DE1275929B

DE1275929B - Propellant masses

Info

Publication number: DE1275929B
Application number: DEA37838A
Authority: DE
Inventors: Melvin Cohen; Keith Ellis Rumbel
Original assignee: Atlantic Research Corp
Current assignee: Atlantic Research Corp
Priority date: 1961-07-08
Filing date: 1961-07-08
Publication date: 1968-08-22

Description

Treibmittelmassen Die Erfindung betrifft Treibmittelmassen, die Ammoniumperchlorat als Oxydationsmittel, ein Polymerisat als Bindemittel und geringe Mengen eines Chromats oder Chromits von Kupfer, Eisen, Zink, Cadmium oder Magnesium als Katalysator enthalten.Propellant compositions The invention relates to propellant compositions, the ammonium perchlorate as an oxidizing agent, a polymer as a binder and small amounts of a chromate or chromites of copper, iron, zinc, cadmium or magnesium as a catalyst.

. Treibmittelmassen werden vielfach zur Herstellung von Raketentreibsätzen benutzt. Bei dem Verbrennen von Treibmittelmassen werden von diesen Gase erzeugt. Diese Gase dienen bei aus den Treibmittelmassen hergestellten Raketentreibsätzen zum Vortrieb der mit diesen ausgerüsteten Raketen.. Propellant masses are often used in the manufacture of rocket propellants used. When burning propellant masses, these gases are generated. These gases are used in rocket propellants produced from the propellant masses to propel the missiles equipped with these.

Ein Kennwert von Treibmittelmassen ist die Brenngeschwindigkeit derselben. Dabei handelt es sich um das Maß, in welchem die Treibmittelmassen in der Zeiteinheit bei bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen des sie umgebenden Raumes abbrennen. Je höher die Brenngeschwindigkeit von Treibmittelmassen ist, um so größer ist die Menge der von ihnen in der Zeiteinheit erzeugten Gase. Bei Treibmittelmassen, welche zur Herstellung von Raketentreibsätzen Verwendung finden, ist es daher im allgemeinen erwünscht, daß diese eine möglichst hohe _ Ein Brenngeschwindigkeit weiterer Kennwert von aufweisen. Treibmittelmassen ist deren Druckexponent. Der Druckexponent stellt den Anstieg der Kurve der Brenngeschwindigkeit gegenüber dem absoluten Druck in'logarithmischen Koordinaten dar. Das Verhältnis des Druckexponenten zu der Brenngeschwindigkeit von Treibmittelmassen wird durch folgende Gleichung ausgedrückt: Brenngeschwindigkeit = -Konstante - Druck". In dieser Gleichung ist »n« der Druckexponent. Bei Treibmittelmassen mit einem positiven Druckexponent nimmt die Brenngeschwindigkeit mit zunehmendem Druck zu. Ferner tritt bei Treibmittelmassen, welche einen großen Druckexponent besitzen, bei einer gegebenen Zunahme der Brenngeschwindigkeit eine größere Druckzunahme auf als bei solchen, die einen kleinen Druckexponent aufweisen. Dementsprechend findet bei Treibmittelmassen mit einem großen Druckexponent bei einer gegebenen Druckzunahme eine größere Zunahme der Brenngeschwindigkeit statt als bei solcher, die einen kleinen Druökexponent haben.A characteristic value of propellant masses is the burning rate of the same. This is the extent to which the propellant masses in the unit of time burn down under certain pressure and temperature conditions of the surrounding space. The higher the burning rate of propellant masses, the greater it is Amount of gases produced by them in the unit of time. With propellant masses, which for the production of rocket propellants use, it is therefore generally it is desirable that this have the highest possible _ A burning rate further characteristic value of having. Propellant mass is its pressure exponent. The pressure exponent represents the increase in the curve of the burning rate against the absolute pressure in 'logarithmic Coordinates. The ratio of the pressure exponent to the burning rate of propellant masses is expressed by the following equation: Burn rate = -Constant - pressure ". In this equation," n "is the pressure exponent. For propellant masses with a positive pressure exponent, the burning rate decreases with increasing Pressure too. Furthermore, blowing agent masses have a large pressure exponent have a greater pressure increase for a given increase in burn rate than those that have a small pressure exponent. Accordingly occurs in propellant masses with a large pressure exponent at a given Pressure increase a greater increase in the burning rate instead of than with such, that have a small pressure exponent.

Bei Treibmittelmassen mit einem kleinen Druckexponent wirken sich daher bei deren Verwendung in Raketentreibsätzen Änderungen des Brennkammerdruckes, beispielsweise durch plötzliche Vergrößerung der Brennoberfläche infolge des Vorhandenseins von Rissen oder Hohlräumen, weniger stärk verändernd auf die Brenngeschwindigkeit aus, als dies bei Treibmittelmassen mit einem großen Druckexponent der Fall ist. Außerdem bewirken bei Treibmittelmassen mit einem kleinen Druckexponent Änderungen der Umgebungstemperatur, Abweichungen hinsichtlich ihrer mengenmäßigen Zusammensetzung, Alterungserscheinungen derselben und Änderungen des Querschnitts der zum Austritt der erzeugten Gase dienenden Düsen weniger große Druckänderungen und damit auch weniger große Brenngeschwindigkeitsänderungen als bei Treibmittelmassen mit einem großen Druckexponent. Für die Herstellung von Raketentreibsätzen sind daher in den meisten Fällen Treibmittelmassen mit einem möglichst geringen Druckexponent erwünscht.In the case of propellant masses with a small pressure exponent, therefore changes in the combustion chamber pressure when used in rocket propellants, for example by sudden enlargement of the burning surface due to the presence of cracks or cavities, less changing the burning rate than is the case with propellant masses with a large pressure exponent. In addition, a small pressure exponent causes changes in propellant masses the ambient temperature, deviations in terms of their quantitative composition, Signs of aging of the same and changes in the cross section of the outlet the nozzles used for the gases produced have less large pressure changes and thus also fewer large changes in burning rate than with propellant masses with one large pressure exponent. For the production of rocket propellants are therefore in the In most cases, blowing agent masses with the lowest possible pressure exponent are desirable.

