一种复合固体推进剂药柱缺陷修补材料及其制备方法

摘要

一种复合固体推进剂药柱缺陷修补材料，包括以下组份：端羟基聚丁二烯粘合剂；甲苯二异氰酸酯固化剂；癸二酸二辛酯增塑剂；高氯酸铵氧化剂；铝粉金属燃料和多羟基化合物补强剂，各组份的含量范围如下：端羟基聚丁二烯为15wt％‑18wt％，高氯酸铵为55wt％‑65wt％，铝粉为12wt％‑16wt％，癸二酸二辛酯为4wt％‑6wt％，甲苯二异氰酸酯为1wt％‑2.5wt％，多羟基化合物为0.5wt％‑3wt％，其中多羟基化合物选自三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇、丙三醇、甘露醇、丙烯醛季戊四醇树脂中的一种。本发明提供一种综合性能更好的修补材料，可用于修补已固化端羟基聚丁二烯复合固体推进剂药柱的缺陷。

权利要求

1.一种复合固体推进剂药柱缺陷修补材料，它包括以下组份：端羟基聚丁二烯粘合剂；

甲苯二异氰酸酯固化剂；癸二酸二辛酯增塑剂；高氯酸铵氧化剂；铝粉金属燃料，其特征在于，还包括补强剂，且所述补强剂为多羟基化合物；

各组份的含量范围如下：端羟基聚丁二烯为15wt％-18wt％，高氯酸铵为55wt％-

65wt％，铝粉为12wt％-16wt％，癸二酸二辛酯为4wt％-6wt％，甲苯二异氰酸酯为1wt％-

2.5wt％，多羟基化合物为0.5wt％-3wt％；

所述多羟基化合物选自三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇、丙三醇、甘露醇和丙烯醛季戊四醇树脂中的一种。

2.如权利要求1所述的复合固体推进剂药柱缺陷修补材料，其特征在于，所述多羟基化合物为丙烯醛季戊四醇树脂。

3.如权利要求2所述的复合固体推进剂药柱缺陷修补材料，其特征在于，所述丙烯醛季戊四醇树脂的含量范围为0.5wt％-1.5wt％。

4.一种如权利要求1-3中任一权利要求所述的复合固体推进剂药柱缺陷修补材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a)将高氯酸铵和铝粉分别过筛，放入温度为50-70℃的真空干燥箱内干燥，真空度

1000Pa，干燥时间不少于2小时，自然降至室温后使用；

b)将端羟基聚丁二烯称入不锈钢容器，再加入癸二酸二辛酯、多羟基化合物和步骤a)处理好的铝粉，预混后将预混物加入捏合机中混合，捏合机循环水浴温度为50℃；

c)将步骤a)处理好的高氯酸铵分两次加入到捏合机中，混合均匀；

d)将甲苯二异氰酸酯加入捏合机中，连续混合45min，得到复合固体推进剂药柱缺陷修补材料。

说明书

一种复合固体推进剂药柱缺陷修补材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于固体火箭发动机推进剂技术领域，具体涉及到一种固体火箭发动机用复合固体推进剂药柱缺陷修补材料和该修补材料的制备方法。

背景技术

[0002] 固体火箭发动机装药在固化降温、长期贮存、运输、勤务处理过程中，因受到各种载荷及推进剂老化作用，可能产生裂纹、气孔等结构缺陷。这些缺陷破坏了原药型设计的燃烧规律，可能导致燃面增大、燃烧室压强快速升高，严重的可能导致发动机爆炸，造成人员和装备的损失。由于固体火箭发动机造价高，不应因局部裂纹等缺陷就予以报废，应力求修补后利用。

[0003] 发动机药柱裂纹修补材料应与推进剂材料基体相容，以保证修补材料有较高的粘接强度；具有良好的工艺流平性，便于操作和贮存；能量特性要与药柱相匹配，避免能量大幅度降低；与药柱界面具有良好的粘接性能，粘接强度接近药柱自身强度，修补区域延伸率要满足要求；修补材料升温固化后不应导致完好部位的药柱力学性能下降。

