固体推进剂的研究概述粘合剂、氧化剂、金属添加剂等是固体推进剂的主要成分。20世纪40、50年代,由于兴起的新兴聚合物科学理论的发展和应用,以及第二次世界大战爆发,大力推动了固体推进剂的研究进展,时至20世纪中期代固体推进剂技术已经趋近成熟[1]。1996年M。Pouloguen等在讨论空间推进技术的发展中,对固体推进剂的发展过程进行了较为全面的总结 [2]。
粘合剂的发展经历了漫长的岁月。粘合剂的发展道过程中,最开始是聚硫橡胶粘合剂、聚醚粘合剂等,其作为第一代粘合剂现已退出了世界的舞台。随之取代的是丁二烯/丙烯脂三聚物/丙烯酸、端羟基聚二丁烯(HTPB)、端羧基聚二丁烯(CTPB)等,该类粘合的研究发现一致沿用至今,发展到目前常用粘合剂的性能参数见表78440
表 1。1 常用粘合剂性能参数[3-4]
名称 密度/(kg/m3) 粘度/(Pa﹒s) 标准生成焓/(kJ/kg) Tg/(℃)
端羟基聚二丁烯(HTPB) 930 4-6 -315。0 -84。4
端羧基聚二丁烯(CTPB) 910 23 -585。0 -93。0
聚醚丙三醇 1200-1300 - -3435。0 -45。5
丁二烯/丙烯脂三聚物/丙烯酸 930-940 30-35 - -79。0
乙基缩甲醛聚硫 1270 17-25 -574。0 -
近年来粘合剂领域发展极为活跃的是粘合剂含能化,进展十分迅速,基本研究的方向是在聚醚或聚酯中引入含能基团,如-N3、-NO2、-ONO2、-NNO2、-NF2等[5]。甘宁等人[6]运用官能团预聚体偶联法首次合成了PBAMO/GAP基ABA型ETPE。张弛等人[7]采用相转移催化法实现了BAMO-AMMO三嵌段共聚物的间接合成。这一类含能粘合剂与之前出现的粘合剂相比较,在使用时释放的能量得到大大提高,不仅强化了推进剂力学性能,而且具有更好的可加工性。论文网
氧化剂的含量极大作用的影响着固体推进剂的热性能,随着复合固体推进剂的高能化的深入研究发展,氧化剂出现了对传统氧化剂的改性加工和对高能量密度材料的研发两个发展方向,前者从传统氧化剂基础出发通过工艺使其具有更高的能效;后者则是注重高能量密度材料的研发从根本材料上提高氧化剂能效。就目前而言,后者更受到世界的青睐,即更倾向于高能量密度含能材料的研究[8]。于 1970 年初俄罗斯最先合成出 AND(二硝酰胺铵)。其作为新型含能氧化剂具有更多的优点,例如较高能量密度、较高氧含量、燃烧产物洁净(不含卤素化合物)等。被视为目前常用氧化剂高氯酸铵(AP)的理想替代品[9]。
1987年美国海军武器研究中心的尼尔森(Nielson)博士率先通过研究制得CL-20氧化剂是具有笼型、多硝基多环硝铵结构的聚合物,被公认为是迄今为止具有最高能量水平的氧化剂[10]。与此同时一种含有 HANF(硝仿羟胺)和HADN(二硝基胺羟胺)的新型氧化剂固体推进剂[11]在美国空军菲利普实验室问世。但由于其军事特殊性,并未得到世界广泛的使用。研究至今,综合考虑各种因素,最为常用的氧化剂仍是AP剂。常见氧化剂见表1。2。