[发明专利]一种非异氰酸酯固化的叠氮聚醚粘合剂体系及推进剂

说明书

本发明涉及一种非异氰酸酯固化的叠氮聚醚粘合剂体系及推进剂，属于固体推进剂技术领域。所述体系包括以下质量份组分：粘合剂54％～96.6％、固化剂3.2％～45.3％、固化催化剂0.2％～1.5％；其中所述粘合剂为聚叠氮缩水甘油醚GAP，所述固化剂为两官能度或多官能度的端炔基聚醚，所述固化催化剂为纳米铜粉和一价铜盐中的至少一种。本发明提供的推进剂固化反应活性较高、反应速率较快，能够在常温下实现固化，解决了药柱固化残留热应力问题；反应机理不受水分影响，可消除环境湿度和原材料水分对固化及力学性能的影响；得到的推进剂力学性能优良，尤其是具有较高的伸长率，伸长率可达到100％以上，远高于国外报道的力学性能水平。

技术领域

本发明涉及一种非异氰酸酯固化的叠氮聚醚粘合剂体系及推进剂，属于固体推进剂技术领域。

背景技术

叠氮缩水甘油聚醚(GAP)粘合剂由于具有生成热高、密度大、安定性好、燃气洁净、特征信号低等优点，在燃气发生剂、火炸药和推进剂领域展现出了良好的应用前景，得到了世界各国的广泛关注和深入研究。

但是，由于GAP粘合剂分子中含有较大的叠氮甲基官能团侧链，同时分子链端的羟基为反应活性较低的仲羟基，使得GAP类推进剂的固化反应过程更容易受到环境中水分的影响。首先，水与异氰酸酯反应产生二氧化碳，导致药柱内部形成孔洞和裂纹，影响药柱的结构完整性；其次，水和羟基聚醚在与异氰酸酯竞争反应中处于优势地位，会消耗部分固化剂，降低有效固化参数，导致不同环境湿度下生产的推进剂力学性能波动大，影响产品质量稳定性和可靠性；第三，对于关键原材料，尤其是粘合剂在使用前必须进行除水处理及检测，耗时耗资；另外，ADN与异氰酸酯固化剂化学相容性较差，限制了ADN的工程化应用。

针对上述问题，德国ICT、挪威FEI等研究部门相继开展了基于GAP粘合剂的炔基固化体系研究。德国ICT的Keicher等以叠氮GAP为粘合剂，以丁二酸二丙炔醇酯(BPS)、3，6，9-三氧杂十一烷二酸丙炔醇酯(BP-Tounds)为固化剂，制备了聚三唑交联弹性体，对弹性体的力学性能进行了深入研究，研究发现由于三唑环的刚性结构，以及固化网络结构的缺陷，弹性体的力学性能较差(Keicher T.,Kuglstatter W.,Eisele S.,et al.Isocyanate-freecuring of glycidyl azide polymer(GAP)with bis-propargyl-succinate(Ⅱ)[J].Propellants,Explosives,Pyrotechnics,2009,34:210-217.Keicher T.,KuglstatterW.,Eisele S.,et al.Isocyanate-free curing of glycidyl azide polymer(GAP)withbis-propargyl-succinate[C]//39th Int.Annual Conference of ICT,Karlsruhe.Germany,June 24-27,2008,P.66/1-14.Keicher T.,Kuglstatter W.,EiseleS.,et al.Isocyanate-free curing of glycidyl-azide-polymer(GAP)[C]//41stInt.Annual Conference of ICT,Karlsruhe.Germany,June 29-July 2,2010,P.12/1-15)。挪威FEI的Hagen等研究发现基于GAP粘合剂的聚三唑弹性体比聚氨酯弹性体具有更高的玻璃化温度(Hagen T.H.,Jensen T.L.,Unneberg E.,et al.Curing of glycidylazide polymer(GAP)diol using isocyanate,isocyanate-free,synchronous dual,andsequential dual curing systems[J].Propellants,Explosives,Pyrotechnics,2014,40:275-284)。Landsem等采用自制的双酚A二丙炔醚(BABE)为固化剂，制备了含能增塑的GAP微烟推进剂，该固化体系推进剂的力学性能较N-100固化体系的力学性能差(LandsemE.,Jensen T.L.,Kristensen T.E.,et al.Isocyanate-free and dual curing ofsmokeless composite rocket propellants[J].Propellants,Explosives,Pyrotechnics,2013,38:75-86)。