(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 110204408 A(43)申请公布日 2019.09.06
(21)申请号 201910594637.0(22)申请日 2019.07.03
(71)申请人 江西航天经纬化工有限公司
地址 343000 江西省吉安市泰和县苏溪黄
坑(72)发明人 敖维坚 李强 王中煌 (74)专利代理机构 南昌卓尔精诚专利代理事务
所(普通合伙) 36133
代理人 陈志辉(51)Int.Cl.
C06D 5/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页
(54)发明名称
一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂及其制备方法
(57)摘要
本发明属于复合固体推进剂制造领域，公开了一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂，该固体推进剂包括惰性填料、金属粉末、粘合剂、增塑剂、固化剂、键合剂和防老剂；还公开了其制备方法，固体原材料预烘：细沙过20目不锈钢筛网，除去大颗粒杂物；铝粉过40目不锈钢筛网；预混：在一定温湿度的工房内，预混机进行预混；混合：将细沙加入经预混的含铝粉的粘合剂浆料中，经机械力捏合、搅拌使粘合剂浆料涂敷在固体粒子表面；浇注：将推进剂药浆浇注在发动机壳体内；固化：推进剂完成交联固化反应；脱模和整形：将芯模从发动机中脱除。本发明，满足不同密度要求的惰性推进剂需求，通过调整键合剂含量以及配方参数，调节推进剂力学性能。
CN 110204408 ACN 110204408 A
权 利 要 求 书
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1.一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂，其特征在于，该固体推进剂包括惰性填料、金属粉末、粘合剂、增塑剂、固化剂、键合剂和防老剂；
以固体推进剂的总质量为100%计算，固体推进剂中各组分的质量分数为：惰性填料40%金属粉末10%~30%，粘合剂20%~30%，增塑剂3%~5%，固化剂1%~3%，键合剂0.2%~0.5%，防~60%，老剂0.5%。
2.根据权利要求1所述的一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂，其特征在于，所述惰性填料为细沙，细沙采用普通河沙，过20目筛。
3.根据权利要求1所述的一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂，其特征在于，所述金属粉末为铝粉，铝粉为球形特细铝粉，直径为13±2μm或29±3μm。
4.根据权利要求1所述的一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂，其特征在于，所述粘合剂为端羟基聚丁二烯，端羟基聚丁二烯羟值为0.47mmol/g~0.70mmol/g。
5.根据权利要求1所述的一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂，其特征在于，所述增塑剂为癸二酸二异辛酯，固化剂为甲苯二异氰酸酯，防老剂为N,N-二苯基对苯二胺。
6.一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）、固体原材料预烘：细沙过20目不锈钢筛网，除去大颗粒杂物，60℃~70℃下预烘4天左右，水含量＜0.15%，水含量不合格，可延长预烘时间至细沙水含量满足要求；铝粉过40目不锈钢筛网，60℃~70℃下预烘12h以上；
2）、预混：在一定温湿度的工房内，控制物料温度50℃~60℃，将粘合剂、增塑剂、键合剂、惰性填料和防老剂用预混机进行预混；
3）、混合：将细沙加入经预混的含铝粉的粘合剂浆料中，经机械力捏合、搅拌使粘合剂浆料涂敷在固体粒子表面；
4）、浇注：采用真空浇注法在40℃~60℃下，将推进剂药浆浇注在发动机壳体内，浇注缸内余压≤10mmHg；
5）、固化：在60℃~70℃下固化6~7天，推进剂完成交联固化反应；6）、脱模和整形：将芯模从发动机中脱除，根据药柱型面尺寸要求进行整形。7.根据权利要求6所述的一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中，预混的工房的温湿度：20℃±5℃，相对湿度≤60%。
8.根据权利要求6所述的一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂的制备方法，其特征在于，步骤3）中，混合过程中工房温湿度：20℃±5℃，相对湿度≤60%；混合机桨叶需交替进行正、反转搅拌药浆80min~100min；药浆混合温度为40℃~60℃。
9.根据权利要求8所述的一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂的制备方法，其特征在于，步骤5）中，固化时需要加入固化剂。
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说 明 书
