双基推进剂的制造工艺

二、双基推进剂的制造工艺 将分散的各组分加工成符合要求的装药是双基推进剂制造工艺的任务。双基推进剂装药制造工艺一般分为三类：压注法、压伸法和浇注法。压注法是将一定量的药料放入模具内用水压机压制成型。这种方法是间断生产，不能制造大型药柱，批生产已不采用。压伸法和浇注法是目前国内外广泛使用的制造方法，前者适用于制造中、小型火箭装药，后者用来制造直径为0.71米以上、构型复杂、成分复杂的大型装药。现简要介绍压伸法和浇注法。 (一)压伸成型工艺 它是当前我国用来制造中、小型火箭装药的成熟制造方法。以连续压伸为例，其流程图如图1。它是将准确称量好的各种原材料在大量水中通过升温(505 )、搅拌制成吸收药。同一批吸收药经过混同和驱水后，在压延机的高温(90100 )、高压(1000公斤米2)作用下制成半成品药片，然后将进一步干燥的药片经压伸机和模具的作用加工成装药成品。现将各主要工序的作用简述如下。 图1 双基推进剂压伸法流程图 1、原材料准备。主要保证准确地定量给料，同时配制好NC在水中的悬浮液、混合溶剂(NG和DNT的混合溶液)和凡士林乳浊液(包括凡士林、氧化镁、苯二甲酸二丁酯及硬脂酸锌等)。 2、吸收。将已配制好的NC悬浮掖、混合溶剂及乳浊液依次加入到吸收锅内，在4550温度下通过搅拌使各组分均匀分配，并使各组分与NC牢固结合，制成合格的吸收药(或称药料)。上述作用是通过NC的膨润和各组分间的扩散和吸附等过程实现的。 3、压延。经混同和驱水后的药料(水份在10以下)送至压延工序。压延的目的有三：一是除去多余水份，使吸收药料的水份降至3左右。因过多的水份阻止溶剂分子进入NC大分子之间，妨碍药料塑化；二是在压延机的高温、高压作用下，使药料进一步混合，并使溶剂分子和NC深入作用，以达到各组分均匀分布并满足压伸成型所具有的可塑性；三是通过驱除水份和气泡增加药料的致密性。药料压延后经干燥工序将药料水份降至成品水份要求(0.7以下)。 4、压伸成型。目的是使药料在压伸机的高温(8590 )、高压(400600公斤/米 2)下进一步压实塑化，并通过模具压制成具有一定密度(1.57g/cm3)、一定尺寸和几何形状的药柱。 双基推进剂经压伸成型后，装药制造即基本完成。但药柱能否交付使用还需经过全面的质量检验。装药成品检验是根据产品技术条件提出，经工厂和加工单位共同执行的。推进剂成品检验包括理化性能测试(包括成分分析、化学安定性、水份、比重、爆热及燃烧速度等项目)、外形检验(包括装药外观及几何尺寸、重量等)、内部探伤和发动机试车(测定发动机工作过程的压力时间曲线和推力时间曲线)等。各种检验项目的具体要求可参看双基推进剂通用技术条件。 (二)浇注工艺双基推进剂的浇注工艺是在第二次世界大战期间为了解决大型(直径等于或大于一米)及复杂药型装药的制造而发展起来的。由于改性双基推进剂的浇注工艺与双基推进剂浇注工艺基本相同，故在此一并介绍。其流程图如图2。各主要工序的作用简述如下。 图2 双基推进剂浇注工艺流程图 1、原材料准备。包括浇注药粒和其它固体物料的准备以及配制混合溶剂。浇注药粒的制造是浇注双基和改性双基推进剂的技术关键。药粒是用全部硝化棉和固体成分及部分溶剂制成。圆柱体药粒的直径和长度各为一毫米。也可以制成直径为50100微米的球形药粒。前者是借助挥发性溶剂用挤压法制成；后者是用醋酸乙酯溶解硝化棉后在水介质中成型的。按照组分不同，浇注药粒可分为三种。其典型组成见表1。 