Es ist bereits eine Vielzahl von Treibmittelmassen bekannt. Die bekannten Treibmittelmassen weisen die verschiedensten Oxydationsmittel, Brennstoffkomponenten und Bindemittel auf. Zum Teil enthalten sie zur Erhöhung ihrer Brenngeschwindigkeit auch einen Verbrennungskatalysator. Die Brenneigenschaften der bekannten Treibmittelmassen sind dabei sehr unterschiedlich und hängen von ihrer Art, Zusammensetzung und Herstellung ab.A large number of propellant compositions are already known. The known Propellant masses have the most varied of oxidizing agents and fuel components and binders. In part they contain to increase their burning speed also a combustion catalyst. The burning properties of the known propellant masses are very different and depend on their type, composition and manufacture away.

Eine bekannte Treibmittelmasse (USA.-Patentschrift 2 966 404) besitzt Ammoniumnitrat als Oxydationsmittel. Das Ammoniumnitrat ist bei dieser Treibmittelmasse in einem viskosen Bindemittel dispergiert, welches aus einer Lösung eines organischen Verdichungsmittels, wie z. B. Polyvinylacetät, in einem als organisches Lösungsmittel dienenden flüssigen Salpetersäureester besteht. Die Treibmittelmasse kann zusätzlich als Katalysator für die thermische Zerlegung des Ammoniumnitrats Salze, wie Ammoniumdichromat, Kaliumchromat und Kaliumdichromat, aufweisen.Has a known propellant composition (U.S. Patent 2,966,404) Ammonium nitrate as an oxidizing agent. The ammonium nitrate is in this propellant mass dispersed in a viscous binder, which consists of a solution of an organic Thickening agents such. B. polyvinyl acetate, in one as organic Solvent-serving liquid nitric acid ester consists. The propellant mass can also be used as a catalyst for the thermal decomposition of ammonium nitrate Salts such as ammonium dichromate, potassium chromate and potassium dichromate.

Eine weitere bekannte Treibmittelmasse (USA: Patentschrift 2 973 256) weist als Oxydationsmittel ebenfalls Ammoniumnitrat auf. Weiterhin besitzt diese Treibmittelmasse Celluloseacetat als Bindemittel. Bei der Treibmittelmasse ist ferner eine geringe Menge eines Verbrennungskatalysators vorgesehen. Bei diesem Verbrennungskatalysator kann es sich unter anderem um Natriumchromat und Natriumdichromat handeln.Another known propellant mass (USA: Patent 2 973 256) also has ammonium nitrate as an oxidizing agent. Furthermore owns this Propellant mass cellulose acetate as a binder. The propellant mass is also a small amount of a combustion catalyst is provided. With this combustion catalyst it can be sodium chromate and sodium dichromate, among others.

Eine andere bekannte Treibmittelmasse (USA.-Patentschrift 2 942 963) besitzt als Oxydationsmittel auch Ammoniumnitrat. Bei dieser Treibmittelmasse ist ein organisches Bindemittel, wie Polyvinylacetat und Polystyrol, vorgesehen. Ferner besitzt die Treibmittelmasse eine geringe Menge eines Verbrennungskatalysators. Bei diesem Verbrennungskatalysator handelt es sich um einen Diphenylamin-Blaufarbstoff. Zusätzlich zu dem Diphenylamin-Blaufarbstoff können jedoch dabei weiterhin Natrium- und Kaliumchromate und/oder Natrium- und Kaliumdichromate als Verbrennungskatalysator vorgesehen sein. Auch kann diese Treibmittelmasse noch Oxime enthalten, um ihren Druckexponent niedrig zu halten.Another known propellant mass (U.S. Patent 2,942,963) also has ammonium nitrate as an oxidizing agent. This propellant mass is an organic binder such as polyvinyl acetate and polystyrene is provided. Further the propellant mass has a small amount of a combustion catalyst. This combustion catalyst is a diphenylamine blue dye. In addition to the diphenylamine blue dye, however, sodium and potassium chromates and / or sodium and potassium dichromates as combustion catalysts be provided. This propellant mass can also contain oximes in order to improve its To keep the pressure exponent low.

Eine noch andere bekannte Treibmittelmasse (USA: Patentschrift 2 962 368) weist als Brennstoff und Bindemittelkomponente einen Stoff auf, welcher durch eine gemeinsame Ausfällung eines anorganischen Oxydationssalzes, wie Ammoniumperchlorat, und eines vulkanisierbaren natürlichen oder synthetischen Kautschuks, wie Butadien-Methylvinylpyridin, hergestellt ist. Weiterhin besitzt diese Treibmittelmasse als Oxydationsmittel vorzugsweiseAmmoniumnitrat, obwohl bei ihr auch Ammoniumperchlorat als Oxydationsmittel vorgesehen sein kann.Yet another known propellant mass (USA: Patent 2,962 368) has a substance as fuel and binder component, which by a co-precipitation of an inorganic oxidation salt such as ammonium perchlorate, and a vulcanizable natural or synthetic rubber, such as butadiene-methylvinylpyridine, is made. Furthermore, this propellant mass preferably has ammonium nitrate as the oxidizing agent, although ammonium perchlorate can also be used as an oxidizing agent.

