DE2004472C1 - Verfahren zum Aufbringen von Isolierschichten auf Feststofftreibsätze - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein. Verfahren zum. Aufbringen von Isolierschichten aus Kunststoffbinder und Füllstoffen auf sprengölhaltige Feststofftreibsätzer

Um einen gleichmäßigen Abbrand von Feststofftreib-Sätzen zu erreichen, ist es für viele Anwendungsfälle erforderlich, diese — mit Ausnahme der Brennflächen — mit einer gegen Zündung und Abbrand widerstandsfähigen Beschichtung zu versehen. Dadurch wird erreicht, daß die Treibsätze während des Abbrandes in . vorprogrammierter Weise einen bestimmten Gasdruck- und Schübverlauf liefern. Als solche Beschichtungen werden z. B. Äthylcellulose, ungesättigte Polyesterharze und andere Kunststoffschichten verwendet, wobei Äthylcellulose gewöhnlich als Folienband im Wickelverfahren auf die zylindrische Außenfläche der Treibsätze und beispielsweise ungesättigte Polyesterharze durch Gießen oder Aufstreichen angebracht werden.

Die genannten Kunststoffe genügen im allgemeinen den vielfältigen Anforderungen hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, Haftfestigkeit, Lagerbeständigkeit usw., im speziellen auch über einen weiteren Temperaturbereich von z. B. -40°C bis -f-70°C. In neuerer Zeit wird jedoch die weitere Forderung erhoben, daß die durch die Isolierung bedingte Rauchentwicklung mögliehst gering sein soll. Äthylcellulose oder Schichten aus ungesättigten Polyesterharzen genügen in dieser Hinsicht nicht mehr. Die Rauchbildung ist im wesentlichen auf eine unvollständige Verbrennung der Kunststoffschichten zurückzuführen. Der Sauerstoffunterschuß der Fiammgase im Raketentriebwerk führt lediglich zum Schwelen der Kunststoffe. Die Rauchentwicklung von sprehgölhaltigen Feststofftreibsätzen läßt sich dann senken, wenn Isolierungen. aus geeigneten, möglichst hochgefüUten Kunststoff mischungen aufgebracht werden. Isoliermassen, die hohe Füllstoffgehalte aufweisen und den Obenerwähnten allgemeinen Anforderungen genügen sollen, können nicht nach bisher üblichen, für eine Serienfertigung geeigneten Verfahren aufgebracht werden, die z. B. mit gießfähigen Massen arbeiten. Der Erfindung liegt demnach die Aufgäbe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen von derartigen Isoliermassen mit hohen Füllstoffgehalten und hierfür geeignete Stoffe vorzuschlagen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß eine aus gelösten und/oder suspendierten Polymeren und/oder deren' Vorstufen und Füllstoffen bestehende Isoliermasse in einen Spalt zwischen dem um seine Längsachse rotierenden Treibsatz und eine parallel dazu angeordnete, verstellbare Anrollwalze gefüllt und auf dem Treibsatz aufgewalzt wird.

Das Verfahren läßt sich außer mit gelösten auch mit suspendierten Polymeren oder Präpolymeren durchführen. Die Kunststoffchemie kennt keine deutliche Unterscheidung zwischen echten und scheinbaren Lösungen, wobei letztere an der Grenze zu Suspensionen liegen. Suspensionen sind Aufschwemmungen kleiner, fester unlöslicher Teilchen in einer Flüssigkeit. Suspendierte Teilchen setzen sich bei größerem Durchmesser früher oder später ab, bleiben dagegen in der Flüssigkeit schweben, wenn sie die Kleinheit von Kolloidteilchen (10~⁵ bis IO-⁷ cm) erreichen (Römpp, Chemie-Lexikon, Stuttgart 1966, Spalte 6285).

Nach dem Chem. Wörterbuch des gleichen Verfassers (Stuttgart 1969, S. 451) gibt es keine scharfe, physikal.-chem. zu definierende Abgrenzung zwischen Kolloiden und »echten« Lösungen, ebensowenig zwischen kolloiden Lösungen und sich absetzenden Suspensionen.

Einem weiteren Merkmal der Erfindung zufolge dienen als Polymere Cellulosederivate, Synthesekautschuke, Vinylthermoplaste oder vernetzbare, urethangruppenhaltige Präpolymere. Der Füllstoffgehalt beträgt erfindungsgemäß 45—90%, vorzugsweise 60-70%.

