本發(fā)明涉及電控固體推進(jìn)劑領(lǐng)域，具體是一種高性能電控固體推進(jìn)劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)作為一種能有效控制飛行器的飛行姿態(tài)及方向的特殊發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)精確控制推進(jìn)劑的點(diǎn)火燃燒、燃速大小以及熄滅特性用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)航天器、導(dǎo)彈或衛(wèi)星的飛行彈道的軌道修正和飛行姿態(tài)校正。

電點(diǎn)火推進(jìn)劑以其響應(yīng)速度快，控制精度高而適用于姿軌控發(fā)動(dòng)。電點(diǎn)火推進(jìn)劑是一種新型含能材料，在施加電壓的條件下可以燃燒產(chǎn)生高溫燃?xì)馍淞鳎煞譃橐后w和固體兩類。

以液體類進(jìn)行電點(diǎn)火的發(fā)動(dòng)機(jī)具有具有比沖高、便于調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，但存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、結(jié)構(gòu)質(zhì)量大、推進(jìn)劑不易儲(chǔ)存、難以維護(hù)、安全性差的缺點(diǎn)。

微小型固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)組具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，其技術(shù)成熟、可靠性高，可長(zhǎng)期儲(chǔ)存，大大縮短作戰(zhàn)準(zhǔn)備時(shí)間，但僅在小型航天器和制導(dǎo)兵器上得到了應(yīng)用。

此外，傳統(tǒng)的電點(diǎn)火推進(jìn)劑存在點(diǎn)火電壓高，能源消耗大，且斷電后推進(jìn)劑燃燒不能馬上停止，熄滅性能差，整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)的能量主要靠電源提供。

因此，研究開(kāi)發(fā)以得到一種價(jià)格低廉、綠色環(huán)保、安全穩(wěn)定、點(diǎn)火電壓低，燃燒性能好，熄滅性能好以及燃燒可控性高的的固體推進(jìn)具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中，固體推動(dòng)劑價(jià)格昂貴、不易儲(chǔ)存、安全性差、燃燒性能不足、可適用范圍小等問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種高性能電控固體推進(jìn)劑及其制備方法，其特征在于，包括以下原料及其重量份數(shù)：

將稱量好的上述原料進(jìn)行以下步驟：

1)在室溫條件下，將氧化劑、穩(wěn)定劑、粘合劑、交聯(lián)劑、彈道改性劑依次加入到反應(yīng)器中，真空攪拌，得到攪拌均勻的藥漿；

所述攪拌速率范圍為100～380轉(zhuǎn)/分鐘；所述攪拌時(shí)間范圍為0.4～3小時(shí)；

2)將步驟1)中得到的攪拌均勻的藥漿在常壓或真空條件下，灌注至燃燒室或模具，在35～50℃條件下靜置5～8天后，得到產(chǎn)品。

進(jìn)一步，所述氧化劑為硝酸羥胺、硝酸銨、硝酸肼、乙醇胺硝酸鹽、乙二胺硝酸鹽、三乙醇胺硝酸鹽、硝酸鈉或硝酸鉀中的一種或幾種。

進(jìn)一步，所述的粘合劑為聚乙烯醇、聚乙烯胺硝酸鹽、聚乙烯醇—聚乙烯胺共聚物硝酸鹽、端羥基聚丁二烯、聚丙烯酰胺或聚乙烯中的一種或幾種。

進(jìn)一步，所述的穩(wěn)定劑為乙二胺四乙酸鈉鹽、8-羥基喹啉、5-氨基四氮唑、1-羥基亞乙基-1,1-二膦酸、2,2’-聯(lián)吡啶、磷酸二氫銨或氨基三亞甲基膦酸中的一種或幾種。

進(jìn)一步，所述的彈道改性劑為1,2,4-三氮唑或1,3,5-均三嗪中的一種或兩種。

進(jìn)一步，所述的乙醇胺硝酸鹽的制備包括以下步驟：

1)在室溫條件下將乙醇胺加入到反應(yīng)容器中，在手動(dòng)攪拌的同時(shí)加入硝酸銨，機(jī)械攪拌12～48小時(shí)，得到混合物A；

所述硝酸銨和乙醇胺的摩爾數(shù)相等；

所述機(jī)械攪拌的速率范圍為100～250轉(zhuǎn)/分鐘；

2)將混合物A加熱至30～50℃，恒溫反應(yīng)1～3小時(shí)后冷卻至室溫；

然后加入等體積的無(wú)水甲醇，攪拌混合后，置于冰箱中12～48小時(shí)；溶液中有白色晶體生成，待結(jié)晶完全后過(guò)濾得粗產(chǎn)物，將粗產(chǎn)物用兩倍體積的無(wú)水甲醇進(jìn)行重結(jié)晶后過(guò)濾，室溫下真空干燥，即得乙醇胺硝酸鹽。