Bei den beschriebenen bekannten Treibmittelmassen bewirken deren Verbrennungskatalysatoren eine Erhöhung ihrer Brenngeschwindigkeiten. Trotzdem weisen diese Treibmittelmassen infolge ihrer Art und Zusammensetzung jedoch nur verhältnismäßig geringe Brenngeschwindigkeiten und infolgedessen auch nur eine verhältnismäßig geringe Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Erzeugung von Gasen auf. So betragen die maximalen Brenngeschwindigkeiten dieser Treibmittelmassen bei einem Druck von 70 kg/cm'-2 nach den in ihren Patentschriften befindlichen Angaben nur 0,34 cm/sec (USA.-Patentschrift 2 973 256. Spalte 8, Zeile 36), 0,48 cm sec (USA.-Patentschrift 2 942 963, Spalte 9, Zeile 30) und 0,38 cmisec (USA.-Patentschrift 2 962 368. Spalte 5. Zeile 62).In the case of the known propellant compositions described, their combustion catalytic converters act an increase in their burn rates. Nevertheless, these propellant masses have due to their nature and composition, however, only relatively low burning rates and consequently only a relatively low level of performance the generation of gases. So the maximum burn speeds are this Propellant masses at a pressure of 70 kg / cm'-2 according to the in their patents only 0.34 cm / sec (U.S. Patent 2,973,256. Column 8, line 36), 0.48 cmsec (U.S. Patent 2,942,963, column 9, line 30) and 0.38 cmsec (U.S. Patent 2,962,368, Column 5. Line 62).

Abgesehen davon besitzen die bekannten Treibmittelmassen auch ziemlich hohe Druckexponenten, und zwar selbst dann, wenn sie mit Bestandteilen versehen sind, um ihre Druckexponenten niedrig zu halten. So haben diese Treibmittelmassen bei einem Druck von 70 kg/cm'-' Druckexponenten, deren Minimum nach den in ihren Patentschriften enthaltenen Angaben 0,55 (USA.-Patentschrift 2 973 256. Spalte8, Zeile 37), 0,64 (USA. - Patentschrift 2 942 963, Spalte 10, Zeile 27) und 0,42 (USA.-Patentschrift 2 962 368. Tabelle V) beträgt. "Soweit bei den bekannten Treibmittelmassen Bestandteile vorgesehen sind, um ihre Druckexponenten niedrig zu halten, handelt es sich dabei im übrigen um von ihren Verbrennungskatalysatoren verschiedene zusätzliche Stoffe.Apart from that, the known propellant masses also have quite a lot high pressure exponents, even if they are provided with constituents are to keep their pressure exponents low. So these have propellant masses at a pressure of 70 kg / cm'- 'pressure exponents, the minimum of which according to the in their Patent specifications contain information 0.55 (U.S. Patent 2 973 256. Column 8, Line 37), 0.64 (U.S. Patent 2,942,963, column 10, line 27), and 0.42 (U.S. Patent 2 962 368. Table V) is. "So much for the known propellant compounds are provided in order to keep their pressure exponents low, this is what it is moreover, about additional substances different from their combustion catalysts.

Es ist weiterhin eine Treibmittelmasse bekannt (USA: Patentschrift 2 966 403), welche Ammoniumperchlorat als Oxydationsmittel und weichgemachtes Polyvinylchlorid als Bindemittel aufweist. Diese Treibmittelmasse besitzt zwar eine verhältnismäßig hohe Brenngeschwindigkeit, hat aber ebenfalls einen ziemlich hohen Druckexponent. So wurden bei ihr bei einem Druck von 70 kg/cm2 maximale Brenngeschwindigkeiten von 1,10 bis 1,37 cm/sec sowie minimale Druckexponenten von 0,42 bis 0,48 festgestellt.A propellant mass is also known (USA: Patent 2 966 403), which uses ammonium perchlorate as an oxidizing agent and plasticized polyvinyl chloride Has as a binder. This propellant mass has a relatively high burning speed, but also has a fairly high pressure exponent. She achieved maximum burning rates at a pressure of 70 kg / cm2 from 1.10 to 1.37 cm / sec and minimal pressure exponents from 0.42 to 0.48.

Die in Frage stehende bekannte Treibmittelmasse stellt ein festes kautschukartiges Gel dar, das eine Lösung von Polyvinylchlorid in einem organischen Weichmacher enthält. In dem Gel ist das Ammoniumperchlorat, welches in dem- Polyvinylchlorid-Weichmacher-Gemisch unlöslich ist, homogen dispergiert. Das Polyvinylchlorid und der Weichmacher dienen dabei sowohl als Bindemittel als auch als Brennstoff. Bei dem Weichmacher handelt es sich um einen solchen, welcher das Polyvinylchlorid bei Raumtemperatur sehr langsam und bei erhöhten Temperaturen schnell löst. Geeignete Weichmacher mit entsprechenden Eigenschaften sind z. B. Sebacate, wie Dibutylsebacat und Dioctylsebacat, Phthalate, wie Dioctylphthalat, Dibutylphthalat und Di-(methoxyäthyl)-phthalat, Adipate, wie Dioctyladipat und Di-(3,5,5-trimethylhexyl)-adipat, Glykolester der höheren Fettsäuren u. dgl.The known propellant mass in question constitutes a solid one rubbery gel, which is a solution of polyvinyl chloride in an organic Contains plasticizers. In the gel is the ammonium perchlorate, which is in the polyvinyl chloride-plasticizer mixture is insoluble, homogeneously dispersed. The polyvinyl chloride and the plasticizer serve both as a binder and as a fuel. The plasticizer acts it is one which the polyvinyl chloride very slowly at room temperature and dissolves quickly at elevated temperatures. Suitable plasticizers with appropriate Properties are e.g. B. sebacates, such as dibutyl sebacate and dioctyl sebacate, phthalates, such as dioctyl phthalate, dibutyl phthalate and di (methoxyethyl) phthalate, adipates such as Dioctyl adipate and di- (3,5,5-trimethylhexyl) adipate, glycol esters of the higher fatty acids and the like

