雙基推進(jìn)劑的制造工藝

二、雙基推進(jìn)劑的制造工藝 將分散的各組分加工成符合要求的裝藥是雙基推進(jìn)劑制造工藝的任務(wù)。雙基推進(jìn)劑裝藥制造工藝一般分為三類：壓注法、壓伸法和澆注法。壓注法是將一定量的藥料放入模具內(nèi)用水壓機(jī)壓制成型。這種方法是間斷生產(chǎn)，不能制造大型藥柱，批生產(chǎn)已不采用。壓伸法和澆注法是目前國(guó)內(nèi)外廣泛使用的制造方法，前者適用于制造中、小型火箭裝藥，后者用來制造直徑為0.71米以上、構(gòu)型復(fù)雜、成分復(fù)雜的大型裝藥。現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹壓伸法和澆注法。 (一)壓伸成型工藝 它是當(dāng)前我國(guó)用來制造中、小型火箭裝藥的成熟制造方法。以連續(xù)壓伸為例，其流程圖如圖1。它是將準(zhǔn)確稱量好的各種原材料在大量水中通過升溫(505 )、攪拌制成吸收藥。同一批吸收藥經(jīng)過混同和驅(qū)水后，在壓延機(jī)的高溫(90100 )、高壓(1000公斤米2)作用下制成半成品藥片，然后將進(jìn)一步干燥的藥片經(jīng)壓伸機(jī)和模具的作用加工成裝藥成品?，F(xiàn)將各主要工序的作用簡(jiǎn)述如下。 圖1 雙基推進(jìn)劑壓伸法流程圖 1、原材料準(zhǔn)備。主要保證準(zhǔn)確地定量給料，同時(shí)配制好NC在水中的懸浮液、混合溶劑(NG和DNT的混合溶液)和凡士林乳濁液(包括凡士林、氧化鎂、苯二甲酸二丁酯及硬脂酸鋅等)。 2、吸收。將已配制好的NC懸浮掖、混合溶劑及乳濁液依次加入到吸收鍋內(nèi)，在4550溫度下通過攪拌使各組分均勻分配，并使各組分與NC牢固結(jié)合，制成合格的吸收藥(或稱藥料)。上述作用是通過NC的膨潤(rùn)和各組分間的擴(kuò)散和吸附等過程實(shí)現(xiàn)的。 3、壓延。經(jīng)混同和驅(qū)水后的藥料(水份在10以下)送至壓延工序。壓延的目的有三：一是除去多余水份，使吸收藥料的水份降至3左右。因過多的水份阻止溶劑分子進(jìn)入NC大分子之間，妨礙藥料塑化；二是在壓延機(jī)的高溫、高壓作用下，使藥料進(jìn)一步混合，并使溶劑分子和NC深入作用，以達(dá)到各組分均勻分布并滿足壓伸成型所具有的可塑性；三是通過驅(qū)除水份和氣泡增加藥料的致密性。藥料壓延后經(jīng)干燥工序?qū)⑺幜纤萁抵脸善匪菀?0.7以下)。 4、壓伸成型。目的是使藥料在壓伸機(jī)的高溫(8590 )、高壓(400600公斤/米 2)下進(jìn)一步壓實(shí)塑化，并通過模具壓制成具有一定密度(1.57g/cm3)、一定尺寸和幾何形狀的藥柱。 雙基推進(jìn)劑經(jīng)壓伸成型后，裝藥制造即基本完成。但藥柱能否交付使用還需經(jīng)過全面的質(zhì)量檢驗(yàn)。裝藥成品檢驗(yàn)是根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)條件提出，經(jīng)工廠和加工單位共同執(zhí)行的。推進(jìn)劑成品檢驗(yàn)包括理化性能測(cè)試(包括成分分析、化學(xué)安定性、水份、比重、爆熱及燃燒速度等項(xiàng)目)、外形檢驗(yàn)(包括裝藥外觀及幾何尺寸、重量等)、內(nèi)部探傷和發(fā)動(dòng)機(jī)試車(測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的壓力時(shí)間曲線和推力時(shí)間曲線)等。各種檢驗(yàn)項(xiàng)目的具體要求可參看雙基推進(jìn)劑通用技術(shù)條件。 (二)澆注工藝雙基推進(jìn)劑的澆注工藝是在第二次世界大戰(zhàn)期間為了解決大型(直徑等于或大于一米)及復(fù)雜藥型裝藥的制造而發(fā)展起來的。由于改性雙基推進(jìn)劑的澆注工藝與雙基推進(jìn)劑澆注工藝基本相同，故在此一并介紹。其流程圖如圖2。各主要工序的作用簡(jiǎn)述如下。 圖2 雙基推進(jìn)劑澆注工藝流程圖 1、原材料準(zhǔn)備。包括澆注藥粒和其它固體物料的準(zhǔn)備以及配制混合溶劑。澆注藥粒的制造是澆注雙基和改性雙基推進(jìn)劑的技術(shù)關(guān)鍵。藥粒是用全部硝化棉和固體成分及部分溶劑制成。圓柱體藥粒的直徑和長(zhǎng)度各為一毫米。也可以制成直徑為50100微米的球形藥粒。前者是借助揮發(fā)性溶劑用擠壓法制成；后者是用醋酸乙酯溶解硝化棉后在水介質(zhì)中成型的。