[发明专利]一种高反应活性团聚硼颗粒的制备方法

说明书

本发明公开了一种高反应活性团聚硼颗粒的制备方法。通过静电纺丝法，在高压电场的作用下即可得到形状规整的高反应活性的团聚硼颗粒，该方法以具有溶塑性的聚偏氟乙烯为粘结剂，低沸点溶剂N,N‑二甲基甲酰胺为溶剂，粘结剂与硼粉的质量比为90:10～70:30，所得的高反应活性团聚硼颗粒为粒径范围为1.5～3μm的球形，尺寸分布单一，呈单分散性，对硼粉的点火和燃烧性能及对含硼富燃料推进剂工艺性能均有明显的改善。该方法，原料易得，操作简便，安全性高，成本低廉，采用溶塑性粘结剂，避免了预聚体固化时有毒固化剂的加入及大型设备的需求，一步制成高反应活性团聚硼颗粒。

技术领域

本发明涉及一种团聚硼颗粒的制备方法，具体涉及一种富燃料推进剂用高反应活性团聚硼颗粒的制备方法。

背景技术

冲压火箭发动机是将空气与火箭发动机的排气混合后二次点燃，贫氧燃气中的燃料进一步燃烧，产生推力。冲压发动机比冲可达20000～30000 N·s/kg，几乎比火箭发动机比冲高一个数量级，冲压火箭发动机可采用液体及固体燃料。因固体燃料冲压发动机机动性好，勤务处理简单，各国开展了大量研究工作。硼粉以其高的质量热值和容积热值被认为是固体贫氧推进剂的最佳燃料。其质量燃烧热为58.28MJ/kg，是镁和铝的2.3倍和1.9倍，其容积热值是136.38 kJ/cm³，是镁和铝的3.09倍和1.66倍。计算表明，在AP/HTPB为基础的贫氧推进剂中加入40%的硼，其理论比冲可以达到12 kN·s/kg，是普通推进剂的5~6倍。因此被广泛应用于固体冲压火箭发动机。

但硼粉在使用中存在两方面问题，1、其熔点为2450K、沸点为3931K，导致其点火性能差，同时其氧化产物熔点（718 K）低，沸点（1773 K）高，因此氧化层难挥发，使得其燃烧效率低，补燃效果差；2、其表面易与氧气、二氧化碳和水蒸气等结合产生氧化硼和硼酸等酸性杂质，这些酸性杂质与端羟基聚丁二烯发生缩合反应，生成高粘度的端羟基聚丁二烯硼酸酯，使固体推进剂加工性能恶化。

从满足硼粉在冲压火箭发动机燃烧及工艺性能出发，对硼粉团聚造粒是行之有效的方法。公开号为CN 101531556 B（申请号为200910022197.8）的中国专利申请涉及利用一种硼粉与液态聚氨酯粘合剂预聚物捏合造粒的方法；公开号为 CN101805238A（申请号为201010131010）的中国专利申请涉及采用将硼粉预混合后挤压过筛的制备方法；以上方法获得的团聚硼颗粒对硼粉性能有一定的改善，但均采用预聚体为粘结剂，造粒过程需添加具有一定毒性的固化剂使其固化成形，粘结剂的选取导致造粒的工艺较繁琐。名为“基于微纳米硼铝高能燃料的复合含能材料研究”的博士毕业论文涉及一种以溶塑性硝化纤维素为粘结剂的团聚硼颗粒制备方法，其热氧化性能和推进剂工艺性能均有所改善，但该方法所制备团聚硼颗粒尺寸分布较大，由于工艺的局限性，团聚硼颗粒中硼含量较难得到提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无毒、安全性能高，工艺简便的高反应活性团聚硼颗粒的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：一种富燃料推进剂用高反应活性团聚硼颗粒的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、聚偏氟乙烯与溶剂混合搅拌均匀；

步骤2、向步骤1中加入一定量的硼粉，超声分散0.5~2小时后再磁力搅拌溶解3~5小时备用；

步骤3、对步骤2所得前驱液进行静电纺丝，干燥后即得到高反应活性团聚硼颗粒。

进一步的，步骤1中，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。

进一步的，步骤1中，所述的聚偏氟乙烯与溶剂的质量比为1:20~40，本发明优选1:30，溶剂量过小，前驱体液滴成球性较差，多为梭形或蝌蚪形；溶剂量过大得到的样品为柿饼状或膜状。