一种硝酸羟胺基绿色无污染凝胶推进剂及其制备方法

技术领域

本发明属于先进推进技术领域，具体涉及一种硝酸羟胺基绿色无污染凝胶推进剂及其制备方法。

背景技术

随着航天和空间探索技术的发展，动力技术正在向智能化、精确化和环保型发展，常规的固体推进剂技术和液体推进技术已经不能满足动力技术发展的的需求。HAN作为液体氧化剂对电刺激可以敏感发火，完全燃烧生成水和氮气，可制备得到高比冲、低特征信号和绿色环保的推进剂，HAN液体推进系统结构复杂，造价昂贵且较可靠性较固体推进系统低。凝胶推进技术作为新一代推进技术，同时兼顾了固体推进剂和液体推进剂的优点，即推进剂在储存过程中具备固体推进剂安全、稳定可靠的优点，在使用时可流变为液体而具备液体推进剂推力可调和重复启动的特性。

凝胶推进剂是在其溶液中加入相当于基体量3％左右的胶凝剂，通过物理或化学作用形成三维网络结构的凝胶态，易于加工，但HAN凝胶推进剂技术尚不成熟，普遍面临着凝胶性能不稳定，点火困难，难以实现脉冲雾化和卫星控轨效率低等问题。

发明内容

本发明提供一种硝酸羟胺基绿色无污染凝胶推进剂及其制备方法，用于克服现有凝胶推进技术中凝胶性能不稳定、点火困难、难以实现脉冲雾化和卫星控轨效率低等缺陷。

本发明的技术解决方案如下：

一种绿色无污染凝胶推进剂，该推进剂的组分包括HAN溶液，多元醇类，胶凝剂，功能添加剂；

以该凝胶推进剂的总质量为100％计算，各组分的质量百分比含量为：

HAN溶液：60％～70％；

多元醇类：20％～30％；

胶凝剂：2％～4％；

功能添加剂：0.1％～5％。

进一步的，HAN溶液质量分数浓度为70％～80％。

更进一步的，多元醇类优选的为乙二醇、丙三醇的一种或两种混合物，乙二醇、丙三醇均为分析纯。

更进一步的，胶凝剂优选的为卡波姆或聚丙烯酰胺的一种或两种的混合物，卡波姆型号为卡波姆941，聚丙烯酰胺平均分子量为100000000。

更进一步的，功能添加剂为保湿剂、增稠剂和表面活性剂。

更进一步的，保湿剂优选的为山梨醇和聚乙二醇，山梨醇纯度为98％，聚乙二醇规格为聚乙二醇600。

更进一步的，增稠剂优选的为甲基纤维素、乙基纤维素和海藻酸钠的一种或多种。

更进一步的，表面活性剂优选的为果胶和淀粉的一种或两种。

一种绿色无污染凝胶推进剂的制备方法，该方法的步骤包括：

1)将称量好的HAN溶液、多元醇、保湿剂和表面活性剂混溶，手动搅拌5min，超声处理30min得到浆状混合溶液；

2)将胶凝剂加入到步骤1)中得到的推进剂混合溶液中，使用真空搅拌机在恒温60℃、1000r/min～2000r/min速率下真空搅拌40min得到可流动粘稠液体；

3)将步骤2)中得到的可流动粘稠液体，加入增稠剂，使用真空搅拌机在恒温60℃、1000r/min～2000r/min速率下真空搅拌20min得到凝胶推进剂。

4)将步骤3)中得到的凝胶推进剂在-10℃～0℃冷冻12h得到冷冻推进剂；

5)将步骤4)中得到的冷冻凝胶推进剂拿到室温解冻，最终得到稳定均匀的凝胶推进剂。

与现有技术相比，本发明具有以下独特的优势：

1)本发明所用的胶凝剂为卡波姆或聚丙烯酰胺，两种胶凝剂含有多个酰胺基，易于HAN溶液形成氢键，有助于提高其化学活性；

2)本发明所用的胶凝剂为卡波姆或聚丙烯酰胺，两种胶凝剂属于离子型聚合物，本身具有良好的导电性能，可显著减少该种凝胶推进剂的点火延迟时间，增强该种凝胶推进剂点火能力；

3)使用本发明的功能添加剂在不影响该种凝胶推进剂燃烧性能的同时可增强推进剂的适应性，维持良好的流动力学特征以及增强其雾化性能；

4)使用本发明公开方案制作的凝胶推进剂燃烧产物清洁无污染，符合绿色推进理念；

5)基于本发明制备凝胶推进剂的工艺流程简单，成本低，易于扩大化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但保护范围并不仅限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

