[发明专利]一种无定形硼粉的表面处理方法和推进剂用无定形硼粉

说明书

一种无定形硼粉的表面处理方法，首先将市售普通无定形硼粉和去离子水加入到反应釜中，在一定温度下机械搅拌，趁热过滤得到湿无定形硼粉；然后将湿无定形硼粉加入到反应釜中，并加入处理剂溶液，在一定温度下充分机械搅拌；趁热过滤并一定温度下干燥，破碎过筛得到推进剂用无定形硼粉，处理剂溶液主要用于除去市售普通无定形硼粉表面的杂质并形成保护膜，经上述表面处理后得到推进剂用无定形硼粉，它与端羟基聚丁二烯、癸二酸二辛酯以4:5:1混合形成混合物的粘度＜70Pa.s，相比于市售普通无定形硼粉，粘度显著降低，解决了现有无定形硼粉与HTPB粘合剂反应导致推进剂粘度快速增大、工艺性能变差的问题，可直接用于含硼富燃料推进剂。

技术领域

本发明属于硼粉制备技术领域，具体涉及到一种无定形硼粉的表面处理方法和由此得到的推进剂用无定形硼粉。

背景技术

富燃料推进剂能量越高、燃烧效率越高，固体火箭冲压发动机能量及其导弹射程的优势就越大。为提高该类推进剂的能量性能，添加高热值金属燃料是一个重要技术途径。

与推进剂常用的铝、镁等金属燃料相比，硼的质量热值(59280kJ/kg)和体积热值(131602MJ/m³)高，含硼富燃料推进剂是目前富燃料推进剂中能量最高的，也是目前唯一能使固体火箭冲压发动机比冲达到10000N·s·kg^-1以上的推进能源。硼粉可分为无定形硼粉和结晶硼粉，由于结晶硼粉燃烧效率低、价格高，含硼富燃料推进剂主要采用无定形硼粉。

无定形硼粉的粒度通常在1μm左右，比表面积较大，并且表面存在的三氧化二硼(B₂O₃)、硼酸(H₃BO₃)等酸性杂质会与端羟基聚丁二烯(HTPB，下文中HTPB均指端羟基聚丁二烯)中的羟基官能团发生化学反应，反应生成硼酸酯，该反应为多官能度反应，其反应历程是先形成支链，进一步反应交联成体型聚合物，整个反应体系形成凝胶，导致推进剂药浆粘度急剧增大，无定形硼粉表面B₂O₃和H₃BO₃等杂质与HTPB的凝胶化反应是导致无定形硼粉与HTPB不相容的根本原因。

针对上述问题，研究人员提出了无定形硼表面改性的方法。表面改性可以缓和甚至消除硼颗粒表面杂质与HTPB的反应。这方面措施有：(1)提纯：采用化学和物理方法除去硼颗粒表面的杂质；(2)包覆：利用甲苯二异氰酸酯(TDI)等异氰酸酯类固化剂、三羟甲基丙烷(TMP)、硅烷以及某些醇可以与无定形硼粉表面的B₂O₃、H₃BO₃发生反应进行硼颗粒表面改性处理；采用高氯酸铵(AP)、氟化锂(LiF)等与HTPB相容的包覆材料将无定形硼粉表面的杂质“遮蔽”起来，减弱其与HTPB的反应。

虽然上述措施可以在一定程度上改善无定形硼粉与HTPB的相容性，但在工程应用中还存在处理工艺复杂、无定形硼粉表面改性效果有限，空气中存放一段时间后与HTPB的相容性又变差，导致含硼富燃料推进剂工艺性能恶化。

发明内容

因此，本发明的目的是，针对现有技术情况，克服现有无定形硼粉表面处理工艺复杂的缺点，解决无定形硼粉表面杂质与HTPB粘合剂反应导致推进剂药浆粘度增大、工艺性能变差的问题，提供一种高效的无定形硼粉表面处理方法，并提供由该方法获得的推进剂用无定形硼粉。

根据发明的一个方面，提供了一种无定形硼粉的表面处理方法，它包括以下步骤：

a)将市售普通无定形硼粉和去离子水加入到反应釜中，在一定温度下机械搅拌，趁热过滤得到湿无定形硼粉；

b)将湿无定形硼粉加入到反应釜中，并加入处理剂溶液，在一定温度下充分机械搅拌；趁热过滤并一定温度下干燥，破碎过筛得到推进剂用无定形硼粉；