硼粉与HTPB相容性研究
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2020-01-08
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硼粉与 HTPB 相容性研究
胡修文
中国矿业大学（北京），北京（100083）
摘 要：本文主要研究了B—HTPB体系的相容性。采用红外光谱法和粘度测试等实验手段，
初步验证了含硼HTPB富燃料推进剂工艺恶化的主要原因，重点研究了在B—HTPB简单系统
中硼粉的处理效果和B—HTPB体系相容性的改进。
关键词：硼；改性硼粉；端羟基聚丁二烯；表面处理
1. 前 言
在复合固体推进剂研制过程中，轻金属燃料的应用早已被人们重视，主要的有镁、铝、
铍、硼。其中硼热值大约是铝的二倍，镁的二倍还多，密度仅略低于铝，具有最高的体积热
值，就其能量而言，硼应是最佳的金属燃料。在相同配方中，由HTPB20%、金属燃料40% 、
高氯酸铵40%组成的富燃料推进剂，对镁、铝、硼进行比较，唯一使比冲达到10kN·s/kg的是
含硼推进剂
[1]
。硼由于其高质量热值(58.3MJ/kg)和高体积热值(1310MJ/m
3
)成为高能富燃料
推进剂的首选燃料
[2]
；HTPB粘合剂以其优良的性能和良好的工业基础成为含硼富燃料推进
剂比较现实的粘合剂选择。
20 世纪 70 年代以来，国外对含硼推进剂作了广泛深人的研究，探索将含硼贫氧推进剂
用于固体燃气发生器冲压发动机。我国也对硼粉在推进剂中的应用作了一定程度的探索工作
[3
～
6]
。但是，含硼 HTPB 推进剂获得应用首先要解决硼粉表面杂质与 HTPB 之间不相容引发
的推进剂工艺恶化问题。关于该现象的机理，目前有两种观点：(1)硼粉表面的杂质 B
2
O
3
，
与 HTPB 的碳碳双键形成三中心二电子键，产生较强的吸附作用而导致体系粘度大，影响含
硼 HTPB 推进剂的制药工艺 ；(2)硼粉表面的杂质与 HTPB 发生了缩合反应 ，产生了大分
子化合物，其本征粘度很大，从而使体系的粘度迅速上升而工艺恶化；除此以外，硼原料中
的其他杂质如镁粉，MgCI
2
，MgO，MgB
2
，MgB
4
，B
2
0
3
，B0
6
，B0
7
等，有的易吸湿，很容
易使硼粒子表面吸附着大量水分，也造成了硼粉与推进剂体系不相容
[7]
。
根据上述分析，对硼粉进行表面处理有两种途径：一是将其表面存在水分反应除掉，同
时形成一种不易吸湿的包覆层；二是直接在硼粒子表面包覆一种物质，该物质与粘合剂系统
具有良好相容性，防止吸湿和硼粉继续氧化。
人们已选择了诸如 AP、KP、氟树脂 Viton、环氧树脂 Epieoat 等对硼粉进行包覆处理或
用某些醇对硼粉进行钝化处理，也有用团聚处理以解决硼粉在推进剂中应用的工艺性能问题
[8
～
11]
。
本研究采用各种检测体系粘度的变化来反映体系的相容性，选择了采用不同的助剂和方
法处理硼粉，主要方法有采用硅烷偶联剂及乙醇—硅烷偶联剂（其中硅烷偶联剂分别占处理
液的 1%、5%、10%）对硼粉进行处理。获得不同的硼粉样品，并用硼粉与丁羟粘合剂体系
组成简单体系，评价各种处理硼粉的效果。均取得了比较理想的实验效果。通过本研究进一
步验证了硼粉中的杂质，主要是水和硼氧化物反应生成的硼酸与 HTPB 中的羟基反应，是造
成 B—HTPB 体系不相容的主要原因。同时通过探索发现通过对硼粉进行包覆处理等方法，
能够显著地改善体系的相容性，为解决 B—HTPB 体系在固体推进剂中的应用做了有益地探
索。
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