宇航飞行器复合推进剂的发展

日本于1957年成功地发射了一枚小型探空火箭 K-3,这是日本第一枚复合固体推进剂火箭。从那时候以来,对复合固体推进剂进行了许多方面的研制。所研制的聚酯、聚硫、聚氨基甲酸酯以及聚丁二烯聚合物,均被广泛地作为探空火箭或卫星运载火箭的复合固体推进剂的粘合剂基体。日本研制的端羧基聚丁二烯(CTPB),在工艺性能、力学性能以及燃烧性能方面,均比其它聚合物好。这种聚合物(JSR·CTPB S-21)已经应用到日本典型的宇航飞行器中,例如 M-3 A、TT-500A、M-13等。另一方面 HTPB 最近作为一种新的优良的聚丁二烯粘合剂材料已引起人们极大的兴趣。它已用于目前正在研制的一些火箭发动机中。通过我们的共同努力,新的 HTPB 聚合物已经进入实用阶段。正在研制的高性能的远地点发动机(ABM)就使用这种 HTPB 推进剂。     

PBT基少烟推进剂配方性能研究

针对固体火箭发动机用高能量、低特征信号推进剂发展需求,以3,3-二叠氮甲基氧丁烷与四氢呋喃共聚醚(PBT)为粘合剂、双(2,2-二硝基丙醇)缩甲醛和双(2,2-二硝基丙醇)缩乙醛等质量比的混合物(A3)为增塑剂,采用降低推进剂配方中铝粉(Al)含量、用奥克托金(HMX)部分取代氧化剂等方式,开展了PBT基少烟推进剂配方...     

CTPB基燃气发生剂力学性能提升浅析

为提升CTPB(端羧基液体聚丁二烯)基燃气发生剂力学性能水平,分析了CTPB基燃气发生剂力学性能的特点,针对其力学性能存在的问题,分别从粘合剂网络结构、固体填料形态及两相界面性能三方面,对提升CTPB基燃气发生剂力学性能进行了分析,重点介绍了CTPB预聚物性能及粘合剂固化体系对力学性能的影响.分析认为,采用活性聚合方法...     

中温硫化三元乙丙橡胶绝热层配方研究

介绍了中温(80℃)硫化三元乙丙橡胶(EPDM)绝热层的各项性能,考察了促进剂种类对EPDM硫化特性的影响。结果表明,二硫代氨基甲酸盐类促进剂对中温硫化EPDM的硫化促进作用最好,该中温硫化EPDM绝热层的本体性能与高温硫化胶相当,且综合性能优良;发动机壳体修补工艺试验结果表明,配方性能和工艺性能均满足发动机修补要求。     

低燃速的端羧基聚丁二烯丙烯腈(CTBN)推进剂

对端羧基聚丁二烯丙烯睛(CTBN)液体共聚物为粘合剂的极低燃速的复合固定推进剂进行了论证。本计划的目的是,研制一种用于燃气发生器的(StarterCartridge)、压力在70公斤/厘米~2(100磅/英寸~2)下,燃速指标为1.78毫米/秒(0.070英寸/秒)的推进剂。选择了双环氧交链系统的低丙烯睛 CTBN 粘合剂,因为它的老化性能和工艺性能较之一般的粘合剂材料优越。在改进的 MK6气体发生器装置中,用浇注单孔圆柱形的、端面包复和外圆柱面包复的推进剂药柱进行弹道性能评定。用50%双级配的过氯酸胺、30%CTBN 粘合剂和20%装填密度高的硝基胍组成的推进剂配方成功地满足了设计要求,在要求的压力与温度25℃(77°F)下,达到了1.70毫米/秒(0.067英寸/秒)的燃速指标。当压力在35公斤/厘米~2(500磅/英寸~2)到70公斤/厘米~2(1000磅/英寸~2)范围内,温度在-54℃和74℃之间时,所测得的温度敏感系数π=0.36%/℃(0.20%/°F)。通过初步的力学性能和物理性能试验表明,此种类型的药柱设计在工作条件下,是合格的。因此,这种推进剂用于各种低燃速的场合似乎是有吸引力的。     

