DE3643825A1

DE3643825A1 - Isolierschicht fuer raketenfeststofftreibsaetze

Info

Publication number: DE3643825A1
Application number: DE19863643825
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Proebster
Original assignee: Bayern Chemie Gesellschaft fuer Flugchemische Antriebe mbH
Current assignee: Bayern Chemie Gesellschaft fuer Flugchemische Antriebe mbH
Priority date: 1986-12-20
Filing date: 1986-12-20
Publication date: 1988-06-30
Also published as: DE3643825C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Isolierschicht für Raketentreibstoffsätze nach dem Oberbegriff des An spruchs 1.

Derartige Isolierschichten werden im allgemeinen aus Massen hergestellt, die aus gießbaren härtbaren Harzen auf Polyurethan- oder Polybutadienbasis bestehen, denen Füll stoffe zugesetzt sind.

Die Füllstoffe dienen dabei zur Erhöhung der Wärmestandfe stigkeit der Isolierschicht. Sie bestehen dabei meist aus inerten anorganischen Stoffen geringer Wärmeleitfähigkeit, wie Asbest, oder endotherm zersetzlichen anorganischen oder organischen Stoffen. Endotherm zersetzliche Füllstof fe zersetzen sich bei Wärmebeaufschlagung unter Energie aufnahme zu Gasen und einem festen Rückstand und führen so zu einer ablativen Kühlung der Isolierschicht.

Es ist bekannt, als anorganische endotherm zersetzliche Füllstoffe Erdalkalicarbonate einzusetzen, z. B. Magne sium- oder Calciumcarbonat (DE-OS 21 27 197), welche bei Wärmebeaufschlagung in Kohlendioxid und das entsprechende Erdalkalioxid zerfallen. Versuche haben jedoch gezeigt, daß sowohl Magnesit, also Magnesiumcarbonat, wie Calcit, also Caliumcarbonat, als Füllstoffe in Polyurethan- oder Polybutadienisolierschichten zu wünschen übrig lassen. So hat sich gezeigt, daß Magnesit die mechanischen Eigen schaften der Isolierschicht erheblich herabsetzt, d. h. es kommt zu Abplatzungen der Isolierschicht beim Abbrand des Treibstoffs, während Calcit die thermischen Eigenschaften einer Polyurethan- bzw. Polybutadien-Isolierschicht kaum verbessert.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Füllstoff für eine Raketenfeststofftreibsatz-Isolierschicht auf Polyurethan- oder Polybutadienbasis anzugeben, welcher ohne Beein trächtigung der mechanischen Eigenschaften die thermