一种新型RNX推进剂及其制备方法

本发明涉及一种烟火推进剂领域；尤其涉及一种新型rnx推进剂及其制备方法。

背景技术：

1、理查德·纳卡实验火箭推进剂，即richard nakka experimental rocketpropellant，英文缩写为rnx，是一种著名的烟火推进剂。rnx推进剂是业余火箭领域燃料树脂化的典型代表。它的氧化剂仍为硝酸钾，但粘结剂不再使用糖类，而是换成了环氧树脂，且配方中含有大量的fe2o3作为燃烧催化剂。与传统的硝酸钾/糖类烟火推进剂相比，rnx是一种成熟可靠的烟火推进剂，具有制作简单、安全性高、事故概率低、产品一致性好、廉价易得等优势。目前，成熟的rnx推进剂的配方为：22％[环氧树脂+固化剂]、70％硝酸钾和8％fe2o3粉末。

2、但是，这种rnx推进剂也存在一定问题。首先，环氧树脂及其固化剂的粘度非常高，特别是rnx推进剂中的固含量达到了78％，这导致将kno3和fe2o3加入到环氧树脂和固化剂中后，难以分散均匀；即便用很长时间将其捏合均匀后，仍然会出现物料失去流动性而无法浇筑的问题。第二，配方中含有过多的fe2o3。事实上，用nasa-cea2软件进行热力学计算模拟后发现，这些fe2o3是真正的催化剂，其在燃烧反应前后几乎不发生化学反应。所以，这8％的fe2o3是惰性物质，不但增加了推进剂体系的无用固含量而恶化了工艺性能，也降低了推进剂整体的能量性能。第三，rnx推进剂与普通的硝糖推进剂不同，它是一个纯粹的复合体系；在燃烧过程中，硝酸钾对树脂基体的氧化能力不强，并且普通的fe2o3的催化性能又一般，这导致rnx推进剂的燃速(rb)非常低，通常为rb≤1mm/s。因此，目前的rnx推进剂都存在产气量不足的问题，难以应用在ф≤30mm的小型发动机中，只能用在中型和大型发动机中。第四，kno3是一种易吸潮的物质，其在高湿度的环境中将大量吸潮导致推进剂解体；因此，如何降低rnx推进剂中kno3的吸湿性，也是一个待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种新型rnx推进剂及其制备方法。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明涉及一种新型rnx推进剂，其配方为：a配方或b配方；

4、其中，

5、a配方包括以下质量份数的各组分：

6、粘结剂：15～25份；增塑剂：1～10份；氧化剂：73份；催化剂：2份；

7、b配方包括以下质量份数的各组分：

8、粘结剂：15～25份；氧化剂：73份；催化剂：2份；工艺助剂：1～10份。

9、优选地，所述粘结剂为环氧树脂e44和固化剂650；氧化剂为kno3；催化剂为液体的叔丁基二茂铁；增塑剂为己二酸二辛酯；工艺助剂为丙酮。

10、优选地，所述粘结剂中环氧树脂e44占50％，固化剂650占50％。环氧树脂e44和固化剂650均是廉价易得的物质。

11、优选地，所述增塑剂为己二酸二辛酯的纯度≥95％。己二酸二辛酯(doa)，cas号：123-79-5，纯度≥95％，是一种廉价易得的物质。

12、优选地，所述氧化剂中超细kno3占25％，普通kno3占75％。

13、优选地，所述超细kno3的粒度为d50，d50为3～5μm；所述普通kno3的粒度为16目。另外，超细kno3和普通kno3按比例混合后，还要进行疏水性包覆处理。

14、优选地，所述催化剂的纯度≥95％。催化剂为一种液体二茂铁，名称为叔丁基二茂铁(cas号：1316-98-9)，纯度≥95％。这是一种廉价易得的物质，催化效果远高于固体fe2o3粉末。而且这种无挥发性的液体催化剂也增加了粘结体系的质量分数，从而使得推进剂浆料具有更好的流动性，这是固体催化剂fe2o3无法达到的效果。

15、本发明还涉及前述的新型rnx推进剂的制备方法，包括以下步骤：

16、第一步：超细kno3的制备：将一定量的粗颗粒kno3放入球磨机中，加入适量石油醚，再加入适量ф＝3mm的氧化铝珠，然后封闭球磨机；开启球磨机，将球磨机的转速调整到350rpm，球磨2小时后，关机、取料，洗涤、抽滤、干燥后，得到超细kno3；