按照組分不同，澆注藥?？煞譃槿N。其典型組成見表1。 表1 澆注藥粒的組成 (1)單基藥粒。主要由硝化棉、安定劑和少量的附加劑組成。用這種藥粒制造澆注雙基推進(jìn)劑時(shí)，藥粒與溶劑的體積比約為2：1左右。所得推進(jìn)劑約含60的硝化錦。 (2)雙基藥粒。主要由硝化棉和一定量的硝化甘油或其它增塑劑(如DNT等)組成。用它制成的推進(jìn)劑塑化質(zhì)量較好，而且能量也較高。 (3)復(fù)合藥粒。藥粒中除含有硝化棉和硝化甘油外，尚加入一定量的固體氧化劑和金屬燃燒劑(如鋁粉)。用此藥?？芍圃旄男噪p基推進(jìn)劑。球形藥粒亦可為單基、雙基或復(fù)合的，但復(fù)合藥粒中不含有溶于水的固體成分。 在雙基和改性雙基推進(jìn)劑澆注工藝中選用澆注藥粒的目的有三：一是減少雙基配方中NC和溶劑的體積比，由于松散NC和溶劑的體積比約為23：1，選用澆注藥粒則接近2：1或更低，便于NC和溶劑的均勻接觸；二是降低NG等溶劑對(duì)NC的溶解速度，這是因?yàn)闈沧⑺幜５拿芏纫话愦笥?.6g/cm3，溶劑向其內(nèi)部浸潤(rùn)和擴(kuò)散均較困難；三是使藥料在澆注時(shí)具有較好的流動(dòng)性。 若選用球形復(fù)合藥粒制造改性雙基推進(jìn)劑時(shí)，則其余固體物質(zhì)還要經(jīng)過過篩、干燥和稱量后，再與球形藥?；旌暇鶆??；旌先軇┌ü腆w組分以外的各種液相(或可熔)組分，如NG、DNT、中定劑、苯二甲酸二丁酯、甘油三醋酸酯(改性雙基推進(jìn)劑的增塑劑)等。配制過程是將NG以外的各組分先加熱(8090 )熔化，然后在常溫下攪拌成溶液，最后抽真空以除去空氣及水份。 2、模具(或發(fā)動(dòng)機(jī))準(zhǔn)備。用模具澆注時(shí)，事先須清理、固定模芯。為便于制成后的藥柱退出模具，在其內(nèi)表面和模芯表面都應(yīng)涂上脫模劑。若推進(jìn)劑表面需要包復(fù)時(shí)，則涂上脫模劑后，在模具內(nèi)作成包復(fù)層套簡(jiǎn)。若直接向發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)進(jìn)行貼壁澆注時(shí)，則發(fā)動(dòng)機(jī)除按同樣步驟進(jìn)行清理并粘貼絕熱層外，雙基或改性雙基推進(jìn)劑還必須經(jīng)過襯里層，才能粘附到絕熱層上去。已經(jīng)證實(shí)，環(huán)氧、聚酰胺、異氰酸酯交聯(lián)的纖維素酯、以及交聯(lián)的酚醛樹酯和聚乙烯醇縮甲醛清漆的組合物，是雙基和改性雙基推進(jìn)劑與絕熱層間的有效粘結(jié)劑。 3、澆注和固化。將澆注藥粒裝入模具，然后倒入混合溶劑，藥粒的空隙即被混合溶劑所充滿。這種澆注法叫“間隙充填法”。也可以將一定比例的澆注藥粒和混合溶劑混合成具有一定流動(dòng)性的藥漿，采取一定的方法將藥漿直接澆入模具或發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)。這種方法叫“配漿法”。根據(jù)澆注藥粒的大小，又把“配漿法”分為“藥?！迸錆{法和“塑溶膠”配漿法兩種。前者澆注藥粒直徑一般為一毫米左右，后者為550微米(100微米)。澆注完畢后，即可進(jìn)行固化。 雙基和改性雙基推進(jìn)劑的固化是一個(gè)物理過程。它是在一定溫度下經(jīng)過一定時(shí)間，液相澆注溶劑往固相藥粒中擴(kuò)散，固相藥粒膨潤(rùn)和溶解，而聚結(jié)成為所需的澆注藥柱。固化溫度一般在80下進(jìn)行，固化時(shí)間一般控制在一至數(shù)天，具體時(shí)間由藥柱大小和組成而定。固化降溫后經(jīng)脫模、取出模芯、端面整形后，再送去檢驗(yàn)。 如上所述，澆注工藝可制作大型和形狀復(fù)雜的藥柱，工藝過程比較簡(jiǎn)單。采用“塑溶膠”配槳法澆注后，制出的藥柱質(zhì)量較好，如燃燒速度誤差1，可制得含大量固體成分(65)的改性雙基推進(jìn)劑，配方調(diào)整變化范圍較廣，是制造含NH4ClO4、RDX、HMX以及大量不溶性金屬(如A1，Be等)的較為理想的工藝方法。但還存在以下問題：(1)不能完全消除NC的粒狀結(jié)構(gòu)，使藥柱的機(jī)械性能較壓伸成型的低；而改性雙基推進(jìn)劑又低于一般澆注雙基推進(jìn)劑；(2)不能完全消除氣泡，使燃燒穩(wěn)定性較壓伸成型的差，(3)由于雙基推進(jìn)劑導(dǎo)熱性差，在澆注大型藥柱時(shí)，均勻加熱困難，固化時(shí)間長(zhǎng)。