一种含铝富燃料电点火固体推进剂及其制备方法 |
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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: |
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说明书全文 | 一种含铝富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。 [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%的硝酸羟胺水溶液,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; [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; [0022] 进一步,所述原料中的硝酸羟胺为市售的无色晶体。 [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。 [0029] 本发明的技术效果是毋庸置疑的,本发明具有以下优点: [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; [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 [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 |