高密度高强度丁羟推进剂配方及工艺性研究

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B > 粘合剂体系网络结构与老化
B , => 粘合剂体系设计 由表 " 可知， 形成推进剂网络结构的粘合剂仅占 ’= ， 因此粘合剂必须是性能优异的弹性材料。选用综
收稿日期： &##)%#+%"& ； 修回日期： &##)%#$%#( 。 作者简介： 李坐社 （ "(’# —） ， 男， 硕士， 从事推进剂配方设计和装药工艺研究。
万方数据 — :1 —
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? > 基础配方研究
!"#"$%&’"() %* *%+’,$-).%( -(/ &+%0"11 *%+ 2.32 /"(1.)4 -(/ 2.32 1)+"(3)2 5678 &+%&"$$-() G4 H6I%JK:" ，-L 5KDM>%NOM" ，G4 2DI%P6DM& ，H0FQR FO% S:" ? ? ", TO UDM F:7IJVD@: 5K:AO@DW 17IV6WJOIM高强度丁羟推进剂配方及工艺性研究
李坐社" ， 苏昌银" ， 李葆萱& ， 张爱科"
（ ", 西安航天化学动力厂， 西安! ’"#### ； &, 西北工业大学航天工程学院， 西安! ’"##’& ） 摘要： 介绍了高密度、 高强度丁羟推进剂的研制。采用一种被 称为 -./ 的活性基增强剂来增强 0.12、 .34 粘合剂体系的固 57、 18、 9: 离子进行压强指数调节， 优 化网络。用不同含量 56、 化了粒度级配， 使推进剂具有如下优良特性： 固体含量 ; <(= 、 密度达到 ", <*> ? @A) 、 &#B 抗拉强度 ! A -*C1D、 良好的工艺性 和流变性能、 并且在 ’#B 高温下贮存 &D 力学性能无明显下降。 关键词： 高密度； 高强度； 复合推进剂 中图分类号： E+"&! ! ! 文献标识码： F
推进剂中还会起短期的增塑作用。表现为推进剂没有 固化、 发软。长期高温存放过程中， 推 进 剂 中—/0’ 基进行二次动力学反应或与环境空气中 !1 ’ 反应， 推 内部仍发软、 没有固化。 进剂表面有约 1,, 硬层， 采用高羟值 !"#$ 和稍过量 "%&， 提高粘合剂中 的交联网络点。推进剂的力学性能见表 1 。由表 1 可 见， 羟基含量与固化参数 ! " 达到一定量后， !"#$ 与 "%& 当量反应达到平衡， 提高 !"#$ 羟值或增大 ! " ， 力 学性能 ! , 增长不大， 而 " , 下降。要大幅度提高推进 剂强度， 需从粘合剂体系的分子结构挖潜， 改变分子网 络结构， 引入新的活性基团。
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= > 引言
丁羟推进剂广泛用于固体火箭发动机， 各种发动 机对推进剂的要求也不相同。目前， 战略和战术武器 用的发动机多数为丁羟推进剂贴壁浇注式药柱发动 机， 它对推进剂的力学性能要求为 &#B 抗拉强度 ! A 约 "C1D， 高、 低、 常温延伸率 " A ,+#= ； 战术武器的自 由装填式药柱发动机， 考虑到药柱受贮存和飞行过载 变形， 会影响内流场通气道， 导致发动机爆炸， 因此需 要高强度、 高模量的推进剂药柱。如直径 #+##AA、 装
9:1)+-0)： 3:[:WIVA:MX IY KO>K \:MJOXN DM\ KO>K JX7:M>XK 0.12
V7IV:WWDMX OJ V7:J:MX:\, FM OMX:MJOYO:7 MDA:\ -./ ZOXK D@XO[: >7I6VJ OJ D\\:\ XI :MKDM@: @67OM> M:XZI7S IY 0.12 DM\ .34 8OM\:7 JNJX:A, 2N XK: 6J: IY \OYY:7:MX @IMX:MX IY 56， 57， 18 DM\ 9: OIMJ ， XK: V7:JJ67: :PVIM:MX OJ D\]6JX:\，VD7XO@W: JO^: \OJX7O86XOIMJ D7: IV% XOAO^:\ DM\ XK: V7IV:WWDMX OJ :M\IZ:\ ZOXK :P@:WWDMX V:7YI7ADM@:J IY JIWO\ @IMX:MX ; <(= ，\:MJOXN 6V XI ", <*> ? @A) ，X:MJOW: JX7:M>XK ! A -*C1D DX &#B DM\ >II\ V7I@:JJO8OWOXN DM\ 7K:IWI>N V7IV:7XO:J， DM\ OXJ A:@KDMO@DW V7IV:7XN OJMU X JO>MOYO@DMXWN \:@WOM:\ DYX:7 JXI7D>: YI7 XZI N:D7J DX ’#B ,