一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂及其制备方法
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技术领域
[0001]本发明属于复合固体推进剂制造领域，具体是一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂及其制备方法。
背景技术
[0002]为保证安全，训练、展览以及模态试验用导弹（火箭弹）固体发动机需使用惰性推进剂装药。惰性推进剂中不添加高氯酸铵等氧化剂，通常加入不能燃烧的无机物，配方中氧含量极低，不能点燃，在摩擦、撞击以及外来能量激发下，也不会发生燃烧。[0003]目前，惰性推进剂中加入的无机物多为金属氯化物（如Nacl食盐），在使用过程中，主要存在以下几方面问题：（1）金属氯化物容易吸潮，而推进剂组分中的HTPB/TDI固化体系对水分敏感。推进剂制造过程中金属氯化物水分处理不当，容易造成推进剂药浆工艺性能恶化，影响推进剂药浆浇注，造成推进剂药柱内部产生气孔。（2）采用金属氯化物的惰性推进剂贮存过程中，如果暴露在空气中或发动机密封不到位，惰性药中金属氯化物容易吸潮，使得药柱表面出现“渗水”情况，影响药柱力学性能。发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂及其制备方法，针对与目前惰性推进剂多添加金属氯化物造成推进剂制造以及贮存过程中存在的问题，该惰性丁羟复合固体推进剂采用细沙作为固体填料，解决了推进剂制造过程中水分控制以及推进剂药面“吸潮”的问题，且价格低廉，采购方便，以解决上述背景技术中提出的问题。[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂，该固体推进剂包括惰性填料、金属粉末、粘合剂、增塑剂、固化剂、键合剂和防老剂；
以固体推进剂的总质量为100%计算，固体推进剂中各组分的质量分数为：惰性填料40%金属粉末10%~30%，粘合剂20%~30%，增塑剂3%~5%，固化剂1%~3%，键合剂0.2%~0.5%，防~60%，老剂0.5%。
[0006]作为本发明进一步的方案：所述惰性填料为细沙，细沙采用普通河沙，过20目筛。[0007]作为本发明进一步的方案：所述金属粉末为铝粉，铝粉为球形特细铝粉，直径为13±2μm或29±3μm。
[0008]作为本发明进一步的方案：所述粘合剂为端羟基聚丁二烯，端羟基聚丁二烯羟值为0.47mmol/g~0.70mmol/g。
[0009]作为本发明进一步的方案：所述增塑剂为癸二酸二异辛酯，固化剂为甲苯二异氰酸酯，防老剂为N,N-二苯基对苯二胺。
[0010]一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂的制备方法，包括如下步骤：
1）、固体原材料预烘：细沙过20目不锈钢筛网，除去大颗粒杂物，60℃~70℃下预烘4天左右，水含量＜0.15%，水含量不合格，可延长预烘时间至细沙水含量满足要求；铝粉过40目
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说 明 书
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不锈钢筛网，60℃~70℃下预烘12h以上；
2）、预混：在一定温湿度的工房内，控制物料温度50℃~60℃，将粘合剂、增塑剂、键合剂、惰性填料和防老剂用预混机进行预混，避免在混合过程中固体含量增高，出现小组份混合不均匀的情况；
3）、混合：将细沙加入经预混的含铝粉的粘合剂浆料中，经机械力捏合、搅拌使粘合剂浆料涂敷在固体粒子表面；
4）、浇注：采用真空浇注法在40℃~60℃下，将推进剂药浆浇注在发动机壳体内，浇注缸内余压≤10mmHg；
5）、固化：在60℃~70℃下固化6~7天，推进剂完成交联固化反应；6）、脱模和整形：将芯模从发动机中脱除，根据药柱型面尺寸要求进行整形。[0011]作为本发明进一步的方案：步骤2）中，预混的工房的温湿度：20℃±5℃，相对湿度≤60%。
[0012]作为本发明进一步的方案：步骤3）中，混合过程中工房温湿度：20℃±5℃，相对湿度≤60%；混合机桨叶需交替进行正、反转搅拌药浆80min~100min；药浆混合温度为40℃~60℃。
[0013]作为本发明再进一步的方案：步骤5）中，固化时需要加入固化剂。[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用细沙作为惰性推进剂中的固体填料。细沙是天然石在自然状态下，经过水或风等长时间作用力产生的，主要成分为二氧化硅和硅酸盐类化合物，不会与推进剂中其它组份产生不良的化学反应，影响推进剂性能。相比金属氯化物（如Nacl食盐），二氧化硅和硅酸盐类化合物的不易吸潮，因此有利于惰性推进剂生产过程中水分控制，同时采用惰性推进剂药面也不容易吸潮，出现药柱表面“渗水”情况。在价格上，细沙也比其他类型化工填料低廉，且采购便捷，通过改变推进剂中细沙和铝粉的含量，实现惰性推进剂密度1.60g/cm3-1.85 g/cm3内调整，满足不同密度要求的惰性推进剂需求，通过调整键合剂含量以及配方参数，调节推进剂力学性能，满足不同力学性能要求的推进剂需求。具体实施方式
