[发明专利]一种复合硼粉及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合硼粉及其制备方法，所述复合硼粉以偏氟乙烯/丙烯醇共聚物为复合剂，以丙烯酸聚乙二醇单丁醚酯/丙烯腈/烯丙胺/丙烯酸羟乙酯共聚物作为辅助复合剂，以环氧树脂作为高强度复合粘合剂，以二乙烯三胺作为固化剂，采用二次缩合法制备得到。各组分的量以硼粉质量为基础，偏氟乙烯/丙烯醇共聚物的质量为硼粉质量的1～2％，丙烯酸聚乙二醇单丁醚酯/丙烯腈/烯丙胺/丙烯酸羟乙酯共聚物的质量为硼粉质量的0.3～1％，环氧树脂的质量为硼粉质量的2～3％，二乙烯三胺的质量为硼粉质量的0.15～0.4％。

技术领域

本发明属于固体冲压发动机用富燃料推进剂领域，涉及一种复合硼粉及其制备方法。

背景技术

吸气式巡航飞行器能够全程有动力巡航，具有响应速度快、突防能力强、弹道机动不引起过大的速度损失、末端速度较高等独特优势，是未来飞行器的颠覆性发展方向之一。超燃冲压发动机是制约吸气式巡航飞行器的瓶颈技术之一，世界各航天强国均把其作为重要的战略发展方向。固体超燃冲压发动机不仅具有高比冲、高超声速条件下高推进效率等优点，还具有传统固体火箭发动机所固有的结构简单、体积小、成本低、安全性和可靠性高、储存性和维护性能好等优点，可满足飞行器低成本、高可靠、强环境适应性、长期全天候值班等工程化应用的需求。

固体超燃冲压发动机使用固体富燃料推进剂作为动力源，其中燃料含量达到30～50％，因此燃料性能是决定固体火箭冲压发动机潜在优异性能能否充分发挥的关键因素之一，含硼富燃料推进剂具有很高的热值，是固体超燃冲压发动机的首选推进剂。

然而，硼粉的熔点和沸点较高，难于熔化和气化，点火温度较高(1900K)，且硼粉燃烧过程中产生粘性很强的硼氧化物(B₂O₃)覆盖在硼粉表面，使得硼粉点火困难、难以充分燃烧。

硼粉表面存在B₂O₃、H₃BO₃等杂质，在装药过程中有可能引发端羟基聚丁二烯(HTPB)分子间的缩合反应，使HTPB有可能进一步聚合，该反应会严重干扰以HTPB为黏合剂的推进剂的装药工艺。如在含硼富燃固体推进剂的装药过程中，硼粉与HTPB混合搅拌过程时，在H₃BO₃的作用下可能促使某些化合物发生缩聚反应生成高聚物，搅拌越充分则生成的高聚物越多，严重时会因为黏度问题而导致装药报废。同时由于B₂O₃、H₃BO₃等杂质严重影响工艺性能，从而导致推进剂中硼粉含量无法提升，一般情况下，推进剂中硼粉含量不超过30％，而含硼推进剂中能量的主要来源就是硼粉，低的硼粉含量会影响推进剂的能量性能。

并且，由于硼粉化学性质活泼，在储存过程中极易氧化生成B₂O₃进而生成高黏性且不致密的H₃BO₃覆盖于硼粉表面，导致硼粉的聚集团聚，严重影响硼粉的分散性，由于H₃BO₃是一种不致密的多孔结构，会吸附空气中的氧气和水导致硼粉的进一步氧化，严重影响推进剂的储存性能。

发明内容

为解决现有技术中存在的因硼粉表面存在影响工艺性能的高黏性物质导致推进剂工艺恶化、能量提升困难以及储存困难的问题，本发明提供了一种复合硼粉及其制备方法，本发明采用可破坏硼氧化层并能够提高硼粉燃烧效率的偏氟乙烯/丙烯醇共聚物与硼粉复合，具有多羟基结构的共聚物可以与硼粉表面的氧化层充分结合，牢固覆盖于硼粉表面，同时采用具有较高机械强度的环氧树脂进行二次复合，彻底隔绝了硼粉与空气的接触，解决了硼粉的储存问题和硼粉直接暴露于空气中氧化导致燃烧效率降低的问题，同时解决了因硼粉氧化生成黏性的产物导致硼粉结团，导致工艺性能恶化的问题，可以有效提升推进剂中硼粉的有效用量，提升推进剂的能量性能，高机械强度的环氧树脂的复合制备的硼粉具有规整的形貌，更有利于提升推进剂的工艺性能。