一种电控固体推进剂电极用低残炭绝缘层材料及其制备方法

技术领域

本发明属于固体推进剂电极用材料领域，具体涉及一种电控固体推进剂电极用低残炭绝缘层材料及其制备方法。

背景技术

电控固体推进剂具有通电燃烧、断电熄灭、燃速可控等特点，解决了传统固体推进剂难以实现多次点火和燃速不可控的难题。电控固体推进剂的工作原理为固体推进剂与电极接触，形成导电通路，输入合适电压，推进剂起火燃烧。为实现推进剂通电燃烧、断电熄灭的功能，需要在电极上涂覆一层绝缘材料。要求该绝缘材料具有较高的绝缘性，在电极与推进剂之间能够起到绝缘效果。

现有技术中，申请号为201610916774.8的中国专利公开了一种酚醛树脂制备电控固体推进剂电极绝缘材料的工艺方法，该专利公开了通过将酚醛树脂涂料涂敷于经过表面处理之后的电极表面，50～120℃烘干，180～350℃下塑化成型,获得电极绝缘材料，然而酚醛树脂虽然有较好的电气绝缘性，但是该方案并未意识到需要降低残碳率的需求，因而该方案的残碳率高，影响使用性能。

申请号为201610915846.7的中国专利公开了一种电控固体推进剂电极用耐高温耐强酸腐蚀绝缘材料,采用聚四氟乙烯悬浮液、环氧树脂、聚苯硫醚、聚酰亚胺等材料作为主要成分，使得所述材料能耐瞬时高温,耐强酸腐蚀。然而同样存在残碳率高的问题，影响进一步的使用新能。

如何提供一种综合性能优异的固体推进剂用绝缘层材料仍然是目前的研究热点和难点。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种综合性能优异的固体推进剂用绝缘层材料。

该绝缘层材料包括以下质量份数的原材料：

聚丙烯：60～90；

过氧化物：0.1～2.0；

增粘树脂：3～10；

聚乙烯蜡：0.5～3.0；

白炭黑：5～20；

耐高温树脂：2-8。

研发发现，固体推进剂用绝缘层材料不仅要求有较好的绝缘性能，还要求该绝缘材料燃烧后电极表面附着物少，不影响推进剂与裸电极之间的导电性。同时，还要求该绝缘材料燃速大于推进剂燃速，以保证推进剂与裸露电极的接触而形成导电通路。

采用上述的体系，不仅兼顾了绝缘性能，还有效的降低了绝缘层材料燃烧后的表面附着物，同时确保了绝缘层材料相对于推进剂有更高的燃速。

进一步的，该绝缘层材料包括以下质量份数的原材料：

聚丙烯：70～80；

过氧化物：0.1～2.0；

增粘树脂：5～8；

聚乙烯蜡：0.5～3.0；

白炭黑：6～15；

耐高温树脂：2-8。

进一步的，该绝缘层材料包括以下质量份数的原材料：

聚丙烯：70～80；

过氧化物：0.1～2.0；

增粘树脂：5～8；

聚乙烯蜡：0.5～3.0；

白炭黑：6～15；

耐高温树脂：5-8。

上述绝缘层材料中，所述过氧化物为二叔丁基过氧化物、过氧化二异丙苯中的一种及几种。

上述绝缘层材料中，所述增粘树脂为松香、萜烯树脂、石油树脂、烷基酚醛树中的一种或几种。

上述绝缘层材料中，所述耐高温树脂为：聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚酰亚胺、酚醛树脂中的一种或几种。

进一步优选的，所述材料状态优选粉末。

本发明还提供一种上述绝缘层材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将称量好的各组分原材料混合均匀，加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒。

(2)对挤出的粒料干燥后进行粉碎研磨，过120目筛。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、在配方中加入白炭黑，以保证绝缘材料燃烧后电极表面无附着物，保证推进剂与电极间导电通路的构建。

2、加入不同耐热等级的材料，构建绝缘材料多梯度热分解温度，保证绝缘材料燃烧的有序可控。

3、用上述的体系，不仅兼顾了绝缘性能，还有效的降低了绝缘层材料燃烧后的表面附着物，同时确保了绝缘层材料相对于推进剂有更高的燃速。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整。这些都属于本发明的保护范围。对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。

