[发明专利]一种以二聚脂肪酸二异氰酸酯为固化剂的丁羟推进剂

说明书

提供了一种以端羟基聚丁二烯(简称HTPB)为粘合剂、以二聚脂肪酸二异氰酸酯(简称DDI)为固化剂、以高效铋类物质为固化催化剂的丁羟推进剂，通过在以DDI为固化剂的丁羟推进剂中加入一定量的高效铋类固化催化剂，并给出了高效铋类固化催化剂的具体结构及优化用量，同时通过对丁羟推进剂中各组份及含量的优化设计，可将以DDI为固化剂的丁羟推进剂的固化温度由使用常用固化催化剂三苯基铋(简称TPB)时的60℃降低至50℃以下，缩小了固化温度与发动机工作温度间的温度差，显著降低固化降温过程中的热应力及固化成本；同时推进剂仍保持适当的适应期及优异的力学性能和老化性能。

技术领域

本发明总体地属于火箭推进剂技术领域，具体地涉及一种固体火箭发动机装药用的以二聚脂肪酸二异氰酸酯为固化剂的丁羟推进剂。

背景技术

二聚脂肪酸二异氰酸酯(以下简称：DDI)是以生物化学产品二聚脂肪酸为起始原料，将端羧基转化为异氰酸酯基，而主链结构并不发生变化的一类异氰酸酯。DDI的分子结构为36个碳(叠氮化钠法)或38个碳(光气法)的化合物，另有饱和、不饱和碳链之分。由于所用起始原料不同，很难用统一的分子结构来表示，下图为DDI常见的几种分子结构：

该独特结构的脂肪族异氰酸酯应用于固体推进剂中具有绿色、耐水性好、推进剂力学性能稳定、老化性能好、燃烧压强指数低等优点，是开发双推力推进剂、固体脉冲推进剂及大型固体航天助推器推进剂的重要原材料。另外，由于DDI主要原材料二聚酸的生物可再生性，这与依赖于化石(石油)资源的TDI、IPDI等异氰酸酯相比，具有低碳、绿色的特性，随着石油资源减少、生物技术及化学合成技术的发展，DDI在制备及使用成本方面将会产生巨大优势，在民用、军用领域将发挥更大的作用。

但DDI也存在反应活性较低，将其应用于丁羟推进剂中，存在推进剂的固化温度较高的问题。而推进剂的固化温度过高会导致推进剂药柱在固化降温过程中产生很大的热应力，易导致药柱中产生裂纹及界面脱粘现象，破坏推进剂的结构完整性，严重时可能出现安全事故。因此迫切需要降低以DDI为固化剂的推进剂的固化温度，以缩小固化温度与发动机工作温度间的温度差，从而降低推进剂在固化降温过程中的热应力。以DDI为固化剂的推进剂，若不加入固化催化剂，推进剂的固化温度需70℃(Scientific-Technical Review,2005,LV,46～49)。美国专利(4090893、4597811、5047097、5348596、5783769、4358327)中报道的以DDI为固化剂的推进剂都是以常用的三苯基铋(TPB)为固化催化剂，由于TPB的催化活性偏低，在实际应用过程中，以TPB为固化催化剂、DDI为固化剂的丁羟推进剂的固化温度为60℃，固化温度偏高，推进剂固化降温过程中产生的热应力较大，且成本较高。若采用固化催化活性很高的固化催化剂，如二月桂酸二丁锡，虽然可以降低推进剂的固化温度，但同时也导致以DDI为固化剂的推进剂的适应期缩短，老化性能变差。

发明内容

为了克服现有技术中以DDI为固化剂的HTPB推进剂固化温度偏高的技术问题，同时保持推进剂具有适当的适应期和良好的力学性能和老化性能，本发明提供了一种以二聚脂肪酸二异氰酸酯为固化剂的推进剂，其中加入合适量的高效铋类固化催化剂，同时优化推进剂中的其他组分和含量，将以二聚脂肪酸二异氰酸酯为固化剂的推进剂的固化温度从使用常用固化催化剂TPB时的60℃降低至50℃及以下，同时推进剂仍保持适当的适应期和较好的力学性能和老化性能。

本发明的技术方案是：一种以二聚脂肪酸二异氰酸酯为固化剂的丁羟推进剂，包括如下按质量百分比含量计的组份：端羟基聚丁二烯粘合剂：6.5％～10.0％；二聚脂肪酸二异氰酸酯固化剂：0.5％～1.5％；铋类固化催化剂：0.01％～0.05％；高氯酸铵氧化剂：60.0％～85.0％；金属燃料：3.0％～20％；增塑剂：2.0％～5.0％；燃速调节剂：0.05～4.0％；键合剂：0.05％～0.2％；防老剂：0.05％～0.3％。

进一步的，上述二聚脂肪酸二异氰酸酯固化剂的结构如下式(1)所示：