阅读说明：本技术 低易损推进剂及其制备方法 (Low-vulnerability propellant and preparation method thereof ) 是由 王晓倩 邓安华 牛草坪 甘露 李洋 张习龙 孙丽娜 刘佳 胡晓亮 于 2020-05-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低易损推进剂及其制备方法,该推进剂的固含量在75.0~77.0%,具体包括按重量计的以下组分：粘合剂7.92~8.95份；增塑剂13.0~15.50份；氧化剂47~57份；燃料18~20份；炸药5~8份；键合剂0.2~0.35份；固化剂0.80~1.10份,此外,还加上述组分总质量0.05~0.2%的固化催化剂。本发明的推进剂以钝感粘合剂和低感增塑剂为基体,在配方中使用了氧化剂、金属燃料、炸药,降低固含量、氧化剂和炸药,配方具备较高的能量,适中的燃速,良好的力学性能,通过快烤、慢烤、殉爆、子弹撞击、破片、射流冲击六项低易损性试验考核,满足武器弹药的低易损要求。(The invention discloses a low-vulnerability propellant and a preparation method thereof, wherein the solid content of the propellant is 75.0-77.0%, and the propellant specifically comprises the following components in parts by weight: 7.92-8.95 parts of an adhesive; 13.0-15.50 parts of a plasticizer; 47-57 parts of an oxidant; 18-20 parts of fuel; 5-8 parts of explosive; 0.2-0.35 parts of bonding agent; 0.80-1.10 parts of curing agent, and in addition, 0.05-0.2% of curing catalyst by mass of the components is added. The propellant disclosed by the invention takes a insensitive adhesive and a low-sensitivity plasticizer as substrates, an oxidant, a metal fuel and an explosive are used in a formula, so that the solid content, the oxidant and the explosive are reduced, the formula has higher energy, moderate burning rate and good mechanical property, and the low-vulnerability test tests of six items of fast baking, slow baking, sympathetic explosion, bullet impact, fragment and jet impact meet the low-vulnerability requirement of weapon ammunition.)

低易损推进剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及推进剂技术领域，具体为一种低易损推进剂及其制备方法。

背景技术

固体推进剂作为弹药的重要组成部件以及自身含能材料的危险性，其易损性对整个武器系统的易损性有着至关重要的影响，因而固体推进剂的易损性受到越来越多的重视。低易损性发动机要求武器弹药在遇到意外的热、撞击、电荷、冲击波等刺激时，不造成比燃烧更剧烈的反应；要求战术武器系统均符合低易损性军用标准，开展快速烤燃、慢速烤燃、子弹撞击(枪击)、破片撞击、殉爆和射流六项低易损性试验评估。

目前，主要通过以下几个技术途径来降低推进剂的易损性：

1)采用低感的粘合剂和低感的含能增塑剂；

2)采用低感度的硝胺化合物；

3)采用新型高能氧化剂；

4)降低推进剂中固体组分的粒度和缺陷、改变固体粒度的形状；

5)用低感度炸药取代氧化剂。

但很多情况下推进剂的低易损性和能量不能兼顾，在降低推进剂易损性的同时，难以保证推进剂具备优异的能量性能。

发明内容

本发明提供一种低易损推进剂及其制备方法，该推进剂以钝感粘合剂和低感增塑剂为基体，在配方中使用了氧化剂、金属燃料、炸药，降低固含量和氧化剂用量，配方具备较高的能量，适中的燃速，良好的力学性能，满足武器弹药的低易损要求。

本发明的技术方案是，一种低易损推进剂，该推进剂的固含量在75.0～77.0％，推进剂包括按重量计的以下组分：粘合剂7.92～8.95份；增塑剂13.0～15.50份；氧化剂47～57份；燃料18～20份；炸药5～8份；键合剂0.2～0.35份；固化剂0.80～1.10份，此外，还加上述组分总质量0.05～0.2％的固化催化剂。

进一步地，所述的粘合剂为端羟基环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚(PET)、端羟基环氧乙烷-四氢呋喃嵌段共聚醚(HTPE)、端羟基聚四氢呋喃-己酸内酯嵌段共聚醚(HTCE)中的一种。

进一步地，所述的增塑剂为双2,2-二硝基丙醇缩乙醛和双2,2-二硝基丙醇缩甲醛等质量比的混合物(BDNPF/A)、N-丁基硝氧乙基硝铵(BuNENA)、2,2-二硝基丙醇正己酸酯(DNPH)的一种或几种的组合。

