高能复合固体推进剂研究进展的探析

王鸿顺

摘 要：本文将复合固体推进剂不同组分的分类作为主要出发点，对当前高能复合固体推进剂研究进展进行了深入研究，包括金属燃烧剂、含能粘合剂体系等，具有重要意义。

关键词：高能复合固体推进剂;研究进展

1 前言

复合固体推进剂具有很多特性，如可加工性、储存性能、力学性能、能量性能等。在制作空间飞行器、导弹、火箭时，常常会选择复合固体推进剂作为固体发动机动力源，同时这也是目前固体推进剂的重要发展趋势。复合固体推进剂是一种多相混合的异质推进剂，其中，主要选择高分子粘合剂作为基体，同时加入金属燃烧剂、固体氧化剂及一些其他功能助剂。自复合固体推进剂诞生以来，能量一直是发展主线。为能够对复合固体推进剂的能量进行有效提高，要求其燃烧产物的平均分子量应比较低，组分材料的生成热应比较高，同时燃烧反应出来的放热量应比较大;所以只有合理选取和搭配复合固体推进剂中的不同组分，才能够实现以上各大目标。针对复合固体推进剂，当前对其提出极为一种强烈的需求，即高能化，所以当前复合固体推进剂领域中，新型高含能材料、组分材料的改性是一大研究热点。因此，本文将复合固体推进剂不同组分的分类作为主要出发点，对当前高能复合固体推进剂研究进展进行了深入研究，具有重要意义。

2 高能复合固体推进剂研究进展

2.1 金属燃烧剂

为能够对固体推进剂的密度、爆热进行有效提高，可将适量的金属燃烧剂加入到固体推进剂中。硼、镁、锂、铍、铝均为可用的金属燃烧剂。其中，铍的毒性比较大，锂是一种碱金属且价格非常高，镁的密度比较小，所以，铝、硼是当前固体推进剂中比较常用的金属燃烧剂。

2.1.1 铝

尽管铝粉的燃烧热比较低，不过因铝的耗氧量比较低、密度比较大，将较多的铝粉加入到复合固体推进剂中，能够对复合固体推进剂比冲进行大幅度提高，所以复合固体推进剂对铝的使用是十分广泛的。目前，纳米化是复合固体推进剂对铝粉运用的一大重要发展方向。通过运用适量的纳米铝粉，能够对复合推进剂的燃烧速度进行有效提高，对点火温度进行有效降低，对点火时间进行有效缩短。

2.1.2 硼

硼的毒性是比较小的，来源非常广泛，其容积热值、质量热值是非常高的，具有比较好的运用前景。不过因为在燃烧过程中，硼的表面会产生B2O3液体薄膜，由于B2O3液体薄膜的沸点是非常高的，无法在短时间内迅速挥发，造成硼颗粒内部无法完全燃烧，且因为B2 O3液体薄膜在挥发以后，会有大量的热被带走，导致硼粒子出现熄火现象，所以和铝复合固体推进剂比较，加硼复合固体推进剂的实际性能是相对较差的。

针对以上问题，为能够对硼的燃烧特性进行有效改善，对燃烧效率进行有效提高，我国专业人员深入研究了硼表面的改性。通过大量研究后发现，通过使用错和钛包覆硼粉，能够对点火延迟时间进行有效缩短，通过使用AP、GAP来包覆硼粉，可以对硼粒子的燃烧时间进行有效缩短。

2.2 含能粘合剂体系

针对复合固体推进剂，将粘合剂作为连续相，通过有效组合粘合剂、增塑剂、交联剂等，能够有效形成粘合剂体系;其中，针对复合固体推进剂的能量，增塑剂、粘合剂对其影响和作用是非常显著的。

2.2.1 含能增塑剂

传统增塑剂，能够对固体推进剂的药浆粘度进行有效降低，对固体推进剂的流变性能进有效改善，对玻璃化转變温度进行有效降低，对固体推进剂的低温力学性能进行有效改善，对挥发、迁移现象进行有效减少。针对含能增塑剂，除了具有传统增塑剂以上功能以外，它能够对固体推进剂的能量进行有效提高。含能增塑剂大致可以划分为两种类型，即硝酸酯类和叠氮类，含能增塑剂具有很多特点，如玻璃化转变温度低、感度低、含氮量高、生成热高、密度大等。

2.2.2 含能粘合剂

除了能够将C、H、S等可燃元素提供给复合固体推进剂进行燃烧以外，复合固体推进剂自身的性能还能够对固体推进剂的其他方面产生直接影响，包括力学性能、贮存性能、燃烧性能、制造工艺等。含能粘合剂是一种高分子聚合物，在含能粘合剂进行燃烧时，能够对金属燃烧剂、氧化剂的燃烧环境进行有效改善，而且能够释放出更多的能量，可以对推进剂的性能进行有效提高，使推进剂具有较好的可加工性、力学性能。目前，硝酸酯增塑聚醚类粘合剂和叠氮类粘合剂是含能粘合剂的主要研究对象。

在最近几年中，出现了一些新型含能粘合剂。其中，对于聚缩水甘油硝酸酯，因为其具有比较大的密度，密度比冲高约5N°s/cm3，它是当前能量最大的粘合剂;不过异氰酸酯类交联剂和聚缩水甘油硝酸酯进行反应固化后，主链会出现降解现象，严重影响储存，所以大大缩小了这种粘合剂的应用范围。

3 小结

目前，关于复合固体推进剂的高能化，其主要研究工作大致可以划分为两大方面，即：其一，通过运用含能粘合剂体系，能够对复合固体推进剂的能量性能进行有效提高;其二，通过利用金属燃烧剂、氧化剂的包覆改性、纳米化，以对复合固体推进剂的综合性能进行有效提高。只有不断深入研究复合固体推进中的不同组分的机理，对新型含能材料的运用进行深入探索，才能够不断提高我国复合固体推进剂的技术水平。

参考文献：

[1]伍继君，杨斌，马文会，刘大春，戴永年，张广立，翟玉春.超细高能燃料无定形硼粉的自蔓延制备与表征[J].功能材料，2017（12）.