DE3643824A1 - Linerschicht zur auskleidung von raketenbrennkammern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Linerschicht zur Auskleidung von Raketenbrennstoffkammern für den Ausguß von Composite-Treibstoffen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um einen hohen Füllgrad zu erreichen, wird bei der Herstellung sogenannter kammerwandgebundener (case-bonded) Composite-Treibstoffe die zähflüssige, härtbare Treib­ stoff-Masse in eine Brennkammer gegossen und darin gehärtet. Die Brennkammer kann dabei mit einer Isolierung versehen sein, die meist aus einem Kautschuk, wie EPDM oder PBAN, besteht.

Damit der Treibstoff-Abbrand nur an der gewünschten Stelle fortschreitend ist, ist es nötig, daß der Treibstoff an der Isolierung bzw. an der Kammerwand ausgezeichnet haftet. Anderfalls besteht nämlich die Gefahr, daß durch Spaltbildung zwischen Treibsatz und Kammerwand bzw. Isolierung ein Hinterbrennen des Treibsatzes erfolgt.

Um die erforderliche Haftung zu erzielen, wird der Composite-Treibstoff nicht direkt an die Kammerwand bzw. die Isolierung angegossen, sondern es wird zunächst eine wenige Zehntel mm bis einige mm dicke Linerschicht auf die Kammerwand bzw. die Isolierschicht aufgetragen, worauf der Anguß des Composite-Treibstoffs erfolgt.

Das Bindemittel des Composite-Treibstoffs ist in der Regel Carboxylgruppen-terminiertes Polybutadien (CTPB) oder Hydroxylgruppen-terminiertes Polybutadien (HTPB), das mit Isocyanat umgesetzt ist. Um eine von vorneherein gute Haftung an dem Treibstoff zu erreichen, weisen die bekannten Linerschichten ein entsprechendes Bindemittel auf, also entweder CTBP/Aziridin oder HTBP/Isocyanat. Sie enthalten ferner Ruß als Füllstoff, um die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Liners zu verbessern sowie im Falle HTBP/Isocyanat zusätzlich Aziridine, um die Haftung des Treibstoffs am Liner weiter zu verbessern.

Dabei wird bei Linern für Composite-Treibstoffe auf CTPB-Basis meist ein Gemisch aus einem Aziridin, wie Tris(2-methyl- 1-aziridinyl)-phosphinoxid (das unter der Bezeichnung MAPO im Handel ist) und einem Epoxid als Härter und Haftverbesserer verwendet und bei Linern für Composite-Treibstoffe auf HTPB-Basis z. B. Tris-[1-(2- ethyl)-aziridinyl]-benzol-1.3.5.-tricarboxylsäureamid (das unter der Bezeichnung BITA im Handel ist) als Haftverbes­ serer eingesetzt.

Nachteilig bei den bekannten Linerschichten ist der relativ hohe Anteil der chemisch instabilen Aziridine. So muß. z. B. MAPO wegen seiner Neigung zur Selbstpolymerisa­ tion vor seiner Verwendung in der Regel in einem aufwendigen Verfahren destilliert werden. BITA hingegen ist derart instabil, daß es nur bei Temperaturen unter - 20°C für längere Zeit gelagert werden kann. Darüber hinaus sind manche Aziridine hochviskos und entsprechend schwer einarbeitbar. Ein weiterer Nachteil der Aziridine besteht darin, daß sie im Verdacht stehen, kanzerogen zu sein. Dadurch ergeben sich zusätzliche Vorsichtsmaßnahmen bei ihrer Verarbeitung. Auch ist der hohe Preis der Aziridine von Nachteil.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Linerschicht sowohl für Composite-Treibstoffe auf CTPB-Basis wie auf HTPB/ Isocyanat-Basis zu schaffen, welche zu einer zumindest gleich guten Haftung wie aziridinhaltige Linerschichten am Treibstoff führt, jedoch die vorstehend geschilder­ ten Probleme aziridinhaltiger Linerschichten aufweist.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltun­ gen der erfindungsgemäßen Linerschicht sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß wird also ein organisches Säureamid als Füllstoff eingesetzt. Überraschenderweise wirkt dieser Füllstoff zugleich als Haftverbesserer, so daß auf die Verwendung von Aziridinen vollständig verzichtet werden kann. Der sonst als Füllstoff verwendete Ruß kann also teilweise oder ganz weggelassen werden. Abgesehen von dem Verzicht auf Aziridine, dem teilweisen oder vollständigem Weglassen von Ruß, dem Einsatz des organischen Säureamids und daß sie auch bei Composite-Treibstoffen auf CTPB-Basis als Bindemittel HTPB, versetzt mit Isocyanat, enthält.

Durch die erfindungsgemäße Linerschicht ergibt sich eine wesentlich unproblematischere Verarbeitung als bei den bekannten Aziridine enthaltenen Linerschichten sowie eine überraschend gute Haftung an HTBP-Treibstoffen. Besonders überraschend ist, daß auch bei Anguß von CTPB-Treibstof­ fen, die auf einem ganz anderen Härtungsmechanismus als das HTPB/Isocyanat-Bindemittel beruhen, eine ausgezeich­ nete Haftung der erfindungsgemäßen Linerschicht an dem CTPB-Treibstoff erzielt wird. Dies ist von großem Vorteil. Erfindungsgemäß kann nämlich eine einzige Liner-Formulierung sowohl für HTPB- wie für CTPB-Treib­ stoffe verwendet werden, während nach dem Stand der Technik für HTPB-Treibstoffe eine HTPB-Linerformulierung und für CTPB-Treibstoffe eine CTPB-Linerformulierung verwendet werden mußte.