进一步地，所述的氧化剂为高氯酸铵(AP)，采用Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型或其它类型的AP的一种或几种的组合，其它类型的AP粒度＜20μm。

进一步地，所述的燃料为铝粉(Al)，铝粉采用FLQT1或FLQT2或FLQT3或FLQT6铝粉中的一种或几种的组合。

进一步地，所述的炸药为奥克托今(HMX)或黑索今(RDX)。

进一步地，所述的键合剂为三乙醇胺与三氟化硼复合物(LBA303)、中性键合剂(NPBA)、三[1-(2-甲基)氮丙啶基]氧化膦(MAPO)、三乙醇胺(TEA)中的一种或几种的组合。

进一步地，所述的固化剂为甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和改性六次甲基多异氰酸酯(N-100)中的一种或几种。

进一步地，所述的固化催化剂为三苯基铋(TPB)或二月硅酸二丁基锡(DY-12)。

本发明还涉及制备所述低易损推进剂的方法，包括以下步骤：

1)将粘合剂与键合剂在60±2℃预混30～60min，混合均匀后加入增塑剂、固化催化剂和燃料在室温下混合均匀；

2)向步骤1)中加入炸药在55±2℃下混合10～20min，再加入氧化剂在50±2℃下混合30～60min，最后加入固化剂在55±2℃下混合20～30min；

3)将混合均匀的混合物稀浆在55±2℃下真空浇注到发动机中后，在60±2℃的固化温度和6～8天的固化时间下固化成型，得到低易损推进剂。

本发明具有以下有益效果：

(1)低易损推进剂中，组分的粘合剂种类、增塑剂种类、固含量以及硝胺炸药用量均会影响推进剂易损性响应程度。同时优异的力学性能对降低易损性也有一定的帮助。本发明通过对组分推进剂的各组分及含量进行选择和优化设计，粘合剂为钝感的HTPE、PET、HTCE，对于抑制AP的低温分解造成的燃面扩大均有帮助。选择的增塑剂BDNPF/A、BuNENA、DNPH的热分解温度均在AP低温分解前，增塑剂反应释放的气体有助于冲开壳体束缚，减少AP低温分解时能量聚集导致的易损性响应程度的提升，同时增塑剂含能，可在降低固含量的情况下，减低硝胺炸药和AP用量，保障配方仍具有较高的能量性能。本发明中推进剂固含量较低，AP用量远低于一般丁羟推进剂配方，从而减少AP剧烈反应释放能量而导致的易损性响应程度升高。且硝胺炸药含量较低，硝胺炸药与AP的低温分解峰较为接近，硝胺炸药的加入可以促进AP低温分解，从而提高易损性响应程度，而取消硝胺炸药会降低配方能量性能，因此需结合能量性能和低易损性能，合理的控制硝胺炸药含量。本配方使用两种键合剂复配，对低易损推进剂高溶胀体系力学性能的提升有帮助。本发明中公开的双固化体系、单固化体系，两种固化体系下配方均能达到较为优异的力学性能，双固化体系在目前推进剂中使用较少。本配方使用的增塑剂DNPH玻璃化温度较低，与BDNPF/A或BuNENA复配时，在保障能量降低易损性的基础上，可拓展推进剂的温度适用范围。另外，本发明中通过采用合适的配比，可兼顾低易损性能和优异的能量性能，其能量性能与HTPB推进剂能量性能相当。另外，还可以通过调整配方的粒度级配搭配，使得配方的燃烧性能在一定范围内可调。本发明得到的固体推进剂可以兼顾优异的能量性能和安全性能，通过六项低易损试验考核，推进剂具备较高的能量，实测比冲Isp≥245s(6.86MPa，20℃)，推进剂密度ρ≥1.750g/cm³。

(2)本发明固体推进剂具备良好的常、高、低温力学性能，可满足多数型号发动机的使用要求。常温抗拉强度≥0.75MPa，常温、高温、低温伸长率≥40％。

(3)本发明固体推进剂燃速在6～10mm/s(6.86MPa)之间可调，推进剂燃烧性能可满足先进导弹、战术导弹对燃烧性能的要求。

(4)本发明制备的低易损推进剂，能量性能适中，通过了六项低易损试验考核。同时推进剂具备适中的燃速，良好的高低温力学性能，同时推进剂满足低易损与高能量的要求。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