Zweckmäßig sind Füllstoffe, die sich beim Abbrand des Treibsatzes inert verhalten, beispielsweise Asbestmehl, Lithopone (ZnSO^+BaS), Titandioxid und Eisenoxide.

in weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die verminderte Rauchbildung durch solche Füllstoffe erzielt, die beim Abbrand des Treibsatzes teilweise oder vollständig schmelzen bzw. unter Gasbildung zerfallen. Als Beispiele hierfür seien Carbonate, Oxalate, primäre und sekundäre Phosphate, insbesondere des Ammoniums, benannt. Ein anderes Kennzeichen der Erfindung erstreckt sich darauf, Gemische von Füllstoffen zu verwenden.

Mit dem beschriebenen Aufwalzverfahren können hochgefüllte Kunststoffmischungen in einer für Serienfertigung geeigneten Weise auf einen Treibsatz aufgetragen werden. Die schematische Anordnung für die Aufwalzvorrichtung zum Isolieren von. Treibsätzen ist in der Figur dargestellt. Der Treibsatz 1 wird in horizontaler Anordnung zwischen zwei geeigneten Spannvorrichtungen befestigt, so daß er mit Hilfe eines geeigneten Antriebes.langsam rotiert. Die verstellbare Anrollwalze 2, die mit einem antiadhäsiven Überzug 3, z. B. aus Teflon, bezogen ist und nicht angetrieben zu werden braucht, befindet sich mit einem Spaltabstand von z. B. 1 bis 2 mm parallel zur Achse des Treibsatzes. Eine ausreichende Menge der hochgefüllten Isoliermasse 4 wird zwischen Treibsatz und Anrollwalze aufgegeben. Innerhalb von 1 bis 2 Minuten bildet sich eine auf dem Treibsatz gleichmäßig verteilte und an der Treibsatzoberfläche haftende Isolierschicht. Der hohe Füllstoffgehalt der neuartigen Beschichtung bewirkt,

daß sehr wenig verbrennbares Kunststoffmaterial beim Schuß den Flammengasen ausgesetzt ist und so verminderte Rauchentwicklung erreicht wird. Durch die Verwendung von in der Hitze gasabspaltenden Füllstoffen wird die Isolierschicht darüber hinaus vor dem Einfluß der Flammgase geschützt und so eine zusätzliche Rauchverminderung erzielt. Der Typ des Kunststoffbinders ist hinsichtlich der Raucherzeugung von untergeordneter Bedeutung; dagegen ist er für die Erfüllung der eingangs erwähnten Forderungen, wie z. B. Haftfestigkeit und Festigkeitseigenschaften, wichtig. Voraussetzung für eine hochgefüllte, auch im Hinblick auf mechanische Eigenschaften und Verarbeitungstechnik befriedigende Isolierbeschichtung ist eine geeignete Abstimmung des Beschichtungsverfahrens (Anwalzen) mit dem Kunststoff-Binder. Dieses Ziel wird erreicht, wenn als Bindemittel in niedrigsiedenden Lösungsmitteln gelöste, gut haftende oder haftend gemachte Polymere bzw. Präpolymere verwendet und ihre Mischungen mit Füllstoffen auf den Treibsatz aufgewalzt werden. Durch die Verwendung niedrigsiedender Lösungsmittel wird eine gleichmäßige Verteilung der Beschichtung auf dem Treibsatz sowie vollständiges Abdunsten des Lösungsmittels gewährleistet und ein schneller Arbeitszyklus erreicht.

Folgende Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung des Verfahrens.

Beispiel 1

In eine Lösung von 20 g eines urethan- und hydroxylgruppenhaltigen Präpolymers in 80 g Methylenchlorid-Essigester-Gemisch (3:1) werden 60 g einer Mischung aus gleichen Teilen Asbestmehl und getrocknetem Ammoniumoxalat gegeben und die Ansätze zusammen mit einem zur Reaktion mit dem Präpolymer befähigten Isocyanat gerührt oder geknetet. Eine geeignete Rezeptur enthält z. B. folgende Bestandteile:

20 g Präpolymer Impranil (schwach verzweigter Polyester mit einer OH-Zahl von 30 bis 60)

30 g Asbestmehl

30 g Ammoniumoxalat getrocknet (Korngröße 0,1 bis 0,3 mm)

80 g Methylenchlorid-Essigester-Gemisch (3 :1)
6 g aromatisches Isocyanat mit 10 bis 15% NCO-Gehalt

Die Mischung wird in den ca. 1 mm breiten Spalt zwischen dem rotierenden Treibsatz und einer parallel dazu aufgestellten Anrollwalze gegeben. Die Anrollwalze breitet die Masse homogen aus. Es ist auch möglich, nach Abdunsten der Lösungsmittel eine zweite Schicht aufzutragen.

