复合推进剂

复合推进剂 （composite propellant） 是一种多相机械混合物， 各组元之间有明显的界面，微观结构的不均匀性是这类推进剂的基本特征。 因此， 复合推进剂属于异质推进剂， 其基本组元是氧化剂、 高分子黏合剂和金属燃烧剂， 此外还有固化剂、 防老剂、 燃烧稳定剂、 增塑剂和稀释剂等微量组元。 复合推进剂都采用浇注法成型。 根据黏合剂的不同， 可以将复合推进剂分为热塑性和热固性两类。

1. 复合推进剂的主要组元

（1） 氧化剂。

氧化剂主要作用： 提供燃烧所需要的氧以保证推进剂具有一定的能量， 并生成大量气体； 作为黏合剂基体的填充物以提高推进剂的机械强度和弹性模量； 通过控制氧化剂粒度调节推进剂燃速； 增大推进剂密度。 过氯酸铵 （AP） 是目前应用最广泛的氧化剂， 具有与其他组元相容性好、 气体生成量较大、 生成焓大、 吸湿性小、 成本低等优点。 AP的缺点是能量不够高，属于中能水平，燃烧产物中的HCl与H2O生成烟雾，对发射装置腐蚀严重，且有毒。

（2） 黏合剂。

黏合剂是复合推进剂的基体， 主要作用： 提供燃烧所需的可燃元素 （如碳、 氢、 硫、硼等） 以保证推进剂具有一定的能量， 是复合推进剂中的燃烧剂； 黏结氧化剂和金属燃烧剂等异相粒子组成推进剂的弹性基体， 使推进剂便于加工成型， 并具有一定的机械强度。 黏合剂种类繁多， 包括聚硫橡胶、 聚氨酯、 聚氯乙烯和聚丁二烯四大类， 目前广泛应用的是聚氨酯和聚丁二烯等。

（3） 金属燃烧剂。

金属燃烧剂有较高密度， 燃烧后可放出大量热量， 提高了推进剂的能量和密度。 同时，金属燃烧后产生的固体氧化物微粒， 对振荡燃烧有抑制作用。 铝粉是目前应用最多的一种金属燃烧剂， 燃烧热虽然不如铍和硼高， 但燃烧耗氧量低、 密度较高、 来源丰富、 成本低、 燃烧产物无毒性。

（4） 微量组元。

微量组元有促进固化的固化剂， 改善长期贮存性能的防老剂， 改善燃烧性能的燃速催化剂、 降速剂和燃烧稳定剂等， 改善加工工艺性能的增塑剂、 稀释剂， 提高力学性能的交联剂、 键合剂和增塑剂等。

2. 几种常用的复合推进剂

复合推进剂通常是以黏合剂来命名的。

（1） 聚硫橡胶 （PS） 推进剂： 黏合剂是液态聚硫橡胶和环氧树脂的共聚物。 聚硫橡胶复合推进剂为20世纪50年代的产品， 由于含有大量硫原子， 燃烧产物分子质量较大， 固体含量少， 故能量和密度均较低， 现在已很少使用。

（2） 聚氨酯 （PU） 推进剂： 黏合剂可用聚酯、 聚醚或端羟基聚丁二烯 （HTPB） 等预聚物来配制。 聚氨酯推进剂是继PS推进剂之后发展起来的， 应用较广泛。 这种推进剂能量较高， 常温和高温力学性能好， 但低温力学性能较差。

（3） 聚氯乙烯 （PVC） 推进剂： 聚氯乙烯属于热塑性黏合剂， 升温即软化， 降温则硬化， 且温度升到160℃～177℃时即塑化。 PVC推进剂既可浇注也可挤压成型， 属中能推进剂。 这种推进剂的低温力学性能欠佳， 且固化温度高， 易引起热应力和收缩变形， 应用较少。

（4） 聚丁二烯推进剂： 黏合剂是聚丁二烯-丙烯酸共聚物 （PBAA）、 聚丁二烯-丙烯酸-丙烯腈三聚物 （PBAN）、 端羧基聚丁二烯 （CTPB） 或端羟基聚丁二烯 （HTPB）。PBAA黏合剂预聚物的官能团间距不等、 官能团分布不均， 致使推进剂力学性能及其重现性变差； PBAN中因加入了丙烯腈， 羧基间距加大， 力学性能及其重现性得到改善， 但仍不够理想； CTPB的结构特点是羧基在大分子链的两端， 间距较大且为规则分布， 因而柔顺性较好， 大大改善了力学性能， 尤其是低温力学性能。 由于CTPB黏合剂的黏度小、 可容纳的固体量大、 制成的推进剂能量高、 密度大， 因此在HTPB推进剂出现前得到了广泛应用；HTPB推进剂除端基外与CTPB无显著差别， 但综合性能更好， 是目前应用最多的复合推进剂。