復(fù)合固體推進(jìn)劑燃速催化劑研究進(jìn)展的探析

吉志強(qiáng)　任曌芝　殷傳傳

摘 要：在我國航天固體推進(jìn)劑領(lǐng)域中，催化劑的應(yīng)用范圍是非常廣泛的，應(yīng)用價值是非常高的。本文對復(fù)合固體推進(jìn)劑燃速催化劑的研究進(jìn)展進(jìn)行深入研究，具有重要意義。

關(guān)鍵詞：復(fù)合固體推進(jìn)劑;燃速催化劑;研究進(jìn)展

1 引言

在我國航天固體推進(jìn)劑領(lǐng)域中，催化劑的應(yīng)用價值是非常高、非常廣泛的，包括催化燃燒速度、推進(jìn)劑固化催化等。其中，推進(jìn)劑燃燒性能主要包含燃速壓強(qiáng)指數(shù)和燃速性能。一般情況下，為使固體火箭發(fā)動機(jī)推進(jìn)劑的性能要求得以滿足，推進(jìn)劑的壓強(qiáng)指數(shù)不應(yīng)過高，燃速范圍應(yīng)比較寬。如果推進(jìn)劑中沒有加入催化劑，則其壓強(qiáng)指數(shù)便會比較高，燃速比較低。所以，當(dāng)前專業(yè)研究人員亟待解決的一大難題就是要對新型高效的燃速催化劑不斷進(jìn)行深入研究，對推進(jìn)劑的燃速范圍不斷進(jìn)行拓寬，對壓強(qiáng)指數(shù)不斷進(jìn)行降低。

2 復(fù)合固體推進(jìn)劑燃速催化劑的研究進(jìn)展

2.1 第一發(fā)展階段

第一發(fā)展階段，就是指在1990年之前。在該段發(fā)展時期中，經(jīng)常會運(yùn)用到的燃速催化劑有過渡金屬氟化物、過渡金屬氧化物、燃速抑制劑、二茂鐵及其衍生物等。第一，在C-H粘合劑的推進(jìn)劑內(nèi)添加過渡金屬氟化物，不但能夠?qū)簭?qiáng)指數(shù)進(jìn)行有效降低，而且能夠?qū)θ妓龠M(jìn)行有效提高。第二，過渡金屬氧化物。AP在過渡金屬氧化物作用下，得以催化，發(fā)生熱分解現(xiàn)象，所以CTPB推進(jìn)劑、HTPB推進(jìn)劑、PBAA推進(jìn)劑產(chǎn)生不同程度的催化作用，尤其是Fe2O3能夠?qū)θ妓傩ЧM(jìn)行顯著提高。第三，二茂鐵及其衍生物。卡托辛屬于一種優(yōu)良的燃速催化劑，能夠?qū)簭?qiáng)指數(shù)進(jìn)行有效降低，對燃速進(jìn)行有效提高。將2%的卡托辛加入到丁羥推進(jìn)劑中，能夠有效提高推進(jìn)劑燃速，GC和卡托辛進(jìn)行有效組合后，能夠?qū)?.354的壓強(qiáng)指數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的降低。第四，燃速抑制劑。一些復(fù)合固體推進(jìn)劑內(nèi)，如果含有AP氧化劑，凡是化合物能夠?qū)P的分解起到一定抑制作用，則便能夠?qū)ν七M(jìn)劑的燃速起到一定的降低作用。與此同時，很多燃速抑制劑均能夠?qū)簭?qiáng)指數(shù)進(jìn)行有效降低。將少量CaCO3加入到聚氨酯推進(jìn)劑內(nèi)，所獲取的壓強(qiáng)指數(shù)和燃速都是比較低的。將1% LiF加入聚氨酯推進(jìn)劑中，在2.03-8.1MPa壓強(qiáng)范圍中，能夠獲取平臺效應(yīng)。

