业余条件下制作专业7013及RAP燃料柱.docx

业余条件下制作专业固体火箭高能燃料柱（7013及 RAP）前言：KC的众多火箭爱好者在制作过硝糖类燃料后，都会去追求一些高能高比冲的燃料，但是由于制作 工艺缺陷，时常导致发动机爆炸失败此文旨在抛砖引玉，积极探讨在业余条件下如何安全地制作高质量 的高能燃料药柱个人能力有限，不足或错漏之处，敬请斧正在试验过程以及理论分析中，得到坛友 xjl98398xujing、lilith以及qixOOl的倾力指导，机械加工得到坛友“拉风”鼎力协助在此一并感谢！ 本文将以热塑型燃料中的典型配方7013 和热固型燃料典型配方为实例进行实验，这两种燃料比冲均超过 200，而且不含金属成分，原料容易获得，业余条件易于加工下面分别就这两种燃料的配方及工艺与大 家进行探讨7013燃料：7013燃料系聚氯乙烯推进剂，这种推进剂从1950年研究至今，该燃料由北京工业学院率先研 制成功，广泛用于制式增雨火箭7013燃料以高氯酸铵（下文简称AP）为氧化剂，中分子量聚氯乙烯（n 为1200-2000，下文无特殊说明均简称为PVC）为粘接剂，邻苯二甲酸二丁酯（下文简称DBP）及葵二酸 二丁酯（下文简称DBS）为增塑剂，硬脂酸铅（下文简称LS）为PVC安定剂共同组成。

7013燃料为典型 的热塑型燃料，理论比冲 230，有良好的存储稳定性，不吸潮，燃烧特性好，压力指数较低，药柱强度适 中等优点，与粉压 BP 以及硝糖类燃料相比具有良好的内弹道特性以及较高的比冲在业余火箭发动机应 用中有良好的前景7013 配方：原料质量分数说明AP70.0%氧化剂，化学纯，粒度分布为50目25%，100目50%，200目25%PVC12.5%粘接剂，工业纯，聚氯乙烯糊树脂，P440或R1069标号，白色细腻粉末DBP12.0%主增塑剂，分析纯，无色透明液体DBS5.0%辅助增塑剂，提高低温流动性及固化产物低温抗龟裂性，分析纯，透明液体LS0.5%吸收PVC裂解出的氯化氢，抑制高温固化过程中降解，化学纯，白色细腻粉末7013燃料柱制作工艺流程：1. AP的干燥：AP结晶在空气中极易吸潮结块，甚至吸湿性高于硅胶，工业采用表面活性剂处理一层疏水 被覆膜来防结块，业余条件很难达到这个效果因此在使用前必须进行充分干燥，比较简单的方法是高温 烘焙将一定量的AP结晶平摊放在比较平坦的不锈钢或玻璃容器内，使蒸发面积增大，然后将容器放置 在恒温干燥箱中，将温度控制在95-110摄氏度之间，开启通风孔，使箱内空气在热梯度作用下自动对流循 环。

50g药量进行约30分钟的烘焙即可烘焙过程中，会有极少量AP分解，释放出氯化氢气体，属于正 常现象，可不以理会烘焙完毕，结块的AP团聚物会自动散开，用药勺轻微搅拌压散，即可投入粉碎工 序2. AP 的粉碎和过筛：由于自己合成的 AP 的粒径一般在 0.5mm 左右，不适合用在发动机燃料中，因此再 使用前有必要对AP结晶进行粉碎为提高粉碎效率，保证粉碎过程中不吸入过多水分，这里建议使用旋 风式粉碎机进行粉碎估计有人会质疑这种粉碎方式的安全性，但需要指明的一点是，纯AP结晶，在不 混合有机物等还原剂的情况下，热感度，撞击感度和摩擦感度均较低，粉碎过程中几乎不可能将其引爆， 本人进行的百余次试验中，均使用旋风粉碎机粉碎，未发现异常粉碎机宜采用16000转每分钟的转速， 每次粉碎50g量的话，5分钟即可接近要求的粒度分布如粉碎后发现结块，是因为晶体间隙中存在少量 的水分以及粉碎过程中从空气中的吸潮，可以不予理会，但若结块严重，需将粉末放置在烘干箱中继续烘 干15min左右直到结块散开如采用研钵粉碎方法，粉碎完毕的AP粉末，须在RHv50%的干燥环境下， 过 50-200 目筛，并按照粒度分布进行配合。

