一种航天燃料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种航天燃料及其制备方法，包括以下步骤：(1)将0.01～1重量份的羟基亚乙基二膦酸、0.01～1重量份的稳定剂和0.01～0.2重量份的聚丙烯酰胺加入70～90重量份的过氧化氢中，搅拌均匀得到A液；(2)在10～30重量份铝粉中加入0.01～1重量份氨基三亚甲基膦酸和0.01～1重量份乙二胺四乙酸二钠，搅拌得到B液；(3)将低温下将B液加入到A液中，搅拌均匀后加入0.1～5重量份粘结剂和0.1～1重量份的固化剂，搅拌即得所述航天燃料。与现有技术相比，本发明具有稳定性高、腐蚀性小、燃烧性能好、无废液的优点。

权利要求

1.一种航天燃料，其特征在于，所述航天燃料包括以下重量份的组分：过氧化氢：70～90；

铝粉：10～30；

羟基亚乙基二膦酸：0.01～1；

氨基三亚甲基膦酸：0.01～1；

稳定剂：0.01～1；

乙二胺四乙酸二钠：0.01～1；

聚丙烯酰胺：0.01～0.2；

粘结剂：0.1～5；

固化剂0.1～1。

2.根据权利要求1所述的一种航天燃料，其特征在于，所述的稳定剂包括乙二胺四亚甲基膦酸或乙二胺四亚甲基膦酸钠中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种航天燃料，其特征在于，所述的粘结剂为选自聚氯乙烯、聚氨酯或聚丁二烯中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种航天燃料，其特征在于，所述的固化剂为是脂肪族改性胺类固化剂651。

5.根据权利要求1所述的一种航天燃料，其特征在于，所述铝粉的粒径为0.1～100μm。

6.根据权利要求1所述的一种航天燃料，其特征在于，所述的聚丙烯酰胺分子量大于

1000。

7.一种如权利要求1～6任一所述航天燃料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下几个步骤：(1)将羟基亚乙基二膦酸、稳定剂和聚丙烯酰胺加入过氧化氢中，搅拌均匀得到A液；

(2)在铝粉中加入氨基三亚甲基膦酸和乙二胺四乙酸二钠，搅拌得到B液；

(3)将低温下将B液加入到A液中，搅拌均匀后加入粘结剂和固化剂，搅拌即得所述航天燃料。

8.根据权利要求7所述的一种航天燃料的制备方法，其特征在于，将B液加入到A液时的温度为-30～0℃。

9.根据权利要求7所述的一种航天燃料的制备方法，其特征在于，步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)中所述搅拌的速率为60～4000r/min，搅拌时间为20～200min，步骤(1)和步骤(2)中搅拌时的温度为-30～10℃，步骤(3)中搅拌时的温度为-20～0℃。

说明书

一种航天燃料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及航天运输领域，具体涉及一种航天燃料及其制备方法。

背景技术

[0002] 固体火箭发动机为使用固体推进剂燃料有聚氨酯、聚丁二烯、端羟基聚丁二烯、硝酸酯增塑聚醚、过氧化氢铝、铝冰推进剂等。

[0003] 固体火箭发动机由药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等组成。药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中空圆柱体(中空部分为燃烧面，其横截面形状有圆形、星形等)。药柱置于燃烧室(一般即为发动机壳体)中。点火装置用于点燃药柱，通常由电发火管和火药盒(装黑火药或烟火剂)组成。通电后由电热丝点燃黑火药，再由黑火药点火燃药拄。药柱燃烧完毕，发动机便停止工作。固体火箭发动机与液体火箭发动机相比较，具有结构简单，推进剂密度大，推进剂可以储存在燃烧到中常备待用和操纵方便可靠等优点。缺点是“比冲”小(也叫比推力，是发动机推力与每秒消耗推进剂重量的比值，单位为秒)。一般固体火箭发动机比冲在250-260秒。固体火箭发动机主要用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机，以及航天器发射和飞机起飞的助推发动机。