2.2 第二發(fā)展階段

自1990年以來，我國不斷出現(xiàn)新材料、新技術(shù)，同時推進(jìn)劑技術(shù)也在不斷發(fā)展，繼而產(chǎn)生很多新型燃速催化劑，包括TMO組合催化劑、含硼化合物、粘合劑型催化劑等。第一，TH2催化劑。日本進(jìn)行通過運(yùn)用TH2對固體推進(jìn)劑燃速進(jìn)行提高的研究。研究結(jié)果表明，在固體推進(jìn)劑中加入TH2催化劑，能夠有效提高推進(jìn)劑的燃速，降低壓強(qiáng)指數(shù)。第二，含硼化合物。針對含硼化合物，由于其能夠?qū)MX的熱分解起到一定的促進(jìn)作用，同時能夠?qū)ν七M(jìn)劑的燃速進(jìn)行有效提高，所以英國在推進(jìn)劑中添加適量的B10H30，能夠有效提高推進(jìn)劑的燃速，使其高達(dá)100mm/s。第三，TMO組合催化劑。通過對AP /A L/HTPB復(fù)合推進(jìn)劑在加入TMO催化劑及其相同質(zhì)量比的8種組合催化劑后燃燒性能受到的影響進(jìn)行深入研究后，不難發(fā)現(xiàn)，推進(jìn)劑的燃速在TMO組合催化劑作用下，能夠產(chǎn)生3種效應(yīng)，即負(fù)協(xié)同效應(yīng)、無協(xié)同效應(yīng)、正協(xié)同效應(yīng)，其中能夠獲取最佳的燃速效果提高作用，就是正協(xié)同效應(yīng)的TMO組合催化劑。

2.3 第三發(fā)展階段

自1990年以來，我國便越來越重視納米催化劑的研究。因為納米催化劑的催化活性是非常高的，所以當(dāng)前國內(nèi)外的一大研究熱點(diǎn)，就是選用納米催化劑，以替代固體推進(jìn)劑中普通催化劑。尤其是指2000年以來，關(guān)于納米催化劑的研究和應(yīng)用變得更為廣泛。

2.4 第四發(fā)展階段

迄今為止，關(guān)于復(fù)合燃速催化劑、納米燃速催化劑的研究還是比較多的。實際上，復(fù)合燃速催化劑、納米燃速催化劑均存在各自的缺點(diǎn)，假如能夠有效結(jié)合這兩種催化劑的優(yōu)點(diǎn)，研發(fā)出納米級復(fù)合燃速催化劑，便能夠?qū)Υ呋钚赃M(jìn)行有效提高，同時這也是燃速催化劑的一大發(fā)展趨勢。針對納米復(fù)合燃速催化劑的運(yùn)用，其一大重要技術(shù)就是要對納米粒子之間的團(tuán)聚問題、納米粒子在推進(jìn)劑中的均勻分散問題進(jìn)行有效解決。

3 燃速催化劑發(fā)展方向

從高能角度來說，固體推進(jìn)劑應(yīng)最大程度對自身能力水平不斷進(jìn)行提高。目前，國內(nèi)外已對含能催化劑的研究給予高度重視，因此這也是燃速催化劑未來發(fā)展的一大主要趨勢。例如，通過運(yùn)用5-亞甲基二四唑、5-苯基四唑，制作出相應(yīng)的銅、鉛、鍶鹽，然后進(jìn)行探索性實驗研究，即在改性雙基推進(jìn)劑配方中運(yùn)用以上幾種金屬鹽的單一催化劑，研究結(jié)果表明，針對復(fù)合改性雙基推進(jìn)劑，四唑類金屬鹽類能夠成為其有效的含能燃燒催化劑;針對RDX-CMD B推進(jìn)劑，在其內(nèi)加入6種含能羥基吡啶鉛、銅鹽，對其燃燒性能產(chǎn)生的影響進(jìn)行深入研究，研究結(jié)果表明，在推進(jìn)劑中加入含能的羥基吡啶鉛鹽，能夠?qū)ν七M(jìn)劑的壓強(qiáng)指數(shù)、催化燃燒作用進(jìn)行有效提高;在固體推進(jìn)劑中加入消煙劑或者非鉛催化劑，同事對鹽類用量、金屬氧化物用量、金屬粉用量進(jìn)行減少，能夠?qū)腆w推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生很多金屬粒子煙霧現(xiàn)象進(jìn)行有效避免，推進(jìn)劑便會具有低特征信號。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋秀鐸，趙鳳起，陳沛.固體推進(jìn)劑用非鉛燃速催化劑研究最新進(jìn)展[J].含能材料，2017（03）.

[2]唐松青，丁宏勛.丁羥推進(jìn)劑的高效燃速催化劑[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2018（01）.