3. AP的称量备用：按照配方的比例，计算出AP的剂量，用托盘天平或电子天平进行称量，单独称量后的 AP放置在常温环境下密封保存AP粉末长期（＞3d）存储后应重新干燥粉碎过筛4. PVC 粉称量：按照配方的比例，计算出 PVC 的剂量，用托盘天平或电子天平进行称量后放置在塑料烧 杯中备用这里建议使用一次性塑料杯子做称量容器和预混容器，使用电子天平的去皮功能对其余原料进 行累加称量5. LS称量：使用电子天平的去皮功能，在已经称量好PVC的塑料杯中称量定量的硬脂酸铅粉末6. DBP称量：使用电子天平的去皮功能，用橡皮滴管或20ml —次性注射器吸取适量的DBP，在监视天平 读数的同时缓慢滴加进塑料杯7. DBS称量：使用电子天平的去皮功能，用橡皮滴管或20ml 一次性注射器吸取适量的DBS,在监视天平 读数的同时缓慢滴加进塑料杯8. PVC，LS，DBP，DBS 第一次预混：粘接剂、增塑剂及安定剂称量完毕后，有必要进行一次预混，使团 聚的PVC及LS粉末均相分布在增塑剂混合液中这里使用的超声波清洗的空化功能，将盛放有粘接剂体 系的一次性杯子放置在超声波清洗机中，清洗剂的水位略超过粘接剂混合液高度。

开启超声波，此时可以 看见原先团聚的白色粉末迅速散开，并不断有气泡溢出，配合玻璃棒的搅拌， 1 分钟内即可完成半杯原料 的预混预混好的原料，呈乳白色粘稠状悬浊液，粘度比色拉油略低（无粘度计，无法定量测量），用玻 璃棒挑起不拉丝应该注意的是预混过程中，应控制体系温度低于40 摄氏度，否则增塑剂将发生不可逆 的溶剂化作用，使PVC粉末溶胀，体系粘度增大而不利于后续的浇铸工艺9•将AP与第8工序产物进行第二次预混：将称量好备用的AP粉末分多次加入经过第一次预混后的粘接 剂体系中应控制各原料的温度以及操作环境温度低于 40 摄氏度，用玻璃棒不断搅拌之，直到所有原料 投放完毕10. 捏合：捏合工序必不可少，目的是使整个燃料体系的各组分混合均匀，从而得到良好的燃烧稳定性和内 弹道特性工业上有专用捏合机，业余条件少量制作，使用硬质塑料勺进行不断的搅拌，翻转，挤压即可， 一般半杯药量捏合时间为10分钟以上（胳膊酸痛，呵呵），直到整个燃料体系颜色均匀，并呈现良好的光 泽为止11. 模具清洗及涂抹石蜡脱模剂：将内孔阳模的外端面和外圆模具内壁仔细清洗，不要留有残渣，便于提高 后期脱模的灵活性及药柱光洁度将模具放入恒温箱或用其它方法加热至100摄氏左右，用蜡烛均匀涂抹 在模具上有可能与燃料接触的地方，涂层厚薄适中，切勿形成泪滴，然后自然冷却至室温备用。

12. 将模具装配在振动加速沉降器上：由于燃料体系的常温粘度较大，光靠自重无法沉降到模具底部因此 我们使用偏心轮机构的振动座，在电机高速旋转下，获得水平和垂直两个自由度的高频小振幅机械振动， 使燃料体系加速沉降装配过程要尽量保证模具处于铅垂方向，四个装夹螺丝要适当用力紧固，避免振动 过程中螺丝松动而使浇铸半途而废可以通过观察，配合调节振动电机转速来达到最佳沉降效果13. 真空浇铸：这个步骤是整个燃料柱制作工序中的重中之重，其工艺决定了药柱成品的气泡率和密度，直 接影响到燃料柱的内弹道特性真空浇铸的方法如下：A、 将恒温真空仓温度设定在35摄氏度，并等待仓内温度达到设定值，此时燃料体系达到最佳流动性， 温度过高过低都会使黏度增加而碍于浇铸；B、 将真空仓盖子装配好，用气管连接好旋片式真空泵并进行气密性试验，整个真空浇铸系统应该有良 好的气密性，10分钟真空降落为1KPa以下，气密试验完毕泄压至常压；C、 将捏合好的燃料体系用玻璃棒转移至60mL 一次性注射器（不需要针头）中，并适当压缩注射器活 塞排除过多空气，直到有燃料从注射器口挤出将装有燃料的注射器放入真空恒温仓中保温15分钟以 上，使其温度达到 35 摄氏。