進(jìn)一步，所述乙二胺硝酸鹽的制備包括以下步驟：

1)在室溫條件下將乙二胺加入到反應(yīng)容器中，在手動(dòng)攪拌的同時(shí)加入硝酸銨，機(jī)械攪拌12～48小時(shí)，得到混合物B；

所述硝酸銨和乙二胺的摩爾數(shù)相等；

所述機(jī)械攪拌的速率范圍為100～250轉(zhuǎn)/分鐘；

2)向步驟1)中得到的混合物B中，加入等體積的無(wú)水乙醇，產(chǎn)生白色沉淀Ⅰ，過(guò)濾，將白色沉淀Ⅰ置于35～60℃條件下進(jìn)行干燥12～48小時(shí)后，得到乙二胺硝酸鹽。

進(jìn)一步，所述聚乙烯胺硝酸鹽的制備包括以下步驟：

1)將聚乙烯胺溶于裝有蒸餾水的容器中，攪拌至完全溶解；

所述聚乙烯胺與蒸餾水的重量體積比(g︰mL)范圍為1︰20～50；

2)向步驟1)中的聚乙烯胺溶液中，在攪拌狀態(tài)下滴加濃度為2～6mol/L硝酸溶液；在滴加硝酸的過(guò)程中產(chǎn)生白色沉淀Ⅱ，得到混合物C；

所述攪拌速率范圍為300～500轉(zhuǎn)/分鐘；

所述硝酸溶液和聚乙烯胺溶液的體積比范圍為1︰4～6；

3)將步驟2)中得到的混合物C進(jìn)行過(guò)濾，將過(guò)濾后得到的白色沉淀Ⅱ置于無(wú)水甲醇中，靜置0.5～2小時(shí)，再次過(guò)濾，得到白色沉淀Ⅲ；

4)在室溫條件下，將步驟3)中得到的白色沉淀Ⅱ干燥1～2小時(shí)后，再將白色沉淀Ⅲ置于40℃下熱風(fēng)循環(huán)干燥箱中進(jìn)行干燥，直至干燥完全；

5)將步驟4)中得到的干燥后產(chǎn)物進(jìn)行粉碎，過(guò)篩，得到產(chǎn)物。

進(jìn)一步，所述聚乙烯醇—聚乙烯胺共聚物硝酸鹽的制備包括以下步驟：

1)將聚乙烯醇和聚乙烯胺按照(80～90)︰(10～20)的摩爾比進(jìn)行混合，將混合后的產(chǎn)物溶于甲醇水溶液中，得到混合物D；

所述聚乙烯醇與甲醇水溶液的重量體積比(g︰mL)范圍為1︰10～20；

2)向步驟1)中得到的混合物D中，加入溶有1,3-雙環(huán)氧化丁二烯的甲醇溶液，在室溫條件下攪拌12～48小時(shí)，得到混合物E；

所述攪拌的速率范圍為100～300轉(zhuǎn)/分鐘；

所述1,3-雙環(huán)氧化丁二烯甲醇溶液的濃度范圍為1～20％；所述1,3-雙環(huán)氧化丁二烯甲醇溶液和混合物D的體積比范圍為1︰10～40；

3)在混合物D中加入濃度為10％～50％硝酸溶液，將混合物E的pH調(diào)節(jié)至1～2，得到混合物F；

4)在攪拌狀態(tài)下，將異丙醇加入步驟3)中得到的混合物G中，得到白色沉淀Ⅳ；

所述混合物F和異丙醇的體積比范圍為1︰2～6；

5)在室溫條件下，將步驟4)中得到的白色沉淀Ⅳ用無(wú)水甲醇洗滌后，再將白色沉淀Ⅳ置于35～45℃下熱風(fēng)循環(huán)干燥箱中進(jìn)行干燥，12～48小時(shí)后，再置于30～50℃的真空條件下至干燥完全；

6)將步驟5)中得到的干燥后產(chǎn)物進(jìn)行粉碎，過(guò)篩，得到產(chǎn)物。

本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)使用本發(fā)明的方法制作的電控固體推進(jìn)劑對(duì)火焰、機(jī)械撞擊、靜電以及摩擦感度均有很好的頓感性；

2)使用本發(fā)明的方法制作的電控固體推進(jìn)劑本身具有較高的能量，大大降低了外部能量的提供，克服了傳統(tǒng)電控固體推進(jìn)劑本身能量低，所需點(diǎn)火電壓高的缺點(diǎn)；