表1 浇注药粒的组成 (1)单基药粒。主要由硝化棉、安定剂和少量的附加剂组成。用这种药粒制造浇注双基推进剂时，药粒与溶剂的体积比约为2：1左右。所得推进剂约含60的硝化锦。 (2)双基药粒。主要由硝化棉和一定量的硝化甘油或其它增塑剂(如DNT等)组成。用它制成的推进剂塑化质量较好，而且能量也较高。 (3)复合药粒。药粒中除含有硝化棉和硝化甘油外，尚加入一定量的固体氧化剂和金属燃烧剂(如铝粉)。用此药粒可制造改性双基推进剂。球形药粒亦可为单基、双基或复合的，但复合药粒中不含有溶于水的固体成分。 在双基和改性双基推进剂浇注工艺中选用浇注药粒的目的有三：一是减少双基配方中NC和溶剂的体积比，由于松散NC和溶剂的体积比约为23：1，选用浇注药粒则接近2：1或更低，便于NC和溶剂的均匀接触；二是降低NG等溶剂对NC的溶解速度，这是因为浇注药粒的密度一般大于1.6g/cm3，溶剂向其内部浸润和扩散均较困难；三是使药料在浇注时具有较好的流动性。 若选用球形复合药粒制造改性双基推进剂时，则其余固体物质还要经过过筛、干燥和称量后，再与球形药粒混合均匀。混合溶剂包括固体组分以外的各种液相(或可熔)组分，如NG、DNT、中定剂、苯二甲酸二丁酯、甘油三醋酸酯(改性双基推进剂的增塑剂)等。配制过程是将NG以外的各组分先加热(8090 )熔化，然后在常温下搅拌成溶液，最后抽真空以除去空气及水份。 2、模具(或发动机)准备。用模具浇注时，事先须清理、固定模芯。为便于制成后的药柱退出模具，在其内表面和模芯表面都应涂上脱模剂。若推进剂表面需要包复时，则涂上脱模剂后，在模具内作成包复层套简。若直接向发动机内进行贴壁浇注时，则发动机除按同样步骤进行清理并粘贴绝热层外，双基或改性双基推进剂还必须经过衬里层，才能粘附到绝热层上去。已经证实，环氧、聚酰胺、异氰酸酯交联的纤维素酯、以及交联的酚醛树酯和聚乙烯醇缩甲醛清漆的组合物，是双基和改性双基推进剂与绝热层间的有效粘结剂。 3、浇注和固化。将浇注药粒装入模具，然后倒入混合溶剂，药粒的空隙即被混合溶剂所充满。这种浇注法叫“间隙充填法”。也可以将一定比例的浇注药粒和混合溶剂混合成具有一定流动性的药浆，采取一定的方法将药浆直接浇入模具或发动机内。这种方法叫“配浆法”。根据浇注药粒的大小，又把“配浆法”分为“药粒”配浆法和“塑溶胶”配浆法两种。前者浇注药粒直径一般为一毫米左右，后者为550微米(100微米)。浇注完毕后，即可进行固化。 双基和改性双基推进剂的固化是一个物理过程。它是在一定温度下经过一定时间，液相浇注溶剂往固相药粒中扩散，固相药粒膨润和溶解，而聚结成为所需的浇注药柱。固化温度一般在80下进行，固化时间一般控制在一至数天，具体时间由药柱大小和组成而定。固化降温后经脱模、取出模芯、端面整形后，再送去检验。 如上所述，浇注工艺可制作大型和形状复杂的药柱，工艺过程比较简单。采用“塑溶胶”配桨法浇注后，制出的药柱质量较好，如燃烧速度误差1，可制得含大量固体成分(65)的改性双基推进剂，配方调整变化范围较广，是制造含NH4ClO4、RDX、HMX以及大量不溶性金属(如A1，Be等)的较为理想的工艺方法。但还存在以下问题：(1)不能完全消除NC的粒状结构，使药柱的机械性能较压伸成型的低；而改性双基推进剂又低于一般浇注双基推进剂；(2)不能完全消除气泡，使燃烧稳定性较压伸成型的差，(3)由于双基推进剂导热性差，在浇注大型药柱时，均匀加热困难，固化时间长。