1%炭黑的非金属推进剂、(c)含5%铝金属推进剂、(d)含1%炭黑和5%铝的金属推进剂TGA曲线的叠加

具体实施方式

[0038] 下面结合实施例对本发明作进一步说明,但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的保护范围内。
[0039] 实施例1:
[0040] 一种含铝富燃料电点火固体推进剂,其特征在于,包括若干种配方,所述配方如表1所示;
[0041] 表1
[0042]
[0043]
[0044] 所述添加剂包括玉米糖浆、羟基硅油、甘油以及磷酸三丁酯中的一种或两种;
[0045] 将称量好的原料进行以下步骤:
[0046] 1)硝酸羟胺的处理
[0047] 将原料中的硝酸羟胺配置成浓度为15%的硝酸羟胺水溶液,并将配置好的溶液置于50℃条件下进行旋蒸,得到浓度为93.2%的硝酸羟胺水溶液;
[0048] 2)聚乙烯醇的热处理
[0049] 将原料中的聚乙烯醇置于热风循环干燥箱中进行热处理;
[0050] 所述热处理的温度范围为110℃,所述热处理的时间范围为4小时;
[0051] 3)推进剂的制备
[0052] 3.1)在室温条件下,将步骤1)中得到的浓缩后的硝酸羟胺溶液、步骤2)中得到的热处理后的聚乙烯醇和其余原料,加入到反应器中,真空搅拌,得到搅拌均匀的药浆;
[0053] 所述搅拌速率范围为200转/分钟;所述搅拌时间范围为1小时;
[0054] 3.2)将步骤3.1)中得到的搅拌均匀的药浆在常压或真空条件下,灌注至燃烧室或模具,在38℃热风循环干燥箱中7天后,得到固化成型的产品。
[0055] 如图1所示为本实施例中以聚乙烯醇为粘合剂的非金属推进剂DTG曲线;
[0056] 将本实施例中得到的固体推进剂的性能进行测定,测定结果如表2所示;
[0057] 表2
[0058]
[0059]
[0060] 实施例2:
[0061] 一种含铝富燃料电点火固体推进剂,其特征在于,包括若干种配方,所述配方如表3所示;
[0062] 表3
[0063]
[0064] 所述添加剂包括玉米糖浆、羟基硅油、甘油以及磷酸三丁酯中的一种或两种;
[0065] 将称量好的原料进行以下步骤:
[0066] 1)硝酸羟胺的处理
[0067] 将原料中的硝酸羟胺配置成浓度为15%的硝酸羟胺水溶液,并将配置好的溶液置于60℃条件下进行旋蒸,得到浓度为93.2%的硝酸羟胺水溶液;
[0068] 2)聚乙烯醇的热处理
[0069] 将原料中的聚乙烯醇置于热风循环干燥箱中进行热处理;
[0070] 所述热处理的温度范围为110℃,所述热处理的时间范围为4小时;
[0071] 3)推进剂的制备
[0072] 3.1)在室温条件下,将步骤1)中得到的浓缩后的硝酸羟胺溶液、步骤2)中得到的热处理后的聚乙烯醇和其余原料,加入到反应器中,真空搅拌,得到搅拌均匀的药浆;
[0073] 所述搅拌速率范围为300转/分钟;所述搅拌时间范围为0.5小时;
[0074] 3.2)将步骤3.1)中得到的搅拌均匀的药浆在常压或真空条件下,灌注至燃烧室或模具,在45℃热风循环干燥箱中7天后,得到固化成型的产品。
[0075] 如图2所示为含1%炭黑的非金属推进剂DTG曲线;
[0076] 将本实施例中得到的固体推进剂的性能进行测定,测定结果如表4所示;
[0077] 表4
[0078]3
密度/g/cm 1.62
燃速/mm/s 1.77
燃气平均分子量/g/mol 24.65
燃烧温度/℃ 1907
残渣率/% 5.0
药浆试用期 >2小时
[0079] 实施例3:
[0080] 一种含铝富燃料电点火固体推进剂,其特征在于,包括若干种配方,所述配方如表5所示;
[0081] 表5
[0082]
[0083] 所述添加剂包括玉米糖浆、羟基硅油、甘油以及磷酸三丁酯中的一种或两种;
[0084] 将称量好的原料进行以下步骤:
[0085] 1)硝酸羟胺的处理
[0086] 将原料中的硝酸羟胺配置成浓度为15%的硝酸羟胺水溶液,并将配置好的溶液置于60℃条件下进行旋蒸,得到浓度为93.2%的硝酸羟胺水溶液;
[0087] 2)聚乙烯醇的热处理
[0088] 将原料中的聚乙烯醇置于热风循环干燥箱中进行热处理;
[0089] 所述热处理的温度范围为110℃,所述热处理的时间范围为4小时;
[0090] 3)推进剂的制备