3)使用本發(fā)明的方法制作的電控固體推進(jìn)劑具有很好的電控特性，即在施加電壓的條件下能起火燃燒，通電持續(xù)則其燃燒持續(xù)進(jìn)行，斷電后燃燒能立即熄滅，且可通過(guò)調(diào)節(jié)施加電壓大小來(lái)調(diào)控其燃燒時(shí)速度；

4)使用本發(fā)明的方法制作的電控固體推進(jìn)劑為非金屬類推進(jìn)劑，燃燒產(chǎn)物顆粒含量少，產(chǎn)生的氣體中無(wú)氯化氫等有毒氣體，具有較好的環(huán)保特性；

5)使用本發(fā)明的方法制作的電控固體推進(jìn)劑制備工藝簡(jiǎn)單，易于操作，安全性高，在流平性藥漿狀態(tài)可以進(jìn)行不同形狀燃燒室或模具的灌注成型，具有很好的適應(yīng)性，在姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)獍l(fā)生器中具有很好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1是聚乙烯醇的的DTG曲線；

圖2是聚乙烯胺硝酸鹽的DTG曲線；

圖3是聚乙烯醇-聚乙烯胺共聚物物硝酸鹽的DTG曲線；

圖4是以聚乙烯醇為粘合劑的推進(jìn)劑DTG曲線；

圖5是以聚乙烯醇-聚乙烯胺共聚物物硝酸鹽為粘合劑的DTG曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

實(shí)施例1：

一種高性能電控固體推進(jìn)劑及其制備方法，其特征在于，包括若干種配方，所述配方如表1所示；

表1

制備以下原料：

1)氧化劑乙醇胺硝酸鹽的制備

1.1)在室溫條件下將24.44g(0.4mol)乙醇胺加入到反應(yīng)容器中，在手動(dòng)攪拌的同時(shí)加入32.68g(0.4mol)硝酸銨，機(jī)械攪拌48小時(shí)，得到混合物A；

所述硝酸銨和乙醇胺的摩爾數(shù)相等；

所述機(jī)械攪拌的速率范圍為100轉(zhuǎn)/分鐘；

1.2)將混合物A加熱至35℃，恒溫反應(yīng)2小時(shí)后冷卻至室溫；

然后加入等體積的無(wú)水甲醇，攪拌混合后，置于冰箱中24小時(shí)；溶液中有白色晶體生成，待結(jié)晶完全后過(guò)濾得粗產(chǎn)物，將粗產(chǎn)物用兩倍體積的無(wú)水甲醇進(jìn)行重結(jié)晶后過(guò)濾，室溫下真空干燥，即得乙醇胺硝酸鹽。

2)氧化劑乙二胺硝酸鹽的制備

2.1)在室溫條件下將18.12g(0.6mol)乙二胺加入到250ml反應(yīng)容器中，在手動(dòng)攪拌的同時(shí)加入硝酸銨，機(jī)械攪拌24小時(shí)，得到混合物B；

所述硝酸銨和乙二胺的摩爾數(shù)相等；

所述機(jī)械攪拌的速率范圍為250轉(zhuǎn)/分鐘；

2.2)向步驟2.1)中得到的混合物B中，加入等體積的無(wú)水乙醇，產(chǎn)生白色沉淀Ⅰ，過(guò)濾，將白色沉淀Ⅰ置于50℃條件下進(jìn)行干燥48小時(shí)后，得到乙二胺硝酸鹽。

3)粘合劑聚乙烯胺硝酸鹽的制備

3.1)將20.0g聚乙烯胺溶于裝有600mL蒸餾水的容器中，攪拌至完全溶解；

3.2)向步驟3.1)中的聚乙烯胺溶液中，在攪拌狀態(tài)下滴加200ml濃度為4mol/L硝酸溶液；在滴加硝酸的過(guò)程中產(chǎn)生白色沉淀Ⅱ，得到混合物C；

所述攪拌速率范圍為300轉(zhuǎn)/分鐘；

3.3)將步驟3.2)中得到的混合物C進(jìn)行過(guò)濾，將過(guò)濾后得到的白色沉淀Ⅱ置于160mL無(wú)水甲醇中，靜置2小時(shí)，再次過(guò)濾，得到白色沉淀Ⅲ；

3.4)在室溫條件下，將步驟3.3)中得到的白色沉淀Ⅱ干燥2小時(shí)后，再將白色沉淀Ⅲ置于40℃下熱風(fēng)循環(huán)干燥箱中進(jìn)行干燥，直至干燥完全；