高分子增塑剂对EPDM绝热层性能影响研究

为有效降低三元乙丙(EPDM)绝热材料中小分子挥发物含量,研究了液体EPDM(LEPDM)、液体低分子聚丁二烯(LPB)、液体低分子聚异戊二烯(LIR)、液体丁腈橡胶(LNBR)和液体端羟基聚丁二烯(LHTPB)等高分子增塑剂对EPDM绝热层门尼粘度、力学性能、烧蚀性能、老化性能、可挥发分含量和界面粘接性能的影响规律,并与传统橡胶增塑剂液体石蜡进行对比。结果表明,相比传统增塑剂LPO,高分子增塑剂制备EPDM绝热材料挥发分含量显著降低,其中LIR、LEPDM和HTPB三种高分子增塑剂制备绝热材料挥发分含量最低;同时,其玻璃化转变温度升高,断裂伸长率降低,线烧蚀率降低,门尼粘度和抗拉强度基本相当;除LEPDM外其他高分子增塑剂制备绝热材料的EPDM_生/EPDM_熟界面粘接强度明显下降; EPDM/铝和EPDM_生/EPDM_生界面粘接强度及70℃热老化性能基本相当。     

用于火箭发动机中的可浇铸—可喷涂的绝热层

本文评述了使用液体聚合物如端羟基聚丁二烯,聚醚二醇和聚醚三醇以及含羧基聚合物作为绝热层的研制情况。文中介绍了配方对烧蚀性能(这种性能是在一种特殊的试验发动机中测定的)的影响,并且和全尺寸发动机性能进行了比较。本报告比较了耐高温填料的类型和用量以及挥发型冷却剂用量对烧蚀性能的影响。还报告了配方对燃气烟雾影响的试验结果。这些材料主要优点是价格低廉,特别是应用费用低。另一个优点是直接粘结而不需要过渡粘结涂层。     

不同粘合剂对燃气发生剂燃烧性能的影响

研究了不同粘合剂对燃气发生剂燃烧性能的影响。结果表明,聚丁二烯类燃气发生剂由低压段向高压段转变时,压强指数增幅较大;聚醚类燃气发生剂低压段向高压段转变时,压强指数增幅不大。造成该现象的原因是聚丁二烯类燃气发生剂燃烧时,粘合剂形成的熔化液流动性差,产生的气体可直接进入气相参与反应,导致反馈到燃面的热量升高,压强指数增幅变大;聚醚类粘合剂在燃烧时会产生流动性较好的熔化液覆盖其表面,阻碍了燃烧产生的气体进入气相参与反应,由低压转向高压时,压强指数变化不大。     

叠氮增塑剂与粘合剂的相容性

叠氮增塑剂由于有正的生成热、密度高、成气性好,可作为复合固体推进剂的含能增塑剂,与缩水甘油叠氮基聚合物(GAP)一样,加入推进剂中可以组成叠氮复合固体推进剂。本文对聚(叠氮环氧丙烷)二硝酸酯(AZP-2)和端叠氮基聚(叠氮环氧丙烷)(AZP-3)与多种粘合剂做了相客性研究。在80℃下的热失重试验结果表明,含叠氮基(-N_3)的增塑剂对含烯键合剂和含氰基粘合剂化学不相容;粘合剂中的羧基对叠氮基分解有催化作用。这些结果为叠氮推进剂配方设计和研制提供了重要依据。     

