1.本发明总体地涉及固体推进剂领域，具体涉及一种富氧固体推进剂及其制备方法。
背景技术：
2.固体火箭冲压发动机由于能够利用空气中的氧作为氧化剂，同样体积和重量的发动机，其比冲和射程远远超过固体火箭发动机。
3.固体火箭冲压发动机具有燃气流量调节装置，通过控制进入燃烧室的空气流量，实现发动机的推力调节，大大地增强了导弹的战术突防能力和末端打击能力。
4.但固体火箭冲压发动机由于需要空气中的氧气作为氧化性气体进行燃烧，导致其无法在真空环境中(大气层外)工作，无法满足需在大气层外飞行的战术、战略导弹的技术需求。因此，需要研制一种可在大气环境以外能够产生氧化性气体的固体推进剂，富燃料推进剂供氧。
5.目前固体推进剂领域中广泛使用的复合固体推进剂主要由氧化剂、金属燃料和粘合剂体系组成，氧化剂含量50wt％～70wt％，铝粉含量10wt％～20wt％，推进剂的氧平衡较低，通常为-30％～-40％，燃烧产生的气体中氧含量较低，燃速较低。而直接增加复合固体推进剂中的氧化剂含量，将导致工艺性能差、力学性能差等问题。与此同时，复合固体推进剂燃烧产生大量残渣，导致冲压发动机流量调节装置无法正常工作。
技术实现要素：
6.本发明的目的是：为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种富氧固体推进剂及其制备方法，所述推进剂针对真空环境下快速提供富氧燃气的需求，解决传统的复合固体推进剂氧平衡低，燃烧速率低，单纯通过配方优化导致料浆工艺性能差、成型困难、力学性能差等问题。
7.本发明的技术方案是，一种富氧固体推进剂，包括氧化剂、粘合剂、增塑剂、固化剂、交联剂和助剂，所述氧化剂的含量按质量百分比计为80％～98％。
8.进一步的，上述富氧固体推进剂中其他组分的含量质量百分计分别为：粘合剂：1.8～18％；增塑剂：0％～12％；固化剂：0.1％～1.5％；交联剂：0.05％～0.8％；
9.助剂：0.1％～2％。
10.进一步的，上述富氧固体推进剂中各组分的含量按质量百分计分别为：氧化剂：88％～92％；粘合剂：5％～10％；增塑剂：2％～5％；固化剂：0.5％～1％；交联剂：0.08～0.1％；助剂：0.8％～1.2％。
11.进一步的，上述氧化剂为高氯酸铵、高氯酸钾、高氯酸钠、硝酸铵、二硝酰胺铵的一种或两种以上的混合物；所述氧化剂采取了颗粒级配，包括粗颗粒、细颗粒和超细颗粒氧化剂颗粒：其中粗颗粒氧化剂的平均粒径在大于200μm至不大于500μm之间，占氧化剂总质量的50％～70％；细颗粒氧化剂的平均粒径在大于100μm至不大于200μm之间，占氧化剂总质
量的20％～40％，超细颗粒氧化剂的平均粒径为20μm以下，占氧化剂总质量的5％～20％。
12.进一步的，上述粘合剂为聚叠氮缩水甘油醚、3,3-双叠氮甲基氧丁烷与四氢呋喃共聚物、环氧乙烷-四氢呋喃共聚醚、聚3-硝酸酯甲基-3-甲基氧杂环丁烷、聚3-叠氮甲基-3-甲基环氧丁烷、聚3,3-双叠氮甲基氧杂环丁烷中的一种或组合。
13.进一步的，上述增塑剂为2,2-二硝基丙醇缩甲醛与2,2-二硝基丙醇缩乙醛混合物、邻苯二甲酸二丁酯、n-丁基硝氧乙基硝胺、三羟甲基乙烷三硝酸酯、癸二酸二辛脂中的一种或组合。
14.进一步的，上述固化剂为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二苯甲基二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或组合。
15.进一步的，上述交联剂为三-1-(2-甲基氮丙啶)氧化膦、甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、蓖麻油中的一种或组合。
16.进一步的，上述助剂为硬脂酸甲酯、卵磷脂、醇胺类键合剂、十六烷胺溴化钠、十二烷基磺酸钠中的一种或组合。
17.本发明同时提供了上述富氧固体推进剂的制备方法，包括以下步骤：
18.1)将粘合剂、增塑剂、助剂、氧化剂、固化剂、交联剂依次加入到立式混合机中进行混合，混合温度50～70℃，制得均匀混合的混合物；
19.2)将步骤一混合物放入压装模具中，施加10-200mpa的压力，保压1-30min，得到初步成型的富氧固体推进剂，控制长径比为0.5-2.0；
20.3)将初步成型的富氧固体推进剂置于30-90℃环境中放置1-7天，形成最终的富氧固体推进剂。
21.进一步的，上述步骤2)中，压装过程中，施加40-80mpa压力，保压5-10min，初步成型的富氧固体推进剂长径比为0.8-1.2；所述步骤3)中，将初步成型的富氧固体推进剂置于50-70℃环境放置3-5天。
22.本发明相比现有技术的先进性在于：
23.1)本发明的推进剂采用高氧化剂含量的配方组成，氧平衡高，推进剂的氧平衡大于0，使其在真空条件下的自持燃烧过程中可产生氧化性气体；