[0004] 目前针对采用端羟基聚丁二烯(HTPB)粘合剂体系的复合固体推进剂药柱缺陷，修补材料主要采用HTPB粘合剂体系。与固体推进剂药柱相比，修补材料大幅度降低了氧化剂高氯酸铵(AP)和金属燃料铝粉(Al)的含量，并添加了一些不能燃烧的氧化物，这导致修补材料的爆热值低于推进剂药柱的爆热值，从而使固体火箭发动机的比冲下降；已有修补材料配方高温固化也会导致推进剂药柱强度升高、延伸率下降。

发明内容

[0005] 因此，本发明的目的是，提供一种复合固体推进剂药柱缺陷修补材料，以针对已固化端羟基聚丁二烯复合固体推进剂药柱的缺陷，解决现有修补材料配方高温固化导致推进剂药柱强度升高、延伸率下降、以及修补材料能量性能偏低的问题。

[0006] 根据发明的一个方面，提供了一种复合固体推进剂药柱缺陷修补材料，它包括以下组份：端羟基聚丁二烯粘合剂；甲苯二异氰酸酯固化剂；癸二酸二辛酯增塑剂；高氯酸铵氧化剂；铝粉金属燃料，更为重要的是，还包括补强剂，且所述补强剂为多羟基化合物。

[0007] 进一步的，上述各组份的含量范围如下：端羟基聚丁二烯为15wt％-18wt％，高氯酸铵为55wt％-65wt％，铝粉为12wt％-16wt％，癸二酸二辛酯为4wt％-6wt％，甲苯二异氰酸酯为1wt％-2.5wt％，多羟基化合物为0.5wt％-3wt％。

[0008] 进一步的，上述多羟基化合物选自三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷、季戊四醇、丙三醇、甘露醇和丙烯醛季戊四醇树脂中的一种。

[0009] 更进一步的，上述多羟基化合物为丙烯醛季戊四醇树脂。

[0010] 还进一步的，上述丙烯醛季戊四醇树脂的含量范围为0.5wt％-1.5wt％。

[0011] 本发明还提供了一种上述复合固体推进剂药柱缺陷修补材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

[0012] a)将高氯酸铵和铝粉分别过筛，放入温度为50-70℃的真空干燥箱内干燥，真空度1000Pa，干燥时间不少于2小时，自然降至室温后使用；

[0013] b)将端羟基聚丁二烯称入不锈钢容器，再加入癸二酸二辛酯、多羟基化合物和步骤a)处理好的铝粉，预混后将预混物加入捏合机中混合，捏合机循环水浴温度为50℃；

[0014] c)将步骤a)处理好的高氯酸铵分两次加入到捏合机中，混合均匀；

[0015] d)将甲苯二异氰酸酯加入捏合机中，连续混合45min，得到复合固体推进剂药柱缺陷修补材料。

[0016] 使用本发明复合固体推进剂药柱缺陷修补材料进行固体推进剂药柱缺陷修补的方法步骤如下：

[0017] 步骤一，用整形刀具将推进剂药柱缺陷部位修整到无尖角、修补材料药浆易于填充的形状，用浸泡了乙酸乙酯的纯棉布将推进剂药柱缺陷部位清理干净，然后放入浇注室；

[0018] 步骤二，将按照本发明提供的制备方法获得的混合均匀的复合固体推进剂药柱缺陷修补材料的药浆真空浇注到推进剂药柱缺陷部位，真空除气30min，然后将推进剂药柱放入50℃的固化箱中固化7天；

[0019] 步骤三，推进剂药柱自然降温至室温后，对修复的推进剂药柱进行整形处理，缺陷在整形面的用整形刀将高出药柱型面的多余修补材料修正到与药柱型面平齐。

[0020] 因为本发明复合固体推进剂药柱缺陷修补材料均匀性好，因此对缺陷药柱的修补工艺简单，比现有技术容易控制。

[0021] 相比于现有技术，本发明的有益效果是：

[0022] 通过在修补材料配方中添加多羟基化合物，解决了修补材料配方高温固化导致推进剂药柱强度升高、延伸率下降的问题；采用高氯酸铵和铝粉做为固体填料，且修补材料配方中固体填料含量与有缺陷推进剂药柱配方含量相近，解决了修补材料能量性能偏低的问题；修补材料的制备工艺与推进剂药柱制备工艺一致，保证了修补材料混合的均匀性和性能的一致性。