实施例1

一种电控固体推进剂电极用低残炭绝缘层材料及其制备方法，包括以下原材料及质量分数：

聚丙烯：60；

过氧化二异丙苯：1；

松香：10；

聚乙烯蜡：1；

白炭黑：20；

聚苯硫醚：8；

将称量好的各组分原材料在高速搅拌机中搅拌3分钟，将混合后的物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其挤出工艺参数为：一区温度120～140℃，二区温度140～160℃，三区温度150～170℃，四区温度170～180℃，五区温度170～190℃，六区温度170～190℃，机头温度160～180℃。主机转速180～300r/min。对挤出的粒料干燥后进行粉碎研磨，过120目筛。将过筛后的粉末装入静电喷枪粉桶中，按照静电喷涂工艺将粉末喷涂在电极表面，然后放入180～210℃烘箱中，塑化2-5min，得到具有绝缘层的电极。

实施例2

一种电控固体推进剂电极用低残炭绝缘层材料及其制备方法，包括以下原材料及质量分数：

聚丙烯：80；

二叔丁基过氧化物：2.0；

石油树脂：3；

聚乙烯蜡：2；

白炭黑：8；

聚醚醚酮：5；

将称量好的各组分原材料在高速搅拌机中搅拌3分钟，将混合后的物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其挤出工艺参数为：一区温度120～140℃，二区温度140～160℃，三区温度150～170℃，四区温度170～180℃，五区温度170～190℃，六区温度170～190℃，机头温度160～180℃。主机转速180～300r/min。对挤出的粒料干燥后进行粉碎研磨，过120目筛。将过筛后的粉末装入静电喷枪粉桶中，按照静电喷涂工艺将粉末喷涂在电极表面，然后放入180～210℃烘箱中，塑化2-5min，得到具有绝缘层的电极。

对比例1

一种绝缘层材料及其制备方法，包括以下原材料及质量分数：

聚丙烯：80；

过氧化二异丙苯：1；

松香：10；

聚乙烯蜡：1；

聚苯硫醚：8；

将称量好的各组分原材料在高速搅拌机中搅拌3分钟，将混合后的物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其挤出工艺参数为：一区温度120～140℃，二区温度140～160℃，三区温度150～170℃，四区温度170～180℃，五区温度170～190℃，六区温度170～190℃，机头温度160～180℃。主机转速180～300r/min。对挤出的粒料干燥后进行粉碎研磨，过120目筛。将过筛后的粉末装入静电喷枪粉桶中，按照静电喷涂工艺将粉末喷涂在电极表面，然后放入180～210℃烘箱中，塑化2-5min，得到具有绝缘层的电极。

对比例2

一种绝缘层材料及其制备方法，包括以下原材料及质量分数：

聚苯硫醚：80；

白炭黑：20；

将称量好的各组分原材料在高速搅拌机中搅拌3分钟，将混合后的物料加入双螺杆挤出机中进行挤出造粒，其挤出工艺参数为：一区温度260～270℃，二区温度270～280℃，三区温度270～290℃，四区温度290～300℃，五区温度290～300℃，六区温度290～300℃，机头温度300～310℃。主机转速180～240r/min。对挤出的粒料干燥后进行粉碎研磨，过120目筛。将过筛后的粉末装入静电喷枪粉桶中，按照静电喷涂工艺将粉末喷涂在电极表面，然后放入300～320℃烘箱中，塑化2-5min，得到具有绝缘层的电极。

测试实施例1-2及对比例1-2的表面电阻率，热分解温度。绝缘层材料燃烧后目测。

热分解温度测试条件：温度范围室温-800℃，升温速率10℃/min，空气氛。

从上表可以看出，实施例1、2及对比例2在添加白炭黑之后，绝缘材料燃烧后电极表面未残留黑色团状物。实施例1、2及对比例1通过不同耐热等级的材料的配比，使绝缘材料具备不同梯度的分解温度，在固体推进燃烧过程中绝缘层随着火焰位置的移动而逐步燃烧分解。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权力要求为准。