Die in Frage stehende Treibmittelmasse wird durch Vermischen von feinverteiltem Polyvinylchlorid mit dem Weichmacher unter Ausbilden einer fließfähigen Aufschlämmung, Dispergieren des feinverteilten Oxydationsmittels in der Aufschlämmung, Eingießen des Gemisches in eine Gießform und Erwärmung desselben in dieser Gießform auf eine Temperatur, bei der sich das Polyvinylchlorid in dem Weichmacher löst, hergestellt. Bei Abkühlung innerhalb der Gießform verfestigt sich das Gemisch alsdann zu einem festen kautschukartigen Gel.The propellant mass in question is made by mixing finely divided Polyvinyl chloride with the plasticizer to form a flowable slurry, Dispersing the finely divided oxidizing agent in the slurry, pouring of the mixture in a mold and heating of the same in this mold on a Temperature at which the polyvinyl chloride dissolves in the plasticizer. When cooling inside the casting mold, the mixture then solidifies into one solid rubbery gel.

Da für viele Anwendungszwecke von Treibmittelmassen, und insbesondere die Herstellung von Raketentreibsätzen, Treibmittelmassen mit einer möglichst hohen Brenngeschwindigkeit und einem möglichst geringen Druckexponent erwünscht sind, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Treibmittelmassen der in Frage stehenden Art zu schaffen, welche gegenüber den bekannten Treibmittelmassen sowohl eine höhere Brenngeschwindigkeit als auch einen geringeren Druckexponent aufweisen.As for many purposes of propellant masses, and in particular the production of rocket propellants, propellant masses with as high a level as possible Burning speed and the lowest possible pressure exponent are desired, The invention is based on the object of providing propellant compositions of the type in question Art to create, which compared to the known propellant masses both a higher Burn rate as well as have a lower pressure exponent.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung Treibmittelmassen vor, die Ammoniumperchlorat als Oxydationsmittel, ein Polymerisat als Bindemittel und geringe Mengen eines Chromats oder Chromits von Kupfer, Eisen, Zink, Cadmium oder Magnesium als Katalysator enthalten und sich dadurch kennzeichnen, daß sie als Polymerisat Polyvinylchlorid enthalten.To solve this problem, the invention provides propellant masses, the ammonium perchlorate as an oxidizing agent, a polymer as a binder and small amounts of a chromate or chromite of copper, iron, zinc, or cadmium Magnesium contained as a catalyst and are characterized by the fact that they are a polymer Contain polyvinyl chloride.

Bei den erfindungsgemäßen Treibmittelmassen ergibt sich infolge ihrer Zusammensetzung die überraschende Wirkung, daß sie gegenüber den bekannten Treibmittelmassen sowohl eine wesentlich höhere Brenngeschwindigkeit als auch einen erheblich geringeren Druckexponent aufweisen. ohne daß es erforderlich ist, noch besondere andere Stoffe zuzusetzen, um eine Verringerung des Druckexponenten zu bewirken. So wurden bei den erfindungsgemäßen Treibmittelmassen bei einem Druck von 70 kg/cm2 maximale Brenngeschwindigkeiten bis zu 1,90 cm/sec und minimale Druckexponenten bis zu 0,31 festgestellt.In the case of the propellant compositions according to the invention, as a result of them Composition the surprising effect that it compared to the known propellant masses both a significantly higher burning rate and a considerably lower one Have pressure exponent. without it is required even more special add other substances to reduce the pressure exponent. In the case of the propellant masses according to the invention, for example, at a pressure of 70 kg / cm 2 maximum burning speeds up to 1.90 cm / sec and minimum pressure exponents found up to 0.31.

Die vorteilhafte doppelte Wirkung der erfindungsgemäßen Treibmittelmassen geht dagegen verloren, wenn diese andere Zusammensetzungen aufweisen. So verlieren sie beispielsweise dann ihre vorteilhafte Wirksamkeit, wenn sie Kaliumperchlorat an Stelle von Ammoniumperchlorat als Oxydationsmittel besitzen.The advantageous double action of the propellant compositions according to the invention on the other hand, is lost if these have different compositions. So lose for example, their beneficial effectiveness when they use potassium perchlorate in place of ammonium perchlorate as an oxidizing agent.

Bei den erfindungsgemäßen Treibmittelmassen sind die Metallchromite als Katalysator hinsichtlich der Erhöhung der Brenngeschwindigkeit und der Verringerung des Druckexpdhenten wirksamer als die Metallchromate. Die Metallchromate führen in denjenigen Fällen, in welchen weniger hohe Anforderungen an die Treibmittelmassen gestellt werden, jedoch auch zu. befriedigenden Ergebnissen.In the case of the propellant compositions according to the invention, the metal chromites are as a catalyst in terms of increasing the burning rate and reducing it of the pressure expander more effective than the metal chromates. The metal chromates lead in those cases in which less stringent requirements are placed on the propellant compositions be provided, but also to. satisfactory results.

Vorzugsweise gelangt bei den erfindungsgemäßen Treibmittelmassen Kupferchromit als Katalysator zur Verwendung. Kupferchromit hat sich nämlich hinsichtlich der Erhöhung der Brenngeschwindigkeit und der Erniedrigung des Druckexponenten der Treibmittelmassen als besonders wirksam erwiesen.Copper chromite is preferably used in the blowing agent compositions according to the invention as a catalyst for use. Copper chromite has namely with regard to the Increase of the burning rate and the decrease of the pressure exponent of the propellant masses Proven to be particularly effective.