[0015]下面将结合本发明实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0016]本发明中，一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂，所述推进剂为丁羟固体推进剂，采用细沙替代氧化剂，推进剂不能燃烧，保证推进剂惰性。推进剂总质量以100%，各组分及其质量百分数见表1：
表1 低成本惰性丁羟复合固体推进剂基础配方序号原材料名称代 号质量配比（%）用 途1细沙SA40% ~ 60%惰性填料2铝粉AL10% ~ 30%金属粉末3端羟基聚丁二烯HTPB20% ~ 30%粘合剂
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癸二酸二异辛酯DOS3% ~ 5%增塑剂甲苯二异氰酸酯TDI1% ~ 3%固化剂键合剂JHJ0.2% ~ 0.5%键合剂N,N-二苯基对苯二胺H0.5%防老剂
所述推进剂的固体含量为细沙、铝粉质量之和，推进剂力学性能通过配方参数调节，配方参数计算公式为：RT = n(NCO-)/n(OH-) × 100%，其中：n(NCO-)：固化剂TDI中异氰酸根摩尔数；n(OH-)：粘合剂HTPB中羟基摩尔数。[0017]所述的细沙采用普通河沙，过20目筛；铝粉为球形特细铝粉，（13±2）μm或（29±3）μm；端羟基聚丁二烯羟值为0.47 mmol/g ~0.70 mmol/g。
[0018]本发明中一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂的制备方法，包括如下步骤：
1.固体原材料预烘：
细沙过20目不锈钢筛网，除去大颗粒杂物，60℃~70℃下预烘4天左右，水含量＜0.15%，水含量不合格，可延长预烘时间至细沙水含量满足要求。[0019]铝粉过40目不锈钢筛网，60℃~70℃下预烘12 h以上。[0020]2. 预混：原材料混合前部分材料需进行预混。工房的温湿度：20℃±5℃，相对湿度≤60%下，控制物料温度50℃~60℃，将HTPB、增塑剂、键合剂、AL粉、防老剂用预混机进行预混，避免在混合过程中固体含量增高，出现小组份混合不均匀的情况。[0021]3. 混合：将细沙加入经预混的含铝粘合剂浆料中，经机械力捏合、搅拌使粘合剂浆料涂敷在固体粒子表面的过程。混合过程中工房温湿度：20℃±5℃，相对湿度≤60%；混合机桨叶需交替进行正、反转搅拌药浆80 min ~100min；药浆混合温度为40℃~60℃。[0022]4. 浇注：采用真空浇注法在40℃~60℃下，将推进剂药浆浇注在发动机壳体内。浇注缸内余压≤10mmHg。[0023]5. 固化：在60℃~70℃下固化6~7天，固化时需要加入固化剂，推进剂完成交联固化反应。[0024]6. 脱模和整形：将芯模从发动机中脱除，根据药柱型面尺寸要求进行整形。[0025]本发明中，一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂，采用三种实施例对本申请中固体推进剂的配方进行说明，具体配比见表2：
表2 低成本惰性丁羟复合固体推进剂配方
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现结合实施例2对一种低成本惰性丁羟复合固体推进剂的制备方法进行说明：推进剂制备方法包括以下工序：（1）原材料预烘：根据惰性推进剂制备要求，细沙过20目不锈钢筛网，除去大颗粒杂物，60℃~70℃下预烘4天左右，水含量＜0.15%。铝粉过40目不锈钢筛网，60℃~70℃下预烘12 h以上。
[0026]（2）预混合：将HTPB、DOS、JHJ、H和Al粉在40℃~60℃预混30 min得到预混浆液，预混过程中工房的温湿度：20℃±5℃，相对湿度≤60%；
（3）混合：混合过程中工房温湿度：20℃±5℃，相对湿度≤60%；按照表3混合工艺进行混合：
表3 惰性丁羟复合固体推进剂混合工艺
（4）浇注：采用真空浇注法在40℃~60℃下将惰性推进剂药浆浇注至发动机壳体内，浇注缸内余压≤10mmHg；
（5）固化：在65±2℃下固化5天，完成交联固化反应；（6）脱模和整形：将芯模从固化好的发动机拔出，发动机药型按技术要求进行整形。[0027]上述低燃速高能量丁羟推进剂固体含量73.5%，固化参数为1.25。推进剂药浆粘度
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增长缓慢，工艺性能良好，力学性能优良，性能情况见表4。[0028]表4惰性丁羟复合固体推进剂性能
本发明提供的丁羟复合固体推进剂中采用成本低廉的细沙取代氧化剂，推进剂不能燃烧，惰性好，成本低廉。推进剂药浆流平性好，具有良好的力学性能，可满足训练、展览及模态试验用导弹（火箭弹）固体发动机惰性装药。根据惰性丁羟复合固体推进剂密度要求，
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。[0029]此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
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