[发明专利]一种含石蜡燃料的制备方法

说明书

本发明公开了一种含石蜡燃料的制备方法，从对石蜡进行改性的角度出发，通过改性石蜡的扩链反应和粘结剂的固化反应,对石蜡进行催化氧化，在石蜡分子中引入可供扩链的羟基官能团，以改性石蜡和粘结剂为主要原材料，通过扩链剂与改性石蜡的扩链反应提高石蜡的分子量，从而提高含石蜡燃料的滴点；在含石蜡燃料的制备过程中，在改性石蜡中加入粘结剂，通过固化剂与粘结剂的反应提高含石蜡燃料的力学性能；由于改性石蜡和粘结剂是极性分子，在固化过程中两者不易出现分层，可保证燃料各组分的均匀性。石蜡改性所需原材料种类少，改性工艺简单，能在较低成本下制备出滴点和燃面退移速率较高,且力学性能好的含石蜡燃料，具有较好的经济性。

技术领域

本发明涉及固液混合发动机推进剂制备技术，具体地说，涉及一种含石蜡燃料的制备方法。

背景技术

火箭发动机是航天器和导弹的动力装置，随着航天技术的发展与进步，可靠性高、成本低廉、绿色环保成为其未来发展的重要方向。固液混合发动机以固体燃料和液体氧化剂作为推进剂，具有以下优点:1)氧化剂和燃料分别储存，发动机的储存和操作安全性皆比较高；2)推进剂的氧化剂主要为液氧、过氧化氢，燃料主要为端羟基聚丁二烯、石蜡、聚乙烯等碳氢燃料，燃气无毒，满足绿色环保的要求；3)可通过调节氧化剂的流量实现低成本下发动机的推力调节及多次开机、关机。

虽然固液混合发动机具有较多的优点，但以HTPB为典型的传统燃料存在燃面退移速率较低的缺陷；为了满足发动机对推力的要求，往往需要通过设计复杂药型来增大燃面。文献《Hybrid Rocket Development at the American Rocket Company》(AIAA-90-2762)表明由复杂药型导致的固体燃料结构失效是试验失败的最主要原因之一。另外，采用复杂药型也会使燃料的装填密度降低并出现药柱加工困难的不利情况。

上世纪90年代末，斯坦福大学以石蜡为主要原料制备了石蜡基燃料，燃面退移速率较传统燃料高3～4倍，且价格更为低廉，给进入瓶颈期的固液混合发动机技术注入了新的活力。火箭发动机工作时，燃料往往受到复杂的力的作用，为了保证发动机弹道性能的稳定，需要燃料具有较好的力学性能。而且，固液混合发动机一般应具备多次开机、关机的能力，需要燃料具有较高的滴点，以保证药型在关机后也不发生变化。但石蜡是烷烃混合物，其力学性能较差，而且常见工业品石蜡的滴点较低，这在很大程度上影响了石蜡作为一种理想燃料在固液混合发动机中的应用。

克服石蜡基燃料力学性能差的缺点，最简单可行的一种方法是将粘结剂与石蜡的混合物作为燃料，但这种方法仍然不能解决石蜡熔点低的问题。而且，由于石蜡由非极性烷烃组成，在燃料的固化过程中粘结剂易与石蜡发生分层，使燃料的生产工艺难以得到保证。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，克服以工业石蜡作为主要原料的含石蜡燃料滴点低和力学性能差的缺陷，本发明提出一种含石蜡燃料的制备方法；通过对石蜡进行改性，通过改性石蜡的扩链反应和粘结剂的固化反应，制备滴点较高和力学性能较好的新型含石蜡燃料。

本发明从对石蜡进行改性的角度出发，通过改性石蜡的扩链反应和粘结剂的固化反应,对石蜡进行催化氧化，从而在石蜡分子中引入了可供扩链的羟基官能团，以改性石蜡和粘结剂为主要原材料，通过扩链剂与改性石蜡的扩链反应提高石蜡的分子量，从而提高含石蜡燃料的滴点；在含石蜡燃料的制备过程中，在改性石蜡中加入粘结剂，并通过固化剂与粘结剂的反应提高含石蜡燃料的力学性能；由于改性石蜡和粘结剂都是极性分子，在固化过程中两者不易出现分层现象，可保证燃料各组分的均匀性。

本发明一种含石蜡燃料的制备方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.对石蜡进行改性处理:

采用硼酸为催化剂、以石蜡和空气为主要原料，通过催化氧化在石蜡分子中引入供扩链的羟基，实现石蜡的改性；

(1)称取250g石蜡置于500ml烧瓶中，将烧瓶放置在油浴锅中加热至200～210℃；