[0091] 3.1)在室温条件下,将步骤1)中得到的浓缩后的硝酸羟胺溶液、步骤2)中得到的热处理后的聚乙烯醇和其余原料,加入到反应器中,真空搅拌,得到搅拌均匀的药浆;
[0092] 所述搅拌速率范围为300转/分钟;所述搅拌时间范围为0.5小时;
[0093] 3.2)将步骤3.1)中得到的搅拌均匀的药浆在常压或真空条件下,灌注至燃烧室或模具,在45℃热风循环干燥箱中7天后,得到固化成型的产品。
[0094] 如图3所示为以聚乙烯醇为粘合剂含5%铝的金属推进剂DTG曲线;
[0095] 将本实施例中得到的固体推进剂的性能进行测定,测定结果如表6所示;
[0096] 表6
[0097]密度/g/cm3 1.61
燃速/mm/s 1.79
燃气平均分子量/g/mol 24.82
燃烧温度/℃ 2035
残渣率/% 5.7
药浆试用期 >2小时
[0098] 实施例4:
[0099] 一种含铝富燃料电点火固体推进剂,其特征在于,包括若干种配方,所述配方如表7所示;
[0100] 表7
[0101]
[0102]
[0103] 所述添加剂包括玉米糖浆、羟基硅油、甘油以及磷酸三丁酯中的一种或两种;
[0104] 将称量好的原料进行以下步骤:
[0105] 1)硝酸羟胺的处理
[0106] 将原料中的硝酸羟胺配置成浓度为15%的硝酸羟胺水溶液,并将配置好的溶液置于60℃条件下进行旋蒸,得到浓度为93.2%的硝酸羟胺水溶液;
[0107] 2)聚乙烯醇的热处理
[0108] 将原料中的聚乙烯醇置于热风循环干燥箱中进行热处理;
[0109] 所述热处理的温度范围为110℃,所述热处理的时间范围为4小时;
[0110] 3)推进剂的制备
[0111] 3.1)在室温条件下,将步骤1)中得到的浓缩后的硝酸羟胺溶液、步骤2)中得到的热处理后的聚乙烯醇和其余原料,加入到反应器中,真空搅拌,得到搅拌均匀的药浆;
[0112] 所述搅拌速率范围为300转/分钟;所述搅拌时间范围为0.5小时;
[0113] 3.2)将步骤3.1)中得到的搅拌均匀的药浆在常压或真空条件下,灌注至燃烧室或模具,在45℃热风循环干燥箱中7天后,得到固化成型的产品。
[0114] 如图4所示为含1%炭黑、5%铝的金属推进剂DTG曲线;
[0115] 将本实施例中得到的固体推进剂的性能进行测定,测定结果如表8所示;
[0116] 表8
[0117]
[0118]
[0119] 实施例5:
[0120] 一种含铝富燃料电点火固体推进剂,其特征在于,包括若干种配方,所述配方如表9所示;
[0121] 表9
[0122]
[0123] 所述添加剂包括玉米糖浆、羟基硅油、甘油以及磷酸三丁酯中的一种或两种;
[0124] 将称量好的原料进行以下步骤:
[0125] 1)硝酸羟胺的处理
[0126] 将原料中的硝酸羟胺配置成浓度为15%的硝酸羟胺水溶液,并将配置好的溶液置于60℃条件下进行旋蒸,得到浓度为93.2%的硝酸羟胺水溶液;
[0127] 2)聚乙烯醇的热处理
[0128] 将原料中的聚乙烯醇置于热风循环干燥箱中进行热处理;
[0129] 所述热处理的温度范围为110℃,所述热处理的时间范围为4小时;
[0130] 3)推进剂的制备
[0131] 3.1)在室温条件下,将步骤1)中得到的浓缩后的硝酸羟胺溶液、步骤2)中得到的热处理后的聚乙烯醇和其余原料,加入到反应器中,真空搅拌,得到搅拌均匀的药浆;
[0132] 所述搅拌速率范围为300转/分钟;所述搅拌时间范围为0.5小时;
[0133] 3.2)将步骤3.1)中得到的搅拌均匀的药浆在常压或真空条件下,灌注至燃烧室或模具,在45℃热风循环干燥箱中7天后,得到固化成型的产品。
[0134] 如图5所示,(a)非金属推进剂、(b)含1%炭黑的非金属推进剂、(c)含5%铝金属推进剂、(d)含1%炭黑和5%铝的金属推进剂TGA曲线的叠加。
[0135] 将本实施例中得到的固体推进剂的性能进行测定,测定结果如表10所示;
[0136] 表10
[0137]3
密度/g/cm 1.68
燃速/mm/s 1.74
燃气平均分子量/g/mol 24.67
燃烧温度/℃ 2026
残渣率/% 5.5
药浆试用期 >2小时
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