[发明专利]高密度碳氢燃料凝胶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型凝胶材料—高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯凝胶，该凝胶材料可用作高能凝胶推进剂配方体系。

背景技术

凝胶推进剂是化学火箭领域中的一种新型推进剂，具有诸多优点：既可以像固体推进剂一样不易泄漏、易贮存和运输，实现预包装；又具有压力触变/剪切变稀性能，可以像液体推进剂一样，燃烧速率可以随机控制、发动机可以实现多次启动。凝胶推进剂显现出来的高安全性、可长期贮存等优点，提供了改善运载火箭、导弹使用性能的良好途径，其研制工作受到各航天大国的重视，陆续进行了液氢、肼、甲基肼、N₂O₄等常用液体推进剂燃料的凝胶化研究（US[P]330172l; US[P]3634154; US[P]381197）；国内陕西师范大学房喻课题组研究了有机小分子胶凝剂制备的航空煤油凝胶(火炸药学报，2003，23-26)；北京理工大学邵自强课题组研究了乙二醇丁醚含能凝胶(火炸药学报，2011，2，16-20)。存在的不足是上述研究是以肼、甲基肼等凝胶体系的燃料，其毒性高，在贮存和操作过程存在着安全隐患，以航空煤油为燃料的凝胶体系能量水平偏低。高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯（JP-10），具有多环分子结构，美国军用规范MIL-P-87107C-1989规定喷气燃料挂式四氢双环戊二烯的密度为0.935g/cm³，冰点为-78℃，燃烧热值为42.1MJ/L，具有比常规烃类燃料更高的密度和热值，该类燃料成功应用于“战斧”巡航导弹，大幅度提升了该类武器的性能。将高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯制备成凝胶材料可大幅提高烃类凝胶推进剂的能量水平，该类燃料凝胶材料无毒无腐蚀性，能量高，而且该制备方法工艺简单，可以大批量制备，在高能凝胶推进系统上具有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种可应用于凝胶推进剂的高密度碳氢燃料凝胶材料。

本发明的另一目的是提供凝胶转化率高、工艺简单、可以批量制备上述高密度碳氢燃料凝胶材料的制备方法。

本发明的技术方案是高密度碳氢燃料凝胶材料组分包括气相二氧化硅和挂式四氢双环戊二烯，气相二氧化硅和挂式四氢双环戊二烯的重量配比为1:24~1:6。

本发明的制备方法包括以下工序：A)将气相二氧化硅溶于挂式四氢双环戊二烯；B)通过搅拌、超声或加热冷却的方式后即可形成半透明或者白色凝胶，制得高密度碳氢燃料凝胶材料。

本发明所述气相二氧化硅为气相二氧化硅A200，气相二氧化硅A200和挂式四氢双环戊二烯的重量配比为1:24~1:9。

本发明所述气相二氧化硅为气相二氧化硅A380，气相二氧化硅A380和挂式四氢双环戊二烯的重量配比为1:19~1:9。

本发明所述气相二氧化硅为气相二氧化硅S600，气相二氧化硅S600和挂式四氢双环戊二烯的重量配比为1:11~1:6。

本发明所述成凝胶方式为搅拌方式，转速50~200转/分钟。

本发明所述成凝胶方式为超声处理方式，功率50~500W。

本发明所述成凝胶方式为加热冷却方式，加热温度80~100℃。

本发明与现有技术相比的优点在于：(1).凝胶材料中使用的燃料为高密度碳氢燃料挂式四氢双环戊二烯，具有多环笼状分子结构，密度为0.935g/cm³，燃烧热值为42.1MJ/L，具有密度高、热值大、无毒和无腐蚀性的特点；(2).气相二氧化硅胶凝剂为商品化的胶凝剂，胶凝效果好，易于获取；(3).该凝胶材料制备方法凝胶转化率高，工艺简单，可以大批量制备；(4).该凝胶材料的制备及贮存过程中无毒性和腐蚀性，可以使凝胶推进剂贮存和操作过程的安全性得以改善，并且能量水平得以提高。 

具体实施方案

实施例1

将5g A200型气相二氧化硅加入至100克挂式四氢双环戊二烯中，以100转/分钟的速度搅拌，体系由无色液体变为半透明凝胶状，倾倒45°不流动，形成高密度碳氢燃料凝胶材料。

实施例2

将7g A380型气相二氧化硅加入至100克挂式四氢双环戊二烯中，200转/分钟的速度搅拌，体系由无色液体变为半透明凝胶状，倾倒45°不流动，形成高密度碳氢燃料凝胶材料。

实施例3

将10g S600型气相二氧化硅加入至100克挂式四氢双环戊二烯中，50转/分钟的速度搅拌，体系逐渐由无色透明液体变为白色凝胶状体系，倾倒45°不流动，形成高密度碳氢燃料凝胶材料。

实施例4