一种快速响应的碳氢推进剂及其制备方法与流程

本发明涉及推进剂，具体涉及一种快速响应的碳氢推进剂及其制备方法。

背景技术：

1、碳氢推进剂是以固体碳氢燃料作为主要燃料的推进剂，碳氢推进剂的燃烧分解温度低，分解产生的小分子碳氢碎片容易燃烧，而且燃气清沽，残渣少，发动机羽流烟雾小，可以满足导弹少烟或无烟的要求。然而，由于碳氢推进剂采用异氰酸酯固化体系，固化过程对水较为敏感，推进剂容易因为气候条件湿度影响导致推进剂产生结构缺陷或性能偏差，并且异氰酸酯固化的制造周期较长，制约了其批产规模，限制了基于异氰酸酯体系的碳氢推进剂的产品装备。

2、热塑性粘合剂由于取消了推进剂制造过程中的固化交联反应，避免了传统推进剂制造中因固化交联反应带来的一系列问题，特别是重要组分的化学相容性及药浆适用期问题。热塑性粘合剂拥有可逆的固化体系，根据热塑性粘合剂的特性确定的推进剂研制模式和生产工艺与传统推进剂存在本质区别，工艺过程简单，生产周期短，易于实现推进剂的大批量连续化生产。

3、zl 201510940390.5公开了一种热塑性碳氢推进剂组合物，采用硬段单体为含苯聚酯与3,3-双叠氮甲基氧杂环丁烷，软段单体为分子量为800～4000的聚乙二醇，链接剂为异氰酸酯的热塑性粘合剂，实现了推进剂的快速响应；然而由于粘合剂与固体填料之间的界面作用较弱，导致推进剂强度较低，并且由于推进剂所采用的碳氢燃料大都具有升华特性，推进剂无法长期储存；另外，zl 201510940390.5所采用的粘合剂为自行制备，制备粘合剂的原材料都为特制原材料且合成工艺复杂，前期需要进行大量的准备工作，推进剂的制备总周期依然较长，推进剂制作成本较高，难以满足大规模批量化制备的需求；同时目前采用聚氨酯固化体系制备碳氢推进剂时容易受环境温湿度影响，存在环境适应性差的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的第一个目的是提供一种快速响应的碳氢推进剂，该碳氢推进剂采用熔融温度为80℃的丁苯橡胶作为粘合剂基体并采用分子量为2000～2500液体pb作为辅助粘合剂，保证推进剂混合工艺性能的同时，提高了碳氢燃料体系与粘合剂之间的粘接性能，提升了推进剂的力学性能；而且本发明采用非聚氨酯粘合剂体系，解决了聚氨酯固化体系固化受环境温湿度影响的问题，推进剂强度受环境影响小。

2、本发明的第二个目的是提供一种快速响应的碳氢推进剂的制备方法，该方法由于取消了固化交联反应，推进剂的制备不需要长时间保温固化过程，生产周期短能耗低、成本低。

3、本发明所采用的第一个技术方案是：一种快速响应的碳氢推进剂，按质量百分比包括以下组分：

4、复合碳氢燃料：26～40％；

5、氧化剂：30～35％；

6、金属燃料：8～15％；

7、粘合剂：18～23％；

8、工艺助剂：0.1～1.6％；

9、所述粘合剂为丁苯橡胶与聚丁二烯的组合。

10、优选地，所述复合碳氢燃料以多孔聚苯乙烯为基体，在复合助剂丙烯酸聚乙二醇单丁醚酯/丙烯腈/烯丙胺/丙烯醇/丙烯酸羟乙酯共聚物的作用下，将笼型碳氢化合物五环[5.4.0.02,6.03,10.05,9]十一烷与多孔聚苯乙烯复合制备得到。

