[发明专利]一种固体火箭发动机装药用DDI衬层及其应用方法

说明书

一种固体火箭发动机装药用DDI衬层及其应用方法。包括以下组分：端羟基聚丁二烯（HTPB）：42.4%～74.7%；二聚脂肪酸二异氰酸酯（DDI）：15.6%～39.4%；N,N‑二羟丙基苯胺（LAP）：0.6%～2.4%；三羟甲基丙烷（TMP）：0.3%～1.2%；白炭黑（SiO₂）：5.0%～10.0%；着色填料：0.6%；三‑（2‑甲基氮丙啶）氧化磷：3.0%；固化催化剂：0.2%～1.0%。本发明将DDI固化的丁羟衬层的抗拉强度提高到2.5MPa以上、断裂伸长率提高到300%以上、与推进剂粘接强度达到0.95MPa以上、且环境污染小。

技术领域

本发明涉及一种用于固体火箭发动机装药用二聚脂肪酸二异氰酸酯(DDI)固化的丁羟衬层材料。

背景技术

衬层(包覆层)作为固体火箭发动机装药的重要组成部分，其作用是保证推进剂与发动机壳体或绝热层的可靠粘接，同时还具有一定的阻燃、抗组分迁移等作用。其粘接性能直接关系发动机结构的完整性和工作的可靠性。若衬层/推进剂界面脱粘，将导致装药燃面发生变化，影响内弹道性能，此外还会造成壳体过热失强而使发动机失效甚至解体。因此，随着固体火箭发动机技术的快速发展，对衬层性能的要求越来越高，衬层已成为固体火箭发动机设计中的一个重要领域。

国内外在小型战术发动机和大型固体发动机的研制过程中，均对衬层材料进行了一系列的研究，取得了一定的进展。在选择衬层材料时，首选要考虑衬层与推进剂之间形成化学键，以增加衬层和推进剂之间的粘接强度，因此一般选用与推进剂相同的粘合剂和固化剂体系。同时，衬层材料的选择还应考虑同绝热层的粘接性能。

早在二十世纪六十年代，AlbeRt等使用端羧基聚丁二烯(CTPB)作为衬层配方的粘合剂，能够很好的避免在低温时出现界面裂缝。国内，将端羧基基聚丁二烯丙烯腈(CTBN)作为衬层配方的粘合剂，用于CTPB类推进剂装药，具有良好的粘接性能。对于丁羟推进剂衬层，普遍采用以端羟基聚丁二烯(HTPB)为粘合剂，甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和二聚脂肪酸二异氰酸酯(DDI)等为固化剂的衬层。由于TDI具有较大的毒性，其生产使用过程中对人体健康和环境的危害大；而以IPDI为固化剂的衬层与推进剂粘接界面易出现界面软化问题。DDI作为聚氨酯固化剂，该类材料具有老化性能好、低温力学性能优异的优点，此外DDI毒性低，对环境污染很小。

与本发明相关的现有技术为，美国专利5767221披露了一种性能良好用于限制推进剂端面燃烧的衬层，该衬层以二异氰酸酯(甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二聚脂肪酸二异氰酸酯、间四甲基二甲苯二异氰酸酯)作为固化剂，磷酸铵作为弹道改性剂，氮丙啶化合物为粘接改性剂，以TiO₂、炭黑、SiO₂为填料。美国专利6054521披露了一种用于低特征信号推进剂包覆衬层，该衬层以HTPB为粘合剂，聚脂肪酸二异氰酸酯为固化剂，TPB为催化剂，硼酸锌、氢氧化铝和二氧化钛为填料。

综上所述，国内尚未见DDI固化衬层的公开报道，国外虽然已有关于以DDI为固化剂的衬层专利，但其配方组成及配比与本专利有所区别。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种衬层力学性能良好、与推进剂粘接可靠、环境污染小的固体火箭发动机装药用DDI衬层。

本发明的目的还在于提供上述固体火箭发动机装药用DDI衬层的应用方法。

本发明的技术方案在于，以质量百分数计，该衬层材料包括以下组分：

端羟基聚丁二烯(HTPB)：42.4％～74.7％；

二聚脂肪酸二异氰酸酯(DDI)：15.6％～39.4％；

N,N-二羟丙基苯胺(LAP)：0.6％～2.4％；

三羟甲基丙烷(TMP)：0.3％～1.2％；