Die Wirksamkeit von Kupferchromit als Katalysator schwankt in einem gewissen Ausmaß in Abhängigkeit von Faktoren, wie seinem Reinheitsgrad und seinem Verhältnis von Kupferoxyd zu Chromoxyd. Ein nicht vollständig gereinigtes Kupferchromit, und zwar ein solches, das etwas nicht umgesetztes Kupferoxyd und Chromoxyd enthält, scheint etwas wirksamer als gereinigtes Kupferchromit zu sein. Ferner ist Kupferchromit, das einen größeren Anteil an Kupferoxyd als an Chromoxyd aufweist, etwas wirksamer als ein etwa gleiche Anteile dieser beiden Oxyde enthaltendes Kupferchromit. Die Schwankungen hinsichtlich der Wirksamkeit des Kupferchromits als Katalysator sind dabei jedoch verhältnismäßig geringfügig, und infolgedessen ist ein von Kupferchromit gebildeter Katalysator in allen Formen sehr wirksam.The effectiveness of copper chromite as a catalyst varies in one to some extent depending on factors such as its degree of purity and its Ratio of copper oxide to chromium oxide. An incompletely purified copper chromite, namely one that contains some unreacted copper oxide and chromium oxide, appears to be slightly more effective than purified copper chromite. Furthermore, copper chromite is which has a greater proportion of copper oxide than chromium oxide, somewhat more effective as a copper chromite containing approximately equal proportions of these two oxides. the There are fluctuations in the effectiveness of copper chromite as a catalyst however, it is relatively insignificant, and consequently one is of copper chromite formed catalyst in all forms very effective.

Bei den neuen Treibmittelmassen liegt ferner der Katalysator vorzugsweise in einer Menge von bis zu 2 bis 3 Gewichtsprozenten derselben vor.The catalyst is also preferably present in the new blowing agent compositions in an amount of up to 2 to 3 percent by weight of the same.

Eine Vergrößerung der Menge des Katalysators in den Treibmittelmassen führt zu einer zunehmenden Tabelle I Brenn- Zunahme der Katalysator Konzentration geschwindigkeit Brenn- Druckexponent bei 70kg/cm geschwindigkeit bei 70kgleW °' cm/sec % 0 Kein ......................................... - 1,16 - 0,42 Ammoniumkupferchromat*) .- .................. 1 1,355 23 0,402 Gewaschenes neutrales Kupferchromit 1 : 1 *) ..... 1 1,386 26 0,381 Nicht gewaschenes neutrales Kupferchromit 1: l*) 1 1,445 31 0,371 Kupfer-Cadmium-Zinkchromit*) ................ 1 1,330 21 0,415 Kupferchromit**) ............................. 1 1.483 35 0,352 *1 Für die Versuche hergestellter Katalysator. **) Für die Versuche hergestellter Katalysator mit einem Verhältnis von Kupferoxyd zu Chromoxyd von 84:l5.3. Erhöhung der Brenngeschwindigkeit sowie zu einer zunehmenden Verringerung des Druckexponenten derselben. Die Zunahme der Brenngeschwindigkeit sowie die Verringerung des Druckexponenten sind dabei am größten bei Katalysatormengen bis zu etwa 0,1 bis 0,15%. Bei darüber hinausgehenden Katalysatormengen findet dagegen nur eine geringere Zunahme der Brenngeschwindigkeit und Verringerung des Druckexponenten der Treibmittelmassen statt. So wird auch im allgemeinen durch die Zugabe von über etwa 2 bis 3% liegenden Katalysatormengen kein Vorteil erzielt.An increase in the amount of catalyst in the propellant masses leads to an increase Table I. Burning increase in Catalyst concentration speed combustion pressure exponent at 70kg / cm speed at 70kgleW ° 'cm / sec% 0 None ......................................... - 1.16 - 0.42 Ammonium copper chromate *) .- .................. 1 1.355 23 0.402 Washed neutral copper chromite 1: 1 *) ..... 1 1.386 26 0.381 Unwashed neutral copper chromite 1: 1 *) 1 1.445 31 0.371 Copper-cadmium-zinc chromite *) ................ 1 1.330 21 0.415 Copper chromite **) ............................. 1 1,483 35 0.352 * 1 Catalyst produced for the experiments. **) Catalyst prepared for the experiments with a ratio of copper oxide to chromium oxide of 84: 15.3. Increase in the burning rate and an increasing reduction in the pressure exponent of the same. The increase in the burning rate and the decrease in the pressure exponent are greatest at amounts of catalyst up to about 0.1 to 0.15%. In the case of excess amounts of catalyst, on the other hand, there is only a slight increase in the burning rate and a reduction in the pressure exponent of the propellant masses. Thus, in general, the addition of catalyst amounts in excess of about 2 to 3% does not achieve any advantage.

Daß bei den neuen Treibmittelmassen lediglich eine geringe Katalysatormenge erforderlich ist, ist insofern sehr vorteilhaft, als diese geringe Katalysatormenge bei der Herstellung der Treibmittehnassen zu der Polyvinylchlorid-Weichmacher-Aufschlämmung zugegeben werden kann, ohne daß hierdurch die Fließfähigkeit derselben merklich beeinflußt wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß infolge der geringen erforderlichen Katalysatormenge bei den neuen Treibmittelmassen nur eine entsprechend geringe Menge an nicht verbrennbarem Material vorliegt und daher durch den Katalysator nur eine sehr geringe Verringerung des spezifischen Impulses der neuen Treibmittelmasben eintritt: Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Treibmittelmassen wird so vorgegangen, wie dies bezüglich der bekannten Treibmittelmassen mit Ammoniumperchlorat als Oxydationsmittel und weichgemachtem Polyvinylchlorid als Bindemittel bereits beschrieben worden ist. Dabei wird der Katalysator zusammen mit dem Ammoniumperchlorat in der aus dem Polyvinylchlorid und dessen Weichmacher bestehenden Aufschlämmung dispergiert.That with the new propellant masses only a small amount of catalyst is required is very advantageous in that this small amount of catalyst in the production of the propellant masses to the polyvinyl chloride-plasticizer slurry can be added without thereby noticeably affecting the flowability of the same being affected. Another advantage is that due to the small amount required The amount of catalyst in the new propellant compositions is only a correspondingly small amount is present on non-combustible material and therefore only one due to the catalyst very little reduction in the specific impulse of the new propellant masks Occurs: In the production of the propellant compositions according to the invention, the procedure is as follows: As is the case with the known propellant masses with ammonium perchlorate as the oxidizing agent and plasticized polyvinyl chloride as a binder has already been described. The catalyst is made from the polyvinyl chloride together with the ammonium perchlorate and its plasticizer dispersed existing slurry.