3.5)將步驟3.4)中得到的干燥后產(chǎn)物進(jìn)行粉碎，過(guò)篩，得到產(chǎn)物。

4)粘合劑聚乙烯醇—聚乙烯胺共聚物硝酸鹽的制備

4.1)將10g聚乙烯醇和聚乙烯胺按照85︰15的摩爾比進(jìn)行混合，將混合后的產(chǎn)物溶于200ml甲醇水溶液中(體積比：甲醇/水＝35/65)，得到混合物D；

4.2)向步驟4.1)中得到的混合物D中，加入5ml溶有0.5g的1,3-雙環(huán)氧化丁二烯的甲醇溶液，在室溫條件下攪拌48小時(shí)，得到混合物E；

所述攪拌的速率范圍為300轉(zhuǎn)/分鐘；

4.3)在混合物D中加入濃度為35％硝酸溶液，將混合物E的pH調(diào)節(jié)至1～2，得到混合物F；

4.4)在攪拌狀態(tài)下，將1L異丙醇加入步驟4.3)中得到的混合物G中，得到白色沉淀Ⅳ；

4.5)在室溫條件下，將步驟4.4)中得到的白色沉淀Ⅳ用50ml無(wú)水甲醇洗滌后，再將白色沉淀Ⅳ置于40℃下熱風(fēng)循環(huán)干燥箱中進(jìn)行干燥，24小時(shí)后，再置于50℃的真空條件下至干燥完全；

4.6)將步驟4.5)中得到的干燥后產(chǎn)物進(jìn)行粉碎，過(guò)篩，得到產(chǎn)物。

將稱量好的表1中的原料進(jìn)行以下步驟：

1)在室溫條件下，將氧化劑、穩(wěn)定劑、粘合劑、交聯(lián)劑、彈道改性劑依次加入到反應(yīng)器中，真空攪拌，得到攪拌均勻的藥漿；

所述攪拌速率范圍為380轉(zhuǎn)/分鐘；所述攪拌時(shí)間范圍為0.4小時(shí)；

2)將步驟1)中得到的攪拌均勻的藥漿在常壓或真空條件下，灌注至燃燒室或模具，在50℃條件下靜置8天后，得到產(chǎn)品。

實(shí)施例2：

一種高性能電控固體推進(jìn)劑及其制備方法，其特征在于，包括若干種配方，所述配方如表2所示；

表2

將稱量好的表2中的原料進(jìn)行以下步驟：

1)在室溫條件下，將氧化劑、穩(wěn)定劑、粘合劑、交聯(lián)劑、彈道改性劑依次加入到反應(yīng)器中，真空攪拌，得到攪拌均勻的藥漿；

所述攪拌速率范圍為100轉(zhuǎn)/分鐘；所述攪拌時(shí)間范圍為3小時(shí)；

2)將步驟1)中得到的攪拌均勻的藥漿在常壓或真空條件下，灌注至燃燒室或模具，在50℃條件下靜置5天后，得到產(chǎn)品。

實(shí)施例3：

一種高性能電控固體推進(jìn)劑及其制備方法，其特征在于，包括若干種配方，所述配方如表3所示；

表3

1)氧化劑乙醇胺硝酸鹽的制備

1.1)在室溫條件下將12.22g(0.2mol)乙醇胺加入到反應(yīng)容器中，在手動(dòng)攪拌的同時(shí)加入16.34g(0.2mol)硝酸銨，機(jī)械攪拌48小時(shí)，得到混合物A；

所述硝酸銨和乙醇胺的摩爾數(shù)相等；

所述機(jī)械攪拌的速率范圍為250轉(zhuǎn)/分鐘；

1.2)將混合物A加熱至40℃，恒溫反應(yīng)2小時(shí)后冷卻至室溫；

然后加入等體積的無(wú)水甲醇，攪拌混合后，置于冰箱中48小時(shí)；溶液中有白色晶體生成，待結(jié)晶完全后過(guò)濾得粗產(chǎn)物，將粗產(chǎn)物用兩倍體積的無(wú)水甲醇進(jìn)行重結(jié)晶后過(guò)濾，室溫下真空干燥，即得乙醇胺硝酸鹽。

2)粘合劑聚乙烯醇—聚乙烯胺共聚物硝酸鹽的制備

2.1)將10g聚乙烯醇和聚乙烯胺按照88︰12的摩爾比進(jìn)行混合，將混合后的產(chǎn)物溶于200ml甲醇水溶液中(體積比：甲醇/水＝35/65)，得到混合物D；