[0023] 本发明克服了现有固体推进剂药柱缺陷修补材料的不足，提供一种综合性能更好的修补材料，可用于修补已固化端羟基聚丁二烯复合固体推进剂药柱的缺陷。

附图说明

[0024] 图1是断裂的复合固体推进剂试样及其断裂面的照片；

[0025] 图2是用本发明实施例复合固体推进剂药柱缺陷修补材料修补并固化完成后的复合固体推进剂试样照片；

[0026] 图3是图2所示的修补并固化完成后复合固体推进剂试样完成单轴拉伸测试后的照片。

具体实施方式

[0027] 为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。这里，需要注意的是，在附图中，将相同的附图标记赋予基本上具有相同或类似结构和功能的组成部分，并且将省略关于它们的重复描述。

[0028] 实施例1：一种复合固体推进剂药柱缺陷修补材料

[0029] 本实施例中，提供了一种复合固体推进剂药柱缺陷修补材料的配方组成及各组份含量(各组份含量按质量百分比计)，并与药柱有缺陷的待修补推进剂的配方组成及各组份含量进行了比较，示于表1中；下表1中列出了为本发明复合固体推进剂药柱缺陷修补材料和待修补推进剂的配方组成及各组份含量。

[0030] 表1待修补推进剂与本发明修补材料的配方组成和组份含量

[0031]

[0032] 实施例2：复合固体推进剂药柱缺陷修补材料的制备方法

[0033] 按实施例1的表1中所列的本发明修补材料配方组成及各组份含量，称取各组份，按以下步骤制备复合固体推进剂药柱缺陷修补材料：

[0034] a)将高氯酸铵和铝粉分别过筛，放入温度为50-70℃的真空干燥箱内干燥，真空度1000Pa，干燥时间不少于2小时，自然降至室温后使用；

[0035] b)将端羟基聚丁二烯称入不锈钢容器，再加入癸二酸二辛酯、多羟基化合物和步骤a)处理好的铝粉，预混后将预混物加入捏合机中混合，捏合机循环水浴温度为50℃；

[0036] c)将步骤a)处理好的高氯酸铵分两次加入到捏合机中，混合均匀；

[0037] d)将甲苯二异氰酸酯加入捏合机中，连续混合45min，得到复合固体推进剂药柱缺陷修补材料。

[0038] 实施例3：复合固体推进剂药柱缺陷修补材料对推进剂单轴拉伸力学性能影响[0039] 根据实施例1、2的配方组成和方法步骤获得的复合固体推进剂药柱缺陷修补材料，采用修补材料对单轴拉伸断裂的3组复合固体推进剂试样(如附图1所示)进行修补，修补后的推进剂试样照片如图2所示，对用本发明复合固体推进剂药柱缺陷修补材料修补前后的推进剂试样进行单轴拉伸力学性能测试，测试按部标QJ924-85《复合固体推进剂单向拉伸试验方法》进行，测试温度为25±2℃，相对湿度不高于70％，拉伸速率为100mm·min-1，测试后的复合固体推进剂试样照片如附图3所示。测试结果示于下表2中。

[0040] 表2复合固体推进剂药柱缺陷修补材料修补前后

[0041] 推进剂的单轴拉伸力学性能

[0042]

[0043] 可以看出，采用本发明复合固体推进剂药柱缺陷修补材料修复后，推进剂的最大抗拉强度由0.57MPa降为0.55MPa，基本保持不变；最大延伸率由5.72％增加到15.91％，增加了178.1％，显著增加。

[0044] 现有技术中的修补推进剂药柱缺陷方案包括改性HTPB胶、灌浆材料以及药浆胶粘剂材料等，对公开的文献进行分析研究，比较改性HTPB胶、灌浆材料以及药浆胶粘剂材料修补前后推进剂药柱的单轴拉伸力学性能测试数据，可以看出，经上述现有技术手段修补之后的推进剂药柱或者显著降低了原推进剂药柱的最大抗拉强度和延伸率，或者仅仅维持了原推进剂药柱的最大抗拉强度和延伸率数据。

[0045] 因此，本发明复合固体推进剂药柱缺陷修补材料能明显增大推进剂药柱的最大延伸率，提高了修补后推进剂药柱的力学性能，具有良好的修复效果。

[0046] 以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。