Als besonders vorteilhaft haben sich Treibmittelmassen erwiesen, welche abgesehen von ihrem Katalysator etwa 75% Ammoniumperchlorat als Oxydationsmittel, etwa 12,5% Polyvinylchlorid als Bindemittel und etwa 12,50% Dibutylsebacat als Weichmacher für das Polyvinylchlorid enthalten.Propellant compositions which have proven to be particularly advantageous apart from its catalyst, about 75% ammonium perchlorate as an oxidizing agent, about 12.5% polyvinyl chloride as a binder and about 12.50% dibutyl sebacate as a plasticizer for the polyvinyl chloride included.

Zur weiteren Erläuterung der erfindungsgemäßen Treibmittelmassen sowie ihrer vorteilhaften Wirkungen dient die folgende Tabelle I. In dieser Tabelle sind die Wirkungen von erfindungsgemäßen Treibmittelmassen, die 75% Ammoniumperchlorat, 12,5% Polyvinylchlorid, 12,50% Dibutylsebacat sowie verschiedene Katalysatoren enthalten, und einer entsprechenden Treibmittelmasse, die keinen Katalysator, enthält, verglichen. Fortsetzung Brenn- Zunahme der Katalysator Konzentration geschwindigkeit Brenn- bei 70 kg(cmz geschwindigkeit bei 70 k@ Druckexponent 0/0 cm/sec Kupfer-Magnesiumchromit*) ..... . . . . . . . . . . . . . . . 1 1,418 29 0,324 Eisenchromit*) ................................. 0,25 1,255 14 0,39 Ammoniumsalz des Kupfer-Cadmium- Zinkchromats*) .............. . ............ 1 1,292 17 0,42 Cu 0202***) .................................. 1 1,450 32 ' 0,354 Cu 0202***) .................................. 0,25 1,37 24 = *) Für die Versuche hergestellter Katalysator. ***) Handelsübliches Kupferchromit mit einem Verhältnis von Kupferoxyd zu Chromoxyd von 84: 15,3. Aus Tabelle I ist zu entnehmen, daß bei den neuen Treibmittelmassen bei Verwendung von geringen Mengen an Metallchromaten oder Metallchromiten als Katalysator gegenüber einer entsprechenden Treibmittelmasse ohne .Katalysator in jedem Falle eine Erhöhung der Brenngeschwindigkeit und praktisch auch in allen Fällen eine Verringerung des Druckexponenten derselben eintritt. Dabei ergeben sich die günstigsten Verhältnisse bei Verwendung von für die Versuche hergestelltem Kupferchromit mit einem Verhältnis von Kupferoxyd zu Chromoxyd von etwa 84 : 15,3, durch welches eine Erhöhung der Brenngeschwindigkeit um 35% und eine Verringerung des Druckexponenten um etwa 16,2% erzielt wurde.The following table I serves to further explain the propellant compositions according to the invention and their advantageous effects Propellant mass, which contains no catalyst, compared. continuation Burning increase in Catalyst concentration speed burning at 70 kg (cmz speed at 70 k @ pressure exponent 0/0 cm / sec Copper-Magnesium Chromite *) ...... . . . . . . . . . . . . . . 1 1.418 29 0.324 Iron chromite *) ................................. 0.25 1.255 14 0.39 Ammonium salt of copper cadmium Zinc chromate *) ............... ............ 1 1.292 17 0.42 Cu 0202 ***) .................................. 1 1.450 32 '0.354 Cu 0202 ***) .................................. 0.25 1.37 24 = *) Catalyst produced for the experiments. ***) Commercially available copper chromite with a ratio of copper oxide to chromium oxide of 84: 15.3. From Table I it can be seen that with the new propellant masses when using small amounts of metal chromates or metal chromites as a catalyst compared to a corresponding propellant mass without .Katalysator in each case an increase in the burning rate and practically in all cases a reduction in the pressure exponent of the same occurs. The most favorable ratios result when using copper chromite produced for the experiments with a ratio of copper oxide to chromium oxide of about 84: 15.3, which increases the burning rate by 35% and reduces the pressure exponent by about 16.2% became.