第% 期
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 体结构， 增强了推进剂强度。加入增强剂 !"# 对推进 剂力学性能的影响见表 $ 。 由表 $ 可 见， 加 入 !"# 后 推 进 剂 强 度 约 提 高
表 !" 增强剂 #$% 对推进剂力学性能的影响 $&’( !" )**+,- .* #$% /0-+01/*/+2 .0 -3+ 4+,3&0/,&5 62.6+2-/+1 .* 62.6+55&0-1 编号 ; = %’ 羟基含量 摩尔比 !" %& $8 %& $8 %& $8 4’5 . 6） . 6） ! + . ()* " + （ "7 （ 4& 8;= $& %= $& <$8 %>& 8 %;& 4 %:& : %<& % %;& 8 %>& ; ! + . ()* 4& ’’= — 4& 8$: 8’5 . 6 ）" 7 （ . 6） "+ （ %>& % — %$& ’ %8& ’ — %:& ’ ! + . ()* — >& ;;< — 9 :’5 . 6） . 6） !+ （ !7 （ — %:& 8 — — %>& : —
编号
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; < !" 改进的化学网络结构 分子结构设计是利用化学键力增强力学性能， 通 过分析化学网络结构， 在分子网络中引入刚性结构的 活泼小分子作网络 “ 桥梁” ， 固化后形成一个立体结构 的高聚物。增加高聚物的刚性， 用以提高推进剂抗拉 强度 ! , 。 具体方案： 筛选出—0/、%0% % %0 、 %/0’ 等活 ’ 性基化合物。经实验验证， 一方面有些活性基在推进 剂中不易生成化学键， 而用固化催化剂调节反应程度， 保证推进剂工艺性能很困难； 另一方面， 有一些高活性 基团的小分子化合物在推进剂中反应太快， 推进剂药 浆使用期太短， 工艺流动性差， 因受多因素影响， 反应 机理复杂。本研究选用活性基 B"C 增强剂作为分子 网络 “ 桥梁” ， 与氨基甲酸酯中的活泼氢反应， 反应式 如下：
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药量约 +##S> 的自由装填式大药柱， 设计者提出 ! A 为 ) _ *C1D， 国内一般丁羟推进剂的强度仅能达到 & _ &,
［ " _ )］ + C1D， 而且高强度丁羟推进剂的资料很少 。文中
针对一种高性能战术弹对丁羟推进剂的要求， 研究出 增强型高固体含量、 高能量并具有良好工艺性能的丁 羟推进剂。
配比
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组 分 0.12 .34 -./ ’, * .&’ FW 17 R. #, + ‘H F1
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该配 方 的 理 论 比 冲 和 密 度 计 算 结 果 为： $ a ! J a & +)), ’Q ・ J ? S>； " @ a ) $*&‘； ! JV a ", <**> ? @A) ； & $’#, $Q・J ? S>； # & a " +$+, $AA ? J； $ @ a "’C1D， $D a #, "#"C1D； $ @ ? $ : a +<, << 。计算结果表明， 推进剂能量 满足要求后， 高固体含量的 0.12 推进剂装药成型的 难点是工艺性能， 要使推进剂药浆在真空下流动流平， 必须选择最佳的固体颗粒级配。按最佳粒子堆积设计 推进剂配方的固体粒度级配， 模拟装药工艺， 经 +#B 、 *K 保温后浇注方坯药， 药浆流动流平性良好。