24.2)本发明的推进剂采用成气性好、反应速度快的氧化剂和粘合剂作为推进剂主要组分，不含金属燃料，推进剂的燃烧速率高，燃烧后残渣率＜1％，改善传统复合固体推进剂配方中金属粉燃烧产生的固体燃烧残渣多的缺点；
25.3)本发明的推进剂配方中，采用的工艺助剂在本发明制备方法中，显著区别于复合固体推进剂醇胺类键合剂，其不同和使用效果在于：在本发明中的制备方法中，工艺助剂的使用一方面可以降低粘合剂基体体系的表面张力，使粘合剂体系与氧化剂固体调料之间的界面张力减小，增加氧化剂与粘合剂基体间的界面润湿性，使压制时粘结剂体系在固体填料分布更均匀，另一方面，具有同键合剂相同的作用，增加最大伸长率。
26.4)本发明的制备方法中采用压制成型与固化交联网络相结合的成型技术，解决了高固体含量推进剂药浆工艺性能差、压制成型的推进剂药柱力学性能无法满足发动机使用要求的缺点。通过调节压制压强、保压时间等参数可以使推进剂密度在1.20～1.85g/cm3范围内可调；通过工艺助剂的添加及含量的调节，保证得到致密、均匀的推进剂，保证富氧推进剂的伸长率与抗拉强度符合发动机使用要求。
27.5)本发明通过配方复配设计和工艺方法调整，使所得推进剂产品力学性能满足发动机中推进剂使用要求，最大抗拉强度不低于0.3mpa，最大伸长率不低于10％；密度在1.20～1.85g/cm3范围内可调，且均匀、致密，即不同位置点密度、燃烧性能、力学性能均相近；成气性能好，燃烧后残渣质量＜1％；燃速高，可以在短时间内提供富氧燃气。
28.本发明针对战略导弹用固体火箭冲压发动机在大气层外飞行过程中，对真空条件下的富氧燃气需求，制备了氧平衡高、力学性能较好的富氧固体推进剂。该推进剂中，不含金属燃料，氧化剂含量≥80％，氧平衡＞0；成气性好，燃烧残渣质量＜1％；力学性能较好，满足推进剂在固体火箭发动机中的使用要求，20℃最大延伸率≥10％，最大抗拉强度≥0.3mpa。本发明解决了由于氧化剂含量高、不含金属燃料带来的工艺性能差，无法浇注成型问题，以及加压成型带来的力学性能差，延伸率低的问题。
具体实施方式
29.为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
30.实施例1
31.(1)推进剂组成
[0032][0033]
(2)推进剂制备工艺
[0034]
成型压强，mpa75保压时间，min20药柱长径比1
[0035]
(3)推进剂性能
[0036][0037]
实施例2
[0038]
(1)推进剂组成
[0039][0040]
(2)推进剂制备工艺
[0041]
成型压强，mpa75保压时间，min20药柱长径比1
[0042]
(3)推进剂性能
[0043][0044]
实施例3
[0045]
(1)推进剂组成
[0046][0047]
(2)推进剂制备工艺
[0048]
成型压强，mpa40保压时间，min10药柱长径比0.9
[0049]
(3)推进剂性能
[0050][0051]
对比例1
[0052]
(1)推进剂组成
[0053][0054]
(2)推进剂制备工艺
[0055]
成型压强，mpa75保压时间，min20药柱长径比1
[0056]
(3)推进剂性能
[0057][0058]
对比例2
[0059]
(1)推进剂组成
[0060][0061][0062]
(2)推进剂制备工艺
[0063]
成型压强，mpa75保压时间，min20药柱长径比1
[0064]
(3)推进剂性能
[0065][0066]
对比例3
[0067]
(1)推进剂组成
[0068][0069]
(2)推进剂制备工艺
[0070]
成型压强，mpa75保压时间，min20药柱长径比1
[0071]
(3)推进剂性能
[0072][0073]
对比例4
[0074]
(1)推进剂组成
[0075][0076]
(2)推进剂制备工艺
[0077]
成型压强，mpa80保压时间，min20药柱长径比1
[0078]
(3)推进剂性能
[0079][0080]
综上，可以看出：
[0081]
1)通过实施例1与对比例1的对比可以看出，采用传统复合固体推进剂配方，直接增加氧化剂含量(如对比例1所示)，推进剂的燃烧残渣率较大，燃速较低。
[0082]
2)通过实施例1与对比例2的对比可以看出，采用具有固化交联网络的压制成型推进剂，伸长率较无固化交联网络的推进剂更高，可以满足发动机使用要求。
[0083]
3)通过实施例1与对比例3的对比可以看出，添加工艺助剂后的推进剂致密、均匀，而不添加工艺助剂的推进剂因为不致密而致使燃烧过程中窜火，同时密度不均匀(推进剂不同位置的密度不同)。
[0084]
4)通过实施例2、实施例3与对比例4的对比可以看出，氧化剂含量需控制在合理范围内，当氧化剂含量过高(达到99％)时，得到的推进剂最大伸长率较低。
[0085]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。