Beispiel 2

In eine Auflösung von 20 g Synthese-Kautschuk in 80 g Methylenchiorid-Essigester-Gemisch (4:1) werden 50 g einer Mischung aus gleichen Teilen Asbestmehl und prim. Ammoniumphosphat eingerührt und die resultierende Paste in den ca. 1 mm breiten Spalt zwischen rotierendem Treibsatz und einer parallel dazu aufgestellten Anrollwalze gegeben.

Beispiel 3

In eine Lösung von 50 g Äthylcellulose in 450 g Methylenchlorid-Essigester-Gemisch (3:1) werden 60 g Lithopone (Gemisch von ZnSO4 + BaS) eingerührt und die resultierende Paste in den Spalt zwischen rotierendem Treibsatz und der dazu parallel aufgestellten Anrollwalze gegeben.

Die auf diese Weise hergestellten Beschichtungen sind gleichmäßig und fehlerfrei. Ihre außerordentliche Rauchverminderung zeigt sich in folgendem über ein Extinktions-Rauchmeßverfahren ermittelten Werten, wobei Edie Rauchmenge und idie Zeiteinheit bedeuten.

IE-d,

Rauchentwicklung einer üblichen Isolierung auf Basis Äthylcellulose 3,3
Rauchentwicklung einer üblichen
Isolierung auf Basis Polyester 2,4
Rauchentwicklung einer Isolierung auf
Basis der vorliegenden Erfindung 0,6

Zum Nachweis der Brauchbarkeit von Isolierungen mit den beanspruchten hohen Füllstoffgehalten wurden die mechan.-physikalischen Eigenschaften einer Isoliermasse, bestehend aus einem urethangruppenhaltigen Präpolymer UF und Füllstoffgehalten über 50% sowie das Abbrandverhalten und die Langzeitstabilität eines mit dieser Masse inhibierten sprengölhaltigen Feststofftreibsatzes geprüft.

1. Mechanische Eigenschaften
(70 Masse-% Füllstoff)

(Die Rohmasse wurde auf ebener Fläche in Schichten aufgetragen; das ausgehärtete Produkt ist infolge von Lösungsmittelresten schwach porös.)

Temperatur CQ	Max. Zug- Dehnung bei E-Modul festigkeit max. Zugf. (bar) (%) (bar)	Meßwerte*) (bar)
+ 50 + 20 ±0 -20 -40	35 332 193 45 130 651 82 6,9 3594 125 6,8 - 231 6,4 3694	14,4 16,3 23,0 18
Beurteilung:	Gute Elastizität im Tieftemperaturbereich
	2. Haftfestigkeiten (gemessen bei 200C)
(Masse in Schichten zwischen Doublebase-Platten gestrichen; nach Aushärten porös)
Füllstoffgehalt (Masse-%)
90 80 65 50

*) Bemerkung: In jedem Fall riß bisher die UF-Masse in sich, d. h., es konnte lediglich bewiesen werden, daß die Haftfestigkeiten Doublebase/Aufwalzmasse über den gefundenen Meßwerten liegen.

3. Abbrandverhalten

Abbrandunterbrechungen ergaben gute Funktionsfähigkeit auch bei einem Füllgrad von 90 Masse-%:
Der Abbrand war normal, die Isolierung standfest.

4. Langzeitstabilität

Temperaturbelastung von isolierten Treibsätzen bei 50° C über mehrere Monate erbrachte keine Veränderungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen von Isolierschichten aus Kunststoffbinder und Füllstoffen auf sprengölhaltige Feststofftreibsätze, 'dadurch ge kennzeichηet, daß eine aus gelösten und/oder suspendierten Polymeren und/oder deren Vorstufen und Füllstoffen bestehende Isoliermasse in einen Spalt zwischen dem um seine Längsachse rotierenden Treibsatz und eine parallel dazu angeordnete, verstellbare Anrollwalze gefüllt und auf dem Treibsatz aufgewalzt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dädürch'gekennzeichnet, daß als Polymere Cellulosederivate, Synthesekautschuke, Vinylthermoplaste oder vernetzbare, urethangruppenhaltige Präpolymere verwendet werden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoffgehalt 45 bis 90%, vorzugsweise 60 bis 70%, beträgt.

4. Verfahren, gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung verminderter Rauchbildung solche. Füllstoffe verwendet werden, die beim Abbrand des Treibsatzes teilweise oder vollständig schmelzen bzw. unter Gasbildung zerfallen.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Gemische von Füllstoffen verwendet werden. .