聚四氢呋喃-聚丁二烯-聚四氢呋喃三嵌段共聚物的合成与力学性能

以端羟基聚丁二烯(HTPB)为引发剂,三氟化硼乙醚络合物为催化剂,环氧丙烷为促开环剂,通过四氢呋喃的阳离子开环聚合反应,制备出聚四氢呋喃-聚丁二烯-聚四氢呋喃三嵌段共聚物(PTHF-PB-PTHF)。采用红外光谱、核磁共振氢谱及碳谱、凝胶渗透色谱-激光光散射联用技术,对目标化合物的结构进行了表征。采用相对分子质量为8 066 g/mol的PTHF-PB-PTHF与甲苯二异氰酸酯反应制备了交联弹性体,应力-应变试验显示,在相同交联密度下,PTHF-PB-PTHF交联弹性体的拉伸强度及断裂伸长率较纯HTPB交联弹性体分别提高了16%及19%。动态热机械性能分析表明,PTHF-PBPTHF交联弹性体具有优异的粘弹性能,其玻璃化转变温度为-55.99℃,低于HTPB交联弹性体。     

三叉載Ⅰ(C4)使用的推进剂配方

三叉戟Ⅰ(C4)使用的交联复合双基(XLDB)推进剂,其配方是,氧化剂:奥克托今(HMX)、高氯酸铵(AP);粘合剂:硝化棉(WC)、液体聚乙二醇己二酸酯(PGA);固化剂:六次甲基二异氰酸酯液体(HDI);增塑剂:一般用硝化甘     

PBT/增塑剂共混物相容性的介观动力学模拟

用分子动力学(MD)和介观动力学(MesoDyn)法模拟研究了粘合剂3,3-二叠氮甲基氧丁环-四氢呋喃共聚醚(PBT)与A3[双(2,2-二硝基丙醇缩甲醛(A2)与双(2,2-二硝基丙醇)缩乙醛(A1)质量比1∶1混合物]、端叠氮基聚叠氮缩水甘油醚(GAPA)等不同增塑剂组成的共混体系的溶度参数和共混物分子间的Flory-Huggins作用参数,预测了共混物的相容性和介观形貌。结果表明:室温下PBT/A3共混体系,增塑比为1.4时体系的相容性最好;对增塑比为1.2的PBT/A3/GAPA共混物,PBT/A3/GAPA配比为10/2/10体系的相容性最好。     

氟代烷氧基聚磷腈弹性体的合成及性能研究

通过聚二氯磷腈(PDCP)与2,2,2-三氟乙醇钠、2,2,3,3,4,4,5,5-八氟戊醇钠(1∶1)和少量烯烃钠盐的亲核取代反应,制得可交联型的氟代烷氧基聚磷腈(e-PTOFP)。通过核磁共振(31P NMR,~1H NMR)测试,对其结构进行了表征。采用无转子硫化仪、氧指数实验(LOI)、垂直燃烧实验(UL-94)、烟密度测试仪和热失重(TGA)对氟代烷氧基聚磷腈弹性体的硫化性能、燃烧性能和热稳定性进行了分析。通过红外光谱(FTIR)对其热解残留物的结构进行了研究。结果表明,少量不饱和侧基的引入赋予了氟代烷氧基聚磷腈硫化性能,硫化后弹性体的氧指数为54.5,垂直燃烧等级为V-0,烟密度等级(SDR)为21.93,具有优异的阻燃性能、低烟性能和热稳性能,且其热降解的残留物主要是含P=O,N—H的磷氮化合物。可看出氟代烷氧基聚磷腈弹性体是潜在的综合性能优良的绝热层材料。     

HTPB聚合物特性对推进剂性能的影响

引言端羟基聚丁二烯(HTPB)聚合物作为固体火箭推进剂的优良粘合剂材料已引起人们很大关注。Law[1];Oberth[2]、Layton[3]及其他学者对 HTPB 聚合物特性和 HTPB 推进剂的物理化学性质进行了广泛的研究。但是,有关 HTPB 聚合物特性对推进剂性能的影响方面的报导很少。特别是复合固体     

硝胺/丁羟复合推进剂的固化机理的研究(第二部分)