17、第二步：制备疏水性混合kno3粉末：将少量硬脂酸完全溶解在一定量的二氯甲烷中，然后将一定量按照25:75质量比混合的超细kno3和普通kno3粉末加入到上述溶液中，一边超声一边用玻璃棒搅拌成稀泥状的混合物，混合20分钟后，物料基本均匀，然后将该稀泥状混合物放入一个较大的培养皿中，并放入水浴烘箱中，50℃烘24小时后，得到包覆过的疏水性混合kno3粉末；

18、第三步：制备rnx推进剂：将一定量的环氧树脂、固化剂、增塑剂、叔丁基二茂铁和丙酮依次加入到小型捏合机中，密封捏合机(防止丙酮挥发)，捏合一段时间，待上述材料混合均匀后，分几批向其中加入一定量的疏水性混合kno3粉末。密封捏合机(防止丙酮挥发)，捏合2小时后，物料基本混合均匀，得到可以缓慢流动的稀泥状混合物。然后，将该混合物浇筑到模具中。浇筑完后，将模具在室温下静置一段时间，然后放入真空烘箱中，将烘箱密封，在室温下开启真空泵抽真空，控制烘箱中的真空度≤0.02mpa。这样，丙酮会在树脂未固化时全部挥发出来，且不会留下气孔。一段时间后，将温度设定到40～50℃继续真空干燥45小时，得到实施例1制备的新型rnx推进剂药柱。

19、本发明具有以下优点：

20、(1)本发明制备得到的新型rnx推进剂，采用的催化剂为叔丁基二茂铁，其纯度≥95％，该催化效果远高于固体fe2o3粉末；另外无挥发性的液体催化剂也增加了粘结体系的质量分数，从而使得推进剂浆料具有更好的流动性，使得本发明新型rnx推进剂具有较高的燃速。

21、(2)本发明制备得到的新型rnx推进剂，第一，包覆过的疏水性混合kno3粉末，使得kno3的吸水性大大降低，由于组成rnx推进剂的物质只有kno3的吸湿的，而且在rnx推进剂中kno3的含量占到了73％，因此对kno3进行疏水性包覆后，用其制备的rnx推进剂的吸湿性也相应降低。第二，部分硝酸钾被超细化后，会使得rnx推进剂的燃速增加。其实，提高rnx推进剂燃速在工程上是一件很难做到的事。在本发明中，之所以新型rnx推进剂的燃速要高于传统rnx推进剂，这是硝酸钾细化和高效催化剂叔丁基二茂铁共同作用的结果。第三点，新型rnx推进剂燃温降低，主要是应用了高效催化剂叔丁基二茂铁的原因。第四点，由于新rnx推进剂配方中的kno3含量比传统rnx中硝酸钾含量高3％，这使得rnx推进剂具有更高的产气量，这是造成其比冲和特征速度更高的根本原因。

22、(3)本发明制备方法简单，成本低，重复率高，安全系数高等优点。

技术特征：

1.一种新型rnx推进剂，其特征在于，该推进剂的配方为a配方或b配方；

2.如权利要求1所述的新型rnx推进剂，其特征在于，所述粘结剂为环氧树脂e44和固化剂650；氧化剂为kno3；催化剂为液体的叔丁基二茂铁；增塑剂为己二酸二辛酯；工艺助剂为丙酮。

3.如权利要求1所述的新型rnx推进剂，其特征在于，所述粘结剂中环氧树脂e44占50％，固化剂650占50％。

4.如权利要求1所述的新型rnx推进剂，其特征在于，所述增塑剂为己二酸二辛酯的纯度≥95％。

5.如权利要求1所述的新型rnx推进剂，其特征在于，所述氧化剂中超细kno3占25％，普通kno3占75％。

6.如权利要求5所述的新型rnx推进剂，其特征在于，所述超细kno3的粒度为3～5μm；所述普通kno3的粒度为16目。

7.如权利要求1所述的新型rnx推进剂，其特征在于，所述催化剂的纯度≥95％。

8.一种如权利要求1所述的新型rnx推进剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明提供了一种新型RNX推进剂及其制备方法；包括以下A配方或B配方；A配方包括以下质量份数的各组分：粘结剂：15～25份；增塑剂：1～10份；氧化剂：73份；催化剂：2份；B配方包括以下质量份数的各组分：粘结剂：15～25份；氧化剂：73份；催化剂：2份；工艺助剂：1～10份。本发明还涉及前述RNX推进剂的制备方法。本发明制备得到的新型RNX推进剂，采用的催化剂为叔丁基二茂铁，其纯度≥95％，该催化效果远高于固体Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉末；另外无挥发性的液体催化剂也增加了粘结体系的质量分数，从而使得推进剂浆料具有更好的流动性，使得本发明新型RNX推进剂具有较高的燃速。技术研发人员：宋小兰,王毅,贾康辉,宋丹,安崇伟受保护的技术使用者：中北大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29