实施例1

(1)一种绿色无污染凝胶推进剂组成及其制备方法，配方组分及其质量分数如表1所示。

表1实施例1配方组分表

按表1配方称取原料；

将称量好的HAN溶液、丙三醇、山梨醇和果胶混溶，手动搅拌5min，超声处理30min得到浆状混合溶液；将卡波姆混入所得到的浆状混合溶液中，使用真空搅拌机在恒温60℃、1000r/min～2000r/min速率下真空搅拌40min得到可流动粘稠液体；在得到的新的可流动粘稠液体中，加入增稠剂乙基纤维素，使用真空搅拌机在恒温60℃、1000r/min～2000r/min速率下真空搅拌20min得到凝胶推进剂。随后使所得凝胶推进剂在-10℃～0℃冷冻12h得到冷冻推进剂；得到的冷冻凝胶推进剂拿到室温解冻，最终得到稳定均匀的凝胶推进剂。

(2)经理论计算，绿色无污染凝胶推进剂的性能指标如下：

理论比冲：242.5s

燃烧火焰温度：2011.34K

理论燃烧产物(摩尔分数)：40.3％H

实施例2

(1)一种绿色无污染凝胶推进剂组成及其制备方法，配方组分及其质量分数如表2所示。

表2实施例2配方组分表

按表2配方称取原料；

将称量好的HAN溶液、乙二醇、聚乙二醇和果胶混溶，手动搅拌5min，超声处理30min得到浆状混合溶液；将卡波姆混入所得到的浆状混合溶液中，使用真空搅拌机在恒温60℃、1000r/min～2000r/min速率下真空搅拌40min得到可流动粘稠液体；在得到的新的可流动粘稠液体中，加入增稠剂甲基纤维素，使用真空搅拌机在恒温60℃、1000r/min～2000r/min速率下真空搅拌20min得到凝胶推进剂。随后使所得凝胶推进剂在-10℃～0℃冷冻12h得到冷冻推进剂；得到的冷冻凝胶推进剂拿到室温解冻，最终得到稳定均匀的凝胶推进剂。

(2)经理论计算，绿色无污染凝胶推进剂的性能指标如下：

理论比冲：256.3s

燃烧火焰温度：2237.63K

理论燃烧产物(摩尔分数)：45.1％H

实施例3

(1)一种绿色无污染凝胶推进剂组成及其制备方法，配方组分及其质量分数如表3所示。

表3实施例3配方组分表

按表3配方称取原料；

将称量好的HAN溶液、丙三醇、山梨醇和果胶混溶，手动搅拌5min，超声处理30min得到浆状混合溶液；将聚丙烯酰胺混入所得到的浆状混合溶液中，使用真空搅拌机在恒温60℃、1000r/min～2000r/min速率下真空搅拌40min得到可流动粘稠液体；在得到的新的可流动粘稠液体中，加入增稠剂海藻酸钠，使用真空搅拌机在恒温60℃、1000r/min～2000r/min速率下真空搅拌20min得到凝胶推进剂。随后使所得凝胶推进剂在-10℃～0℃冷冻12h得到冷冻推进剂；得到的冷冻凝胶推进剂拿到室温解冻，最终得到稳定均匀的凝胶推进剂。

(2)经理论计算，绿色无污染凝胶推进剂的性能指标如下：

理论比冲：249.4s

燃烧火焰温度：2298.54K

理论燃烧产物(摩尔分数)：46.6％H

实施例4

(1)一种绿色无污染凝胶推进剂组成及其制备方法，配方组分及其质量分数如表4所示。

表4实施例4配方组分表

按表4配方称取原料；

将称量好的HAN溶液、丙三醇、聚乙二醇和果胶混溶，手动搅拌5min，超声处理30min得到浆状混合溶液；将卡波姆混入所得到的浆状混合溶液中，使用真空搅拌机在恒温60℃、1000r/min～2000r/min速率下真空搅拌40min得到可流动粘稠液体；在得到的新的可流动粘稠液体中，加入增稠剂海藻酸钠，使用真空搅拌机在恒温60℃、1000r/min～2000r/min速率下真空搅拌20min得到凝胶推进剂。随后使所得凝胶推进剂在-10℃～0℃冷冻12h得到冷冻推进剂；得到的冷冻凝胶推进剂拿到室温解冻，最终得到稳定均匀的凝胶推进剂。

(2)经理论计算，绿色无污染凝胶推进剂的性能指标如下：

理论比冲：252.4s

燃烧火焰温度：2190.63K

理论燃烧产物：45.6％H

以上实例还提供一种上述硝酸羟胺基绿色无污染凝胶推进剂加入卡波姆或聚丙烯酰胺胶凝剂后与其它胶凝剂粘度数据比较如表5所示。

表5卡波姆或聚丙烯酰胺与其他胶凝剂粘度数据