这篇报告是为了改进硝胺系复合推进剂的工艺性能和力学性能而进行的几个实验之一,得到了如下结果。(1)将三乙醇胺(TEA)加到硝胺系复合推进剂中,其工艺性能下降而力学性能却明显得到改进。(2)端马来酐化聚丁二烯(MPB)可以明显改进硝胺系复合推进剂和过氯酸铵系复合推进剂的工艺性能。(3)通过向硝胺系复合推进剂添加MPB和TEA,可以使工艺性能和力学性能均得到改进。(4)通过向粘合剂组分中添加TEA来改进粘合剂力学性能。(5)将TEA添加到粘合剂组分中,可明显改进RDX系复合推进剂的力学性能,但对AP系、GB(玻璃珠)系则几乎没有改进。     

ATP/BPS交联体合成及性能研究

以丁二酸和丙炔醇为原料,合成出了丁二酸双丙炔醇酯( BPS),借助于叠氮基与炔基叁键之间的1,3-偶极环加成反应,完成了对叠氮粘合剂ATP 的交联固化。由于异氰脲酸酯基团的引入, ATP 基聚三唑交联体力学性能明显优于GAP基聚三唑。在研究的范围内,常温抗拉强度为0.792~2.05 MPa,延伸率为90%~70%。其中,90.27%ATP/9.73%BPS配方具有较好的综合性能。     

聚硫橡胶研制与工艺方法的研究

介绍了聚硫橡胶配方的选择、技术性能的测试、工艺方法的确定和要求，以及在使用中应注意的几个问题。该胶已在航天产品的红外光学系统和电子电气系统中得到应用。应用表明，该胶性能稳定，质量可靠。     

BDNPF/A增塑PET推进剂界面组分迁移及影响

针对双(2,2-二硝基丙基)缩甲醛/缩乙醛(BDNPF/A)增塑的端羟基四氢呋喃-环氧乙烷共聚醚(PET)推进剂/衬层粘接体系,采用分子动力学模拟和高效液相色谱法,研究关键组分在界面层的迁移规律,并考察其对粘接性能的影响。结果表明,固化温度对固化催化剂三苯基铋(TPB)的扩散速率影响显著,随着固化温度的提升,TPB的扩散速率呈数量级增加;BDNPF/A增塑剂中BDNPA在高温下扩散速率明显加快,BDNPF的扩散速率受温度影响较小,BDNPA对PET/端羟基聚丁二烯(HTPB)界面层的固化形成过程影响比BDNPF大;PET/HTPB界面层形成后,甲苯二异氰酸酯(TDI)扩散缓慢,提高TDI用量或增加固化时间有助于界面层扩展;当固化温度为343 K、固化参数为1.6、固化时间为5 d时,界面层中BDNPF/A增塑剂含量下降至0.1%,界面粘接强度提升至0.95 MPa。     

全氟醚橡胶低温密封性能和工艺研究

对全氟醚橡胶密封圈低温条件下密封泄漏问题进行了理论分析,从改善材料压缩永久变形性能方面出发,调整二段硫化工艺参数,并进行产品低温密封试验。试验表明,调整后的二段硫化条件在保证全氟醚橡胶本身物理机械性能的条件下,提高了全氟醚橡胶密封圈在低温条件下的密封性能。     

燃气发生器低能推进剂的研究

本文介绍用于燃气发生器中的可浇注推进剂。它的药浆适用期长,价格低廉,不论现在和将来,在导弹上都是适用的。首先是选择粘合剂系统,要求它在固体装填量达到最大时具有良好的流动性;它的固化系统要能在—65～160℉温度范围内保持稳定的物理性质;在应力标准值为177磅/英寸~2、最大应力的应变为26％、模量达1000磅/英寸~2时的物理性能应是卓越的。其次,选用与粘合剂系统相适应的氧化剂。氧化剂含量在配方中达到最大时,要求所制成的药柱在循环温度范围内老化期长,弹道性能好,排出的气体无毒性和无固体残渣,火焰温度在1800℉到2500℉范围内。根据这些要求,在配方中选用了80％的硝酸铵(AN)作氧化剂,其理论火焰温度为1900℉。通过从—65～160℉的150次循环,体积增长小于2.5％。在1000磅/英寸~2压力下的额定燃速为每秒0.05英寸,温度敏感度在—65～160℉范围内为每度(℉)0.32％。