D、 保温完毕的注射器取出后，及时将其针头插入真空仓浇铸孔，同时开动振动器和真空泵在真空 度达到-80KPa前需用手拉住注射器活塞，避免药液过早滴下E、 当室内真空度达到-80Kpa以下时，关闭真空泵，放开注射器活塞，让药液在真空作用下自动下落， 这时可以看见药液呈条状连续滴落进模具中，有气泡的时候药条就会断裂而滴入模具中的药液在振 动和重力作用下均匀低沉积在模具底部在浇铸过程中可以对注射器活塞适当加压，提高浇铸速度 50g药量浇铸时间为10分钟内为宜F、 浇铸完毕，继续在真空-80Kpa以下保持振动器开启10分钟，让燃料充分沉底之后缓慢泄压至常 压取出振动器，拆下药柱模具送固化步骤14•恒温固化：将浇铸完毕的药柱放在恒温干燥箱中，在150摄氏度±1度温度下进行固化50g药量需要 固化约1小时固化完毕后将模具取出自然冷却至常温固化温度过高过低均会影响药柱成品的抗拉强度， 固化时间过短会造成固化不完全，时间过长会造成部分 PVC 裂解，甚至引起药柱变色固化成功的药柱 呈浅黄色乳胶状物，取少量稍用力拉伸会变成白色，并有一定的弹性，测定密度应该在1.7 左右15. 退模：先边旋转外圆模具边抽出加强套，然后稍用力旋转内孔阳模即可轻松抽出。

16. 药柱端面修整：如果端面有较多的浇铸毛刺，需要进行修剪，修剪方法较多，这里不赘述我是用车床 加工17. 保存：制出的 7013燃料柱吸湿性极低，可在通常环境下保存5 年之久RAP高能燃料柱的制作前言：KC的众多火箭爱好者在制作过硝糖类燃料后，都会去追求一些高能高比冲的燃料，但是由于制作 工艺缺陷，时常导致发动机爆炸失败此文旨在抛砖引玉，积极探讨在业余条件下如何安全地制作高质量 的高能燃料药柱个人能力有限，不足或错漏之处，敬请斧正在试验过程以及理论分析中，得到坛友 xj198398xujing、lilith 以及 qix001 的倾力指导，尤其是 xj198398xujing 星空厂长提供了多年试验 RAP 得到 的宝贵经验，机械加工得到坛友“拉风”鼎力协助，密度测定法得到土农兄的指点，在此一并感谢！本文将以热固型燃料典型配方RAP（书籍称M.L•燃料）为实例进行实验，这种燃料比冲均超过200，而且 不含金属成分，原料容易获得，业余条件易于加工下面分别就RAP燃料的配方及工艺与大家进行探讨 RAP燃料：该燃料发明者不详，资料较为缺乏RAP燃料以AP为氧化剂，环氧树脂（包含E51环氧树 脂、660A环氧丙烷丁基醚活性稀释剂、650低分子聚酰胺增韧剂、T31乙二胺酚醛固化剂）为粘接剂构成， 理论比冲 207，具体燃料特性参数有待于 xj198398xujing 的进一步实验得知。

该燃料有较高的机械强度， 不吸潮，原理廉价易购，具有较好燃烧稳定性以及良好的点火性能不失为业余火箭高能燃料的良好配方 RAP配方：原料质量分数说明AP75.0%氧化剂，化学纯，粒度分布为50目25%，100目50%，200目25%E5112.5%环氧树脂主要成分，工业品，无色粘稠液体660A3.8%环氧树脂活性稀释剂，不挥发，参与固化反应，工业品，无色稀薄液体6502.5%增韧剂，辅助固化剂，工业品，浅棕色粘稠糊状液体T316.2%主固化剂，工业品，淡棕色稀薄液体RAP燃料柱制作工艺流程：1. 模具清洗及涂抹石蜡脱模剂：将内孔阳模的外端面和外圆模具内壁仔细清洗，不要留有残渣，便于提高 后期脱模的灵活性及药柱光洁度将模具放入恒温箱或用其它方法加热至100摄氏左右，用蜡烛均匀涂抹 在模具上有可能与燃料接触的地方，涂层厚薄适中，切勿形成泪滴，然后自然冷却至室温备用2. 将模具装配在振动加速沉降器上：由于燃料体系的常温粘度较大，光靠自重无法沉降到模具底部因此 我们使用偏心轮机构的振动座，在电机高速旋转下，获得水平和垂直两个自由度的高频小振幅机械振动， 使燃料体系加速沉降装配过程要尽量保证模具处于铅垂方向，四个装夹螺丝要适当用力紧固，避。