2.2)向步驟2.1)中得到的混合物D中，加入5ml溶有0.3g的1,3-雙環(huán)氧化丁二烯的甲醇溶液，在室溫條件下攪拌36小時(shí)，得到混合物E；

所述攪拌的速率范圍為300轉(zhuǎn)/分鐘；

2.3)在混合物D中加入濃度為35％硝酸溶液，將混合物E的pH調(diào)節(jié)至1～2，得到混合物F；

2.4)在攪拌狀態(tài)下，將1L異丙醇加入步驟2.3)中得到的混合物G中，得到白色沉淀Ⅳ；

2.5)在室溫條件下，將步驟2.4)中得到的白色沉淀Ⅳ用50ml無(wú)水甲醇洗滌后，再將白色沉淀Ⅳ置于40℃下熱風(fēng)循環(huán)干燥箱中進(jìn)行干燥，24小時(shí)后，再置于50℃的真空條件下至干燥完全；

2.6)將步驟2.5)中得到的干燥后產(chǎn)物進(jìn)行粉碎，過(guò)篩，得到產(chǎn)物。

將稱量好的表3中的原料進(jìn)行以下步驟：

1)在室溫條件下，將氧化劑、穩(wěn)定劑、粘合劑、交聯(lián)劑、彈道改性劑依次加入到反應(yīng)器中，真空攪拌，得到攪拌均勻的藥漿；

所述攪拌速率范圍為100轉(zhuǎn)/分鐘；所述攪拌時(shí)間范圍為3小時(shí)；

2)將步驟1)中得到的攪拌均勻的藥漿在常壓或真空條件下，灌注至燃燒室或模具，在50℃條件下靜置8天后，得到產(chǎn)品。

實(shí)施例4：

一種高性能電控固體推進(jìn)劑及其制備方法，其特征在于，包括若干種配方，所述配方如表4所示；

表4

1)氧化劑乙二胺硝酸鹽的制備

1.1)在室溫條件下將9.06g(0.3mol)乙二胺加入到250ml反應(yīng)容器中，在手動(dòng)攪拌的同時(shí)加入24.59g(0.3mol)硝酸銨，機(jī)械攪拌48小時(shí)，得到混合物B；

所述機(jī)械攪拌的速率范圍為250轉(zhuǎn)/分鐘；

1.2)向步驟1.1)中得到的混合物B中，加入等體積的無(wú)水乙醇，產(chǎn)生白色沉淀Ⅰ，過(guò)濾，將白色沉淀Ⅰ置于50℃條件下進(jìn)行干燥48小時(shí)后，得到乙二胺硝酸鹽。

2)粘合劑聚乙烯醇—聚乙烯胺共聚物硝酸鹽的制備

2.1)將10g聚乙烯醇和聚乙烯胺按照90︰10的摩爾比進(jìn)行混合，將混合后的產(chǎn)物溶于200ml甲醇水溶液中(體積比：甲醇/水＝35/65)，得到混合物D；

2.2)向步驟2.1)中得到的混合物D中，加入5ml溶有1.0g的1,3-雙環(huán)氧化丁二烯的甲醇溶液，在室溫條件下攪拌48小時(shí)，得到混合物E；

所述攪拌的速率范圍為300轉(zhuǎn)/分鐘；

2.3)在混合物D中加入濃度為35％硝酸溶液，將混合物E的pH調(diào)節(jié)至1～2，得到混合物F；

2.4)在攪拌狀態(tài)下，將1L異丙醇加入步驟2.3)中得到的混合物G中，得到白色沉淀Ⅳ；

2.5)在室溫條件下，將步驟2.4)中得到的白色沉淀Ⅳ用50ml無(wú)水甲醇洗滌后，再將白色沉淀Ⅳ置于40℃下熱風(fēng)循環(huán)干燥箱中進(jìn)行干燥，24小時(shí)后，再置于50℃的真空條件下至干燥完全；

2.6)將步驟2.5)中得到的干燥后產(chǎn)物進(jìn)行粉碎，過(guò)篩，得到產(chǎn)物。

將稱量好的表4中的原料進(jìn)行以下步驟：

1)在室溫條件下，將氧化劑、穩(wěn)定劑、粘合劑、交聯(lián)劑、彈道改性劑依次加入到反應(yīng)器中，真空攪拌，得到攪拌均勻的藥漿；

所述攪拌速率范圍為100轉(zhuǎn)/分鐘；所述攪拌時(shí)間范圍為3小時(shí)；

2)將步驟1)中得到的攪拌均勻的藥漿在常壓或真空條件下，灌注至燃燒室或模具，在50℃條件下靜置8天后，得到產(chǎn)品。