实施例1：

低易损推进剂的具体配方如下表1所示。

表1

该推进剂的具体制备方法为：

先将粘合剂与键合剂在60±2℃预混30～60min，混合均匀后加入增塑剂、固化催化剂和燃料在室温下混合均匀；然后加入炸药在55±2℃下混合10～20min，再加入氧化剂在55±2℃下混合30～60min，最后加入固化剂在55±2℃下混合20～30min。

将混合均匀的混合物稀浆在55±2℃下真空浇注到发动机中后，在60±2℃的固化温度和6～8天的固化时间下将低易损推进剂固化成型。

低易损推进剂的制备过程中，一般可使用立式混合机进行混合，使用真空浇注系统实现发动机药柱生产。氧化剂应分批次加入，避免一次加入过多造成捏合机死机。

得到的低易损推进剂性质如下：

其中比冲按GJB97A-2001标准实验发动机技术要求和数据处理，密度、燃速、力学数据按GJB770B-2005火药试验方法进行处理，推进剂易损性分别根据QJ20152-2012固体推进剂慢速烤燃试验方法、QJ20153-2012固体推进剂快速烤燃试验方法、QJ20447-2016固体推进剂殉爆试验方法、QJ20448-2016固体推进剂破片、射流、热碎片冲击试验方法和QJ20450-2016固体推进剂子弹撞击试验方法进行测试和处理。

1)推进剂实测比冲Isp：245.6s(6.86MPa，20℃)；

2)推进剂密度ρ：1.781g/cm³；

3)推进剂燃速6.3mm/s(6.86MPa)

4)推进剂力学性能见表2。

表2

5)推进剂易损性见表3。

表3

试验项目

快速烤燃

慢速烤燃

子弹撞击

破片撞击

殉爆

射流冲击

响应等级

燃烧

燃烧

低于燃烧

燃烧

爆燃

爆燃

结论

通过

通过

通过

通过

通过

通过

实施例2：

(1)低易损推进剂的具体配方如下表4所示。具体制备方法同实施例1。

表4

(2)推进剂性质：

1)推进剂实测比冲Isp：245.8s(6.86MPa，20℃)；

2)推进剂密度ρ：1.750g/cm³；

3)推进剂燃速10.0mm/s(6.86MPa)

4)推进剂力学性能见表5。

表5

5)推进剂易损性见表6。

表6

试验项目

快速烤燃

慢速烤燃

子弹撞击

破片撞击

殉爆

射流冲击

响应等级

燃烧

燃烧

低于燃烧

低于燃烧

爆燃

爆燃

结论

通过

通过

通过

通过

通过

通过

实施例3：

(1)低易损推进剂的具体配方如下表7所示。具体制备方法同实施例1。

表7

(2)推进剂性质：

1.推进剂实测比冲Isp：245.0s(6.86MPa，20℃)；

2.推进剂密度ρ：1.766g/cm³；

3.推进剂燃速6.0mm/s(6.86MPa)

4.推进剂力学性能见表8。

表8

5.推进剂易损性见表9。

表9

试验项目

快速烤燃

慢速烤燃

子弹撞击

破片撞击

殉爆

射流冲击

响应等级

燃烧

燃烧

低于燃烧

燃烧

爆燃

爆燃

结论

通过

通过

通过

通过

通过

通过

实施例4：

(1)低易损推进剂的具体配方如下表10所示。具体制备方法同实施例1。

表10

(2)推进剂性质：

1)推进剂实测比冲Isp：245.2s(6.86MPa，20℃)；

2)推进剂密度ρ：1.774g/cm³；

3)推进剂燃速8.6mm/s(6.86MPa)

4)推进剂力学性能见表11。

表11

5)推进剂易损性见表12。

表12

试验项目

快速烤燃

慢速烤燃

子弹撞击

破片撞击

殉爆

射流冲击

响应等级

燃烧

燃烧

低于燃烧

燃烧

爆燃

爆燃

结论

通过

通过

通过

通过

通过

通过

对比例：

(1)不采用本发明中的配比制备的推进剂具体配方如下表13。具体制备方法同实施例1。

表13

(2)推进剂性质：

1)推进剂实测比冲Isp：246.2s(6.86MPa，20℃)；

2)推进剂密度ρ：1.815g/cm³；

3)推进剂燃速6.6mm/s(6.86MPa)

4)推进剂力学性能见表14。

表14

5)推进剂易损性见表15。

表15

试验项目

快速烤燃

慢速烤燃

子弹撞击

破片撞击

殉爆

射流冲击

响应等级

燃烧

爆轰

燃烧

燃烧

爆燃

部分爆轰

结论

通过

未通过

通过

通过

通过

未通过