[0004] 过氧化氢铝复合固体航天燃料推进剂产品由于其260-270秒的高比冲性能获得重视，但是其对-10℃使用环境温度、-30℃储存温度的要求限制了广泛应用，使其优势无法得到体现。

发明内容

[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种稳定性高、腐蚀性小、燃烧性能好、无废液的航天燃料及其制备方法。

[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种航天燃料，包括以下重量份的组分：

[0007] 过氧化氢：70～90；

[0008] 铝粉：10～30；

[0009] 羟基亚乙基二膦酸：0.01～1；

[0010] 氨基三亚甲基膦酸：0.01～1；

[0011] 稳定剂：0.01～1；

[0012] 乙二胺四乙酸二钠：0.01～1；

[0013] 聚丙烯酰胺：0.01～0.2；

[0014] 粘结剂：0.1～5；

[0015] 固化剂0.1～1。

[0016] 所述的稳定剂包括乙二胺四亚甲基膦酸或乙二胺四亚甲基膦酸钠中的一种。

[0017] 所述的粘结剂为选自聚氯乙烯、聚氨酯或聚丁二烯中的一种。

[0018] 所述的固化剂为是脂肪族改性胺类固化剂651。

[0019] 所述铝粉的粒径为0.1～100μm。

[0020] 所述的聚丙烯酰胺分子量大于1000。

[0021] 一种如上所述航天燃料的制备方法，包括以下几个步骤：

[0022] (1)将羟基亚乙基二膦酸、稳定剂和聚丙烯酰胺加入过氧化氢中，搅拌均匀得到A液；

[0023] (2)在铝粉中加入氨基三亚甲基膦酸和乙二胺四乙酸二钠，搅拌得到B液；

[0024] (3)将低温下将B液加入到A液中，搅拌均匀后加入粘结剂和固化剂，搅拌即得所述航天燃料。

[0025] 将B液加入到A液时的温度为-30～0℃。

[0026] 步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)中所述搅拌的速率为60～4000r/min，搅拌时间为20～200min，步骤(1)和步骤(2)中搅拌时的温度为-30～10℃，步骤(3)中搅拌时的温度为-20～0℃。

[0027] 本发明中，将铝粉与氨基三亚甲基膦酸、乙二胺四乙酸二钠混合，铝粉在氨基三亚甲基膦酸中溶解，得到铝离子，然后在聚丙烯酰胺的作用下络合，络合后的铝离子成为过氧化氢的催化剂；另外，A液中的羟基亚乙基二膦酸也会与铝离子络合，进一步加强催化作用；在配方中加入聚丙烯酰胺，起到絮化络合物，防止络合物沉淀，使催化剂能够均匀地分布在溶液中，使过氧化氢燃烧更均匀。乙二胺四亚甲基膦酸或乙二胺四亚甲基膦酸钠是用于防止过氧化氢分解，，增长航天燃料的储存时间。

[0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：

[0029] (1)过氧化氢有体积小，放出能量多，在催化剂的作用下燃烧放出大量的热，每摩尔的H2O2能放出195kJ的能量，同时过氧化氢分解生成氧气有助燃作用，且燃烧生成水，可直接排放，特别适和用作航天燃料；

[0030] (2)通过氨基三亚甲基膦酸、聚丙烯酰胺、羟基亚乙基二膦酸将铝粉转化成络合铝离子，并通过聚丙烯酰胺将络合铝离子絮化，均匀分布在燃料电池内，使过氧化氢燃烧更均匀；

[0031] (3)在燃料中加入稳定剂，稳定性高，增长燃料的存储时间；

[0032] (4)本发明的航天燃料中不含腐蚀性物质，使用时不会腐蚀油相或发动机，更加安全。

具体实施方式

[0033] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0034] 实施例1

[0035] 一种航天燃料的制备方法，包括以下几个步骤：

[0036] (1)将0.5重量份的羟基亚乙基二膦酸、0.5重量份的乙二胺四亚甲基膦酸和0.1重量份的聚丙烯酰胺加入80重量份过氧化氢中，在0℃温度下搅拌100min，得到A液；