In der nachstehenden Tabelle II sind die Treibmittelmassen gemäß der Erfindung, weiter erläutert Tabelle 1I Angenäherte Zugesetztes Brenngeschwindigkeit Zunahme der Druckexponent Konzentration Teilchengröße) Kupferchromit bei 70 kg/cm' Brenngeschwindigkeit bei 70 kg/cm' °/a Mikron % cm/sec Ammoniumperchlorat 75,0 60 kein 1,10 - 0,42 - 0,05 1,23 12. 0,41 0,10 1,28 16 0,37 0,20 1,375 25 0,37 0,50 1,41 28 0,37 1,00 1,455 32 0,36 1,50 1,528 38 - 0,38 2,00 1,600 45 0,38 3,00 1,560 41 0,36 77,5 60 kein 1,22 - 0,43 1,00 1,575 29 0,36 80,0 60 kein 1,32 - 0,47 0,05 1,47 - 12 - 0,41 0,08 1,500 13 0,41 0,14 1,55 17 0,39 0,20 1,60 21 0,39 0,60 = 1,75- 33 0,37 . 1,00 1,78 35 . 0,38 *) Teilchengröße bei durchschnittlichem Gewicht. - und mit entsprechenden Treibmittelmassen ohne Katalysator verglichen. Dabei bezieht sich diese Tabelle auf Treibmittelmassen, welche abgesehen von verschiedenen Anteilen an Ammoniakperchlorat gleiche Mengen an Polyvinylchlorid sowie Weichmacher besitzen. Soweit es sich um die erfindungsgemäßen Treibmittelmassen handelt, enthalten diese darüber hinaus handelsübliches Kupferchromit mit 84% Kupferoxyd und 15,3% Chromoxyd als Katalysator.The propellant compositions according to the invention are further explained in Table II below Table 1I Approximate Added Burning Rate Increase in Pressure Exponent Concentration particle size) copper chromite at 70 kg / cm 'burning rate at 70 kg / cm' ° / a micron% cm / sec Ammonium perchlorate 75.0 60 none 1.10 - 0.42 - 0.05 1.23 12. 0.41 0.10 1.28 16 0.37 0.20 1.375 25 0.37 0.50 1.41 28 0.37 1.00 1.455 32 0.36 1.50 1.528 38 - 0.38 2.00 1.600 45 0.38 3.00 1.560 41 0.36 77.5 60 none 1.22 - 0.43 1.00 1.575 29 0.36 80.0 60 none 1.32 - 0.47 0.05 1.47 - 12 - 0.41 0.08 1.500 13 0.41 0.14 1.55 17 0.39 0.20 1.60 21 0.39 0.60 = 1.75- 33 0.37 . 1 00 1.78 35th 0.38 *) Particle size at average weight. - and compared with corresponding propellant compositions without a catalyst. This table relates to propellant compositions which, apart from various proportions of ammonia perchlorate, have the same amounts of polyvinyl chloride and plasticizer. As far as the propellant masses according to the invention are concerned, they also contain commercially available copper chromite with 84% copper oxide and 15.3% chromium oxide as a catalyst.

Weiterhin bezieht sich Tabelle II auf Treibmittelmassen, welche den vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Treibmittelmassen bis auf den Unterschied entsprechen, daß sie Kaliumperchlorat an Stelle von Ammoniumperchlorat als Oxydationsmittel aufweisen. Fortsetzung Angenäherte Zugesetztes Brenngeschwindigkeit Zunahme der Druckexponent Konzentration Teilchengröße) Kupferchromit bei 70 kg/cm' Brenngeschwindigkeit bei 70 kg/cm' Mikron % cm/See 75,0 23 kein 1,37 - 0,48 0,10 1,625 19 0,38 0,20 1,76 28 0,38 0,50 1,83 34 0,38 1,00 1,90 39 0,41 75,0 133 kein 0,965 - 0,45 0,02 0,982 2 0,39 0,05 1,07 11 0,40 0,14 1,14 18 0,37 0,20 1,115 15 0,39 0,50 1,17 21 0,38 0,95 1,216 26 0,38 1,00 1,250 29 0,38 70,0 60 kein 0,800 - 0,60 0,10 0,965 17 0,32 65,0 60 kein 0,542 - 0,64 0,10 0,680 25 0,21 1,00 0,840 55 0,37 60,0 60 kein 0,325 - 0,64 0,10 0,420 29 0,31 1,00 0,565 73 0,41 Kaliumperchlorat 80,0 1) kein 2,49 - 0,70 0,10 2,49 0 0,69 0,50 2,49 0 0,63 70,0 1) kein 1,78 - 0,85 0,50 1,675 - 6 0,76 *) Teilchengröße bei durchschnittlichem Gewicht. @) Zerkleinert bei 6900 UpM in einem Mikro-Pulverisator. Hinsichtlich der erfindungsgemäßen Treibmittelmassen zeigt Tabelle Il den Einfluß der Verwendung verschiedener Mengen an Kupferchromit und verschiedener Konzentrationen und Teilchengrößen des Ammoniumperchlorats. Aus der Tabelle ist zu entnehmen, daß mit zunehmender Katalysatormenge die Erhöhung der Brenngeschwindigkeit sowie die Verringerung des Druckexponenten der Treibmittelmasse zunächst groß sind und dann allmählich geringer werden. Ferner ergibt sich aus der Tabelle, daß die Brenngeschwindigkeit der Treibmittelmassen um so größer ist, eine je höhere Konzentration an Ammoniumperchlorat sie aufweisen. Auch zeigt die Tabelle, daß sich hinsichtlich der Brenngeschwindigkeit und der Wirkung des Katalysators die Verwendungvon Ammoniumperchloratmit geringerTeilchengröße günstig auswirkt. Andererseits ist aus der Tabelle zu ersehen, daß die Treibmittelmassen, welche Kaliumperchlorat als Oxydationsmittel aufweisen, hinsichtlich einer Erhöhung der Brenngeschwindigkeit unwirksam sind oder diese sogar verringern.Table II also relates to propellant compositions which correspond to the propellant compositions according to the invention given above, with the exception that they contain potassium perchlorate instead of ammonium perchlorate as the oxidizing agent. continuation Approximate Added Burning Rate Increase in Pressure Exponent Concentration particle size) copper chromite at 70 kg / cm 'burning rate at 70 kg / cm' Micron% cm / lake 75.0 23 none 1.37 - 0.48 0, 1 0 1 , 625 19 0.38 1 0.20 76 28 0.38 0.50 1.83 34 0.38 1.00 1.90 39 0.41 75.0 133 none 0.965 - 0.45 0.02 0.982 2 0.39 0.05 1.07 11 0.40 0.14 1.14 18 0.37 0.20 1.115 15 0.39 0.50 1.17 21 0.38 0.95 1.216 26 0.38 1.00 1 , 250 29 0.38 70.0 60 none 0.800 - 0.60 0.10 0.965 17 0.32 65.0 60 none 0.542 - 0.64 0.10 0.680 25 0.21 1.00 0.840 55 0.37 60.0 60 none 0.325 - 0.64 0.10 0.420 29 0.31 1.00 0.565 73 0.41 Potassium perchlorate 80.0 1 ) none 2.49 - 0.70 0.10 2.49 0 0.69 0.50 2.49 0 0.63 70.0 1) none 1.78 - 0.85 0.50 1.675 - 6 0.76 *) Particle size at average weight. @) Crushed at 6900 rpm in a micro-pulverizer. With regard to the propellant compositions according to the invention, Table II shows the influence of the use of different amounts of copper chromite and different concentrations and particle sizes of the ammonium perchlorate. From the table it can be seen that with increasing amount of catalyst, the increase in the burning rate and the decrease in the pressure exponent of the propellant mass are initially large and then gradually decrease. The table also shows that the higher the concentration of ammonium perchlorate, the greater the burning rate of the propellant masses. The table also shows that the use of ammonium perchlorate having a small particle size has a beneficial effect on the burning rate and the effect of the catalyst. On the other hand, it can be seen from the table that the propellant compositions which contain potassium perchlorate as an oxidizing agent are ineffective in increasing the burning rate or even reduce it.