Als organisches Säureamid ist insbesondere Oxamid geeig­ net. Die Teilchengröße des organischen Säureamids bzw. Oxamids beträgt dabei vorzugsweise weniger als 100 µm, besonders bevorzugt weniger als 50 µm.

Auch kann die erfindungsgemäße Linierschicht noch weitere Füllstoffe enthalten. Dabei werden solche zusätzlichen Füllstoffe bevorzugt, die thixotropierende Eigenschaften aufweisen und dadurch die unausgehärtete Linerschicht-Mas­ se nichttropfend machen, wodurch sie leichter und gleich­ mäßiger auf die Isolierschicht bzw. die Brennkammer­ innenwand aufgetragen werden kann. Als solche zusätzliche Füllstoffe sind insbesondere Derivate des Rhizinusöls (z. B. Thixcin der Fa. NL Industries, Inc.), Bentonite oder Ruße mit thixotropierenden Eigenschaften geeignet.

Wie bei Linerschichten üblich, kann die erfindungsgemäße Linerschicht weitere Komponenten enthalten, beispielsweise Weichmacher oder Alterungsschutzmittel.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Linerschicht werden zunächst die Komponenten: HTPB, Härtungskatalysator, organisches Säureamid sowie gegebenenfalls Alterungs­ schutzmittel, Weichmacher und zusätzlicher Füllstoff miteinander vermischt. In dieses Gemisch wird dann das Isocyanat eingearbeitet, wobei die isocyanathaltige Masse vor der Weiterverarbeitung im Vakuum entgast wird.

Das Aufbringen der Linerschicht auf die Brennkammerinnen­ wand bzw. auf die darauf befindliche Isolierschicht erfolgt, wie üblich, durch Einschleudern, Spritzen, Streichen oder Spachteln oder im Eingußverfahren, und zwar während der Topfzeit der Masse, d. h. bevor sie ihren Gelpunkt erreicht. Die so aufgetragene Masse wird dann zwischen 15°C und 70°C, vorzugsweise zwischen 18°C und 60°C solange gehärtet, bis der sogenannte "tack-free- point" erreicht ist, d. h. die Linerschicht bei Berührung z. B. mit einem Finger oder einem anderen Gegenstand nicht mehr an diesem kleben bleibt. Danach wird Treibstoff in die Brennkammer eingegossen und wie üblich gehärtet.

Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläute­ rung der Erfindung.

Beispiel 1

64,67 Gewichtsteile Hydroxyl-therminiertes Polybutadien, 1,00 Gewichtsteile Vulkanox BKF (Bayer AG) als Alterungs­ schutzmittel, 0,002 Gewichtsteile Eisenacetylacetonat als Härtungskatalysator, 5,18 Gewichtsteile Isodecylpelargonat als Weichmacher und 24,00 Gewichtsteile Oxamid werden miteinander vermischt. Das Gemisch wird entgast, worauf 5,15 Gewichtsteile Hexamethylendiisocyanat eingearbeitet werden. Nach erneutem Entgasen wird die Masse auf übliche Weise auf die Brennkammerinnenwand bzw., wenn diese mit einer Isolierung versehen ist, auf die Isolierung aufge­ tragen und teilweise oder vollständig ausgehärtet. Danach wird ein HTPB-Composite-Treibstoff eingegossen und durch Erwärmen der Brennkammer ausgehärtet.

Beispiel 2

51,03 Gewichtsteile Hydroxyl-therminiertes Polybutadien, 0,79 Gewichtsteile Vulkanox BKF, 0,039 Gewichtsteile Eisenacetylacetonat, 3,74 Gewichtsteile Isodecylpelargo­ nat, 39 40 Gewichtsteile Oxamid und 0,95 Gewichtsteile Ruß (Corax L der Degussa AG) werden miteinander vermischt. Nach Entgasen des Gemischs werden, 4,06 Gewichtsteile Hexamethylendiisocyanat eingearbeitet. Die weitere Verar­ beitung der Masse erfolgt wie im Beispiel 1. Als Composite-Treibstoff wird jedoch ein CTPB-Composite- Treibstoff verwendet.

Die nach den Beispielen 1 und 2 hergestellten Treibsätze wurden sogenannten Schältests unterworfen. Das heißt es wurde versucht, die Linerschicht mechanisch vom Treibsatz zu lösen. Die Schältests führten jedoch zu einem Bruch des Treibsatzes, d. h. die Festigkeit der Haftung der erfindungsgemäßen Linerschicht am Treibstoff ist größer als die Festigkeit des Treibstoffs selbst.

Claims (5)

1. Linerschicht zur Auskleidung von Raketenbrennkammern für den Anguß von Hydroxylgruppen- oder Carboxylgruppen terminiertes Polybutadien als Bindemittel enthaltenden Composite-Treibstoffen, wobei die Linerschicht ein Polybutadien-Bindemittel und einen Füllstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Polybutadienbindemittel der Linerschicht sowohl im Fall eines Hydroxylgruppen- terminierten Polybutadien-Composite-Treibstoffs wie im Fall eines Carboxylgruppen-terminierten Polybutadien- Composite-Treibstoffs ein mit Isocyanat umgesetztes Hydroxylgruppen-terminiertes Polybutadien ist und der Füllstoff durch ein festes organisches Säureamid gebildet werden.

2. Linerschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des organischen Säureamids 10 bis 60. vorzugsweise 20 bis 50% des Gewichts der Linerschicht beträgt.

3. Linerschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Säureamid Oxamid ist.

4. Linerschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 20 Gew.-% weitere Füllstoffe neben dem Säureamid enthält.

5. Linerschicht nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Füllstoffe Derivate des Rhizinusöls, Bentonite oder Ruße sind.