[发明专利]一种聚醚基复合固体推进剂3D打印油墨及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚醚基复合固体推进剂3D打印油墨及其制备方法，聚醚基复合固体推进剂3D打印油墨可UV固化，包括：聚醚基光敏树脂10％‑60％、分散剂1％‑5％、氧化剂25％‑70％、金属燃料10％‑20％；聚醚基光敏树脂原料包括超支化聚醚大单体45％‑80％、稀释剂0％‑35％、交联剂10％‑50％、增塑剂5％‑20％以及光引发剂1％‑10％。本发明还提供上述聚醚基复合固体推进剂3D打印油墨的制备方法：将油墨倒入3D打印机料槽内，设置打印参数，启动打印得到聚醚基复合固体推进剂样件。本发明实现了聚醚基复合固体推进剂的UV固化3D打印成型。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体提供了一种聚醚基复合固体推进剂3D打印油墨及其制备方法与DLP成型方法。

背景技术

现代军事理论要求武器弹药向着小型化、轻型化发展，科研人员希望在降低复合固体推进剂体积和质量的同时，能够保持甚至提升推进剂的比冲量和推力，这就需要提高复合固体推进剂的能量密度。聚醚类粘合剂含有大量的极性醚键，与硝酸酯等含能增塑剂相容性良好，不易发生静电爆炸，聚醚基复合固体推进剂具有更高的能量和比冲量，成为高能固体推进剂的研发方向之一。

此外，为了使燃料燃烧更加充分，需要为复合固体推进剂设计更大的燃烧面积，以提高燃烧效率。这就对复合固体推进剂的结构设计提出了更高、更复杂的要求，而传统的浇铸成型工艺在推进剂复杂几何结构设计的成型能力上力有不逮。为了解决真空浇铸成型在复合固体推进剂制备过程中的上述不足，研究人员将目光投向了3D打印成型技术。

3D打印复合固体推进剂目前常用挤出成型技术和UV固化技术。使用挤出成型3D打印技术制备聚醚基复合固体推进剂已经有了相关报道，例如：中国专利文件CN111559948A、CN106346774A、CN112094164A等分别公布了挤出成型3D打印聚醚基复合固体推进剂的方法。但是与UV固化3D打印技术相比，使用挤出成型3D打印的聚醚基复合固体推进剂，在Z轴方向的结构强度较低，需要较长的后续热固化过程，导致其自身结构在重力的影响下易发生形变。此外，推进剂药浆较大的粘度制约了打印喷嘴的直径，挤出推进剂料条的直径一般大于600μm，制得产品的精度相对较低。而UV固化3D打印技术通过调节光照强度和照射面积可以将打印分辨率控制在50μm以内，具有极高的精度和复杂结构成型能力；并且能够边打印边固化，避免因后续固化而导致推进剂药柱发生形变，但是目前采用UV固化3D打印技术制备聚醚基复合固体推进剂尚未见报道。

主要原因是UV固化3D打印聚醚基复合固体推进剂存在如下困难：(1)适应于UV固化3D打印的聚醚大单体商品不能满足快速固化要求，需要专门设计合成。(2)聚醚基复合固体推进剂填料含量高、油墨粘度大，在进行UV固化3D打印的过程中难以实现自流平，影响3D打印进程；(3)推进剂药浆中的金属燃料粉末和氧化剂粉末会对UV激光产生反射、散射、吸收等效果，影响油墨的光固化速率及光固化深度。

此外，本发明的发明人前期专利文件CN111410592A公开了基于丁羟胶的固体推进剂3D打印油墨及其制备方法，固体推进剂3D打印油墨可紫外光固化，包括：丁羟胶基光敏树脂10％-60％、分散剂1％-5％、氧化剂25％-70％、金属燃料10％-20％；丁羟胶基光敏树脂包括原料丁羟胶丙烯酸酯大单体45％-80％、稀释剂0％-35％、交联剂10％-50％以及光引发剂1％-10％。随着现代军事理论要求武器弹药向着小型化、轻型化方向发展，希望在降低复合固体推进剂体积和质量的同时能够保持甚至提升推进剂的比冲量和推力，这就对复合固体推进剂的能量密度提出了新的要求。研究表明，与丁羟胶相比，聚醚类粘合剂含有大量的极性醚键，因此与硝酸酯等含能增塑剂相容性良好、且不易发生静电爆炸，聚醚基复合固体推进剂成为高能固体推进剂的研发方向之一。

因此，研制一款聚醚基复合固体推进剂3D打印油墨、实现其UV固化3D打印成型，使其满足精确制造复杂结构的要求，成为人们亟待解决的问题。

发明内容