Zur weiteren Erläuterung der erfindungsgemäßen Treibmittelmasse dient die Zeichnung, welche sich auf erfindungsgemäße Treibmittelmassen mit 75% Ammoniumperchlorat, 12,5% Polyvinylchlorid, 12,5 Dibutylsebacat und Kupferchromit als Katalysator. bezieht. Die Zeichnung zeigt dabei entsprechend Tabelle II den Einfluß verschiedener Mengen an Kupferchromit sowie verschiedener Teilchengrößen des Ammoniumperchlorats auf die Zunahme der Brenngeschwindigkeit der Treibmittelmassen.Serves to further explain the propellant composition according to the invention the drawing, which relates to propellant compositions according to the invention with 75% ammonium perchlorate, 12.5% polyvinyl chloride, 12.5% dibutyl sebacate and copper chromite as a catalyst. relates. According to Table II, the drawing shows the influence of various amounts of copper chromite and different particle sizes of ammonium perchlorate the increase in the burning rate of the propellant masses.

So ist aus der Zeichnung zu ersehen, daß sich bei zunehmender Katalysatormenge die Brenngeschwindigkeit der Treibmittelmasse zunächst sehr stark und dann weniger stark erhöht. Ferner ergibt sich aus der Zeichnung, daß eine Verringerung der Teilchengröße des Ammoniumperchlorats für die Brenngeschwindigkeit des Treibmittels von Vorteil ist.So it can be seen from the drawing that with increasing amount of catalyst the burning rate of the propellant mass is initially very strong and then less greatly increased. It can also be seen from the drawing that there is a reduction in particle size of ammonium perchlorate is advantageous for the burning rate of the propellant is.

So führt eine Verringerung der Teilchengröße des Ammoniumperchlorats bei durchschnittlichem Teilchengewicht von etwa 133 auf etwa 60 Mikron zu einer Erhöhung der Brenngeschwindigkeit um 140/0, während eine Verringerung der Teilchengröße von etwa 133 auf etwa 23 Mikron eine Erhöhung der Brenngeschwindigkeit um 42% zur Folge hat. Ferner bewirkt bei einer Teilchengröße des Oxydationsmittels von etwa 133 Mikron die Zugabe von l0% Kupferchromit eine Erhöhung der Brenngeschwindigkeit um 29%, während bei der Zugabe von l0% Kupferchromit bei Teilchengrößen des Oxydationsmittels von 60 und 23 Mikron eine Erhöhung der Brenngeschwindigkeit auf 32 und 39% bewirkt wird.This leads to a reduction in the particle size of the ammonium perchlorate at average particle weight of about 133 to about 60 microns to one Increase the burning rate by 140/0 while reducing the particle size from about 133 to about 23 microns resulted in a 42% increase in burn rate Consequence. Also, when the oxidant has a particle size of about 133 microns the addition of 10% copper chromite increases the burning rate by 29%, while with the addition of 10% copper chromite for particle sizes of the oxidizing agent of 60 and 23 microns increases the burn rate to 32 and 39% will.

Dagegen wurde festgestellt, daß bei den erfindungsgemäßen Treibmittelmassen die spezielle Art des Weichmachers deren Wirksamkeit praktisch nicht beeinflußt. Dies bedeutet, daß bei den Treibmittelmassen deren Wirkung davon unabhängig ist, ob als Weichmacher Dibutylsebacat oder irgendein anderer der erwähnten in Frage kommenden Weichmacher vorhanden ist.In contrast, it was found that in the case of the propellant compositions according to the invention the special type of plasticizer has practically no effect on its effectiveness. This means that the effect of the propellant masses is independent of if as a plasticizer, dibutyl sebacate or any of the other suitable ones mentioned Plasticizer is present.

Claims

Claim: propellant masses, the ammonium perchlorate, a polymer as a binder and small amounts of a chromate or chromite of copper, iron, Contain zinc, cadmium or magnesium, characterized in that they are used as a polymer Contain polyvinyl chloride. Considered> Publications: U.S. Patents No. 2 942 963, 2 962 368, 2 966 403, 2 966 404, 2 973 256.