[0037] (2)在20重量份的铝粉中加入0.5重量份氨基三亚甲基膦酸和0.5重量份乙二胺四乙酸二钠，在0℃温度下搅拌100min，得到B液；

[0038] (3)将-10℃下将B液加入到A液中，在-10℃温度下搅拌100min，加入2重量份的聚氯乙烯和0.5重量份的固化剂651，在-10℃温度下搅拌100min，即得所述航天燃料。

[0039] 实施例2

[0040] 一种航天燃料的制备方法，包括以下几个步骤：

[0041] (1)将0.7重量份的羟基亚乙基二膦酸、0.6重量份的乙二胺四亚甲基膦酸和0.6重量份的聚丙烯酰胺加入75重量份过氧化氢中，在0℃温度下搅拌100min，得到A液；

[0042] (2)在25重量份的铝粉中加入0.8重量份氨基三亚甲基膦酸和0.4重量份乙二胺四乙酸二钠，在0℃温度下搅拌100min，得到B液；

[0043] (3)将-10℃下将B液加入到A液中，在-10℃温度下搅拌100min，加入2.5重量份的聚氯乙烯和0.4重量份的固化剂651，在-10℃温度下搅拌100min，即得所述航天燃料。

[0044] 将上述航天燃料按照GB17930-1999、GB/T261和GB/T5096的标准进行检测，检测结果如表1所示。

[0045] 表1航天燃料检测结果

[0046]项目 实施例1 实施例2
-10℃长期保存稳定性 稳定 稳定
10℃环境条件下使用耐温性 正常使用 正常使用

[0047] 从上述测试结果可以看出，本发明的航天燃料具有稳定性高、低温下正常使用的优点。

[0048] 实施例3

[0049] 采用与实施例1类似的制备方法，不同之处在于组分的重量不同以及制备的条件略有不同，具体表现在：

[0050] (a)本实施例的航天燃料包括以下重量份的组成，如下：

[0051] 过氧化氢：70；

[0052] 铝粉：10；

[0053] 羟基亚乙基二膦酸：0.01；

[0054] 氨基三亚甲基膦酸：0.01；

[0055] 乙二胺四亚甲基膦酸钠：0.01；

[0056] 乙二胺四乙酸二钠：0.01；

[0057] 聚丙烯酰胺：0.01；

[0058] 聚氨酯：5；

[0059] 固化剂651：1。

[0060] (b)步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)中所述搅拌的速率为60r/min，搅拌时间为200min，A液和B液混合时的温度为0℃，步骤(1)和步骤(2)中搅拌时的温度为10℃，步骤(3)中搅拌时的温度为0℃。

[0061] 经检测，得到的航天燃料具有稳定性高、低温下正常使用的优点。

[0062] 实施例4

[0063] 采用与实施例1类似的制备方法，不同之处在于组分的重量不同以及制备的条件略有不同，具体表现在：

[0064] (a)本实施例的航天燃料包括以下重量份的组成，如下：

[0065] 过氧化氢：90；

[0066] 铝粉：30；

[0067] 羟基亚乙基二膦酸：1；

[0068] 氨基三亚甲基膦酸：1；

[0069] 乙二胺四亚甲基膦酸钠：1；

[0070] 乙二胺四乙酸二钠：1；

[0071] 聚丙烯酰胺：0.2；

[0072] 聚氨酯：0.1；

[0073] 固化剂651：0.1。

[0074] (b)步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)中所述搅拌的速率为4000r/min，搅拌时间为20min，A液和B液混合时的温度为-30℃，步骤(1)和步骤(2)中搅拌时的温度为-30℃，步骤(3)中搅拌时的温度为-30℃。

[0075] 经检测，得到的航天燃料具有稳定性高、低温下正常使用的优点。