11、优选地，所述复合碳氢燃料的粒径为20～50μm。

12、优选地，所述氧化剂为高氯酸铵、高氯酸钾中的一种或多种。

13、优选地，所述金属燃料为铝粉、镁粉、硼粉中的一种或多种。

14、优选地，所述丁苯橡胶与聚丁二烯的质量比为8:1～10:1。

15、优选地，所述聚丁二烯的分子量为2000～2500。

16、优选地，所述工艺助剂为聚丙烯酸铁、三[1-(2-甲基)氮丙啶基]氧化膦、n,n-二苯基对苯二胺、n-苯基-2-萘胺、n-苯基-n-环己烷基对苯二胺中的一种或多种。

17、本发明所采用的第二个技术方案是：一种如第一个技术方案中所述碳氢推进剂的制备方法，包括以下步骤：

18、s1、在干燥的环境中称量各组分，待用；

19、s2、将工艺助剂加入到聚丁二烯中混匀，得到预混药浆；将所述预混药浆、丁苯橡胶、金属燃料、复合碳氢燃料、氧化剂依次加入到混合机中进行混合，得到碳氢推进剂药浆，出料；

20、s3、将所述碳氢推进剂药浆加入到双螺杆挤出机进行造粒，得到碳氢推进剂药粒。

21、优选地，所述碳氢推进剂的制备方法还包括以下步骤：

22、称量所述碳氢推进剂药粒并加入到模具中，加热至熔融，抽真空；在干燥环境中降温至常温，即制得碳氢推进剂产品。

23、上述技术方案的有益效果：

24、(1)本发明公开的一种快速响应的碳氢推进剂将具有高密度、高能量性能但具有升华特性的pcu系列化合物采用多孔结构的聚丙烯进行吸附，pcu的升华被抑制，稳定性大大增强；同时采用热塑性粘合剂，以热熔融的方式混合推进剂组分并采用自然冷却成型方式制备推进剂，解决了聚氨酯固化体系固化受环境温湿度影响的问题，推进剂强度受环境影响小；而且由于生产过程中不存在聚氨酯反应，推进剂的制备不需要长时间保温固化过程，推进剂生产周期大幅缩短。

25、(2)本发明公开的一种快速响应的碳氢推进剂采用热塑性固化体系，解决了易吸湿组分在推进剂配方中应用的问题，而且由于生产过程中不存在聚氨酯反应，解决了聚氨酯固化体系固化受环境温湿度影响的问题，推进剂强度受环境影响小，推进剂制备不需要长时间保温固化过程，推进剂生产周期大幅缩短。

26、(3)本发明公开的一种快速响应的碳氢推进剂制备方法中采用预制方式，先将碳氢推进剂预制成碳氢推进剂药粒，装药时直接将碳氢推进剂药粒置于模具中热熔融降温固化成型，省略了浇注等工艺过程，工艺过程得到简化，碳氢推进剂制造受模具影响小，实现了碳氢推进剂装药快速响应。

27、(4)本发明采用吸附型碳氢燃料体系，将具有优良燃烧性能的小分子pcu化合物以多孔结构碳氢基体吸附，碳氢燃料稳定性大幅增强，推进剂贮存性能大幅增强。

28、(5)本发明采用采用熔融温度为80℃的丁苯橡胶作为粘合剂基体并采用分子量为2000～2500液体pb作为辅助粘合剂，保证推进剂混合工艺性能的同时，，提高了碳氢燃料体系与粘合剂之间的粘接性能，提升了推进剂的力学性能。

29、(6)本发明采用复合碳氢燃料体系，推进剂燃烧过程中，在较高温度下，pcu从多孔结构中逸散，燃烧更容易，推进剂具有更高的燃速和压强指数。

30、(7)本发明公开的碳氢推进剂能用于冲压发动机的快速制造，该碳氢推进剂的生产周期短，能耗低，具有低的成本；而且根据碳氢推进剂常温感度测试数据(摩擦感度/％(25℃，90°，4.0mpa)为0，静电感度e50/mj(25℃，10000pf)为143.1～150.4，撞击感度/％(25℃，50cm，10kg)为0)可知其具有优良的安全性能，是一种安全钝感的推进剂，适合用于燃气发生器以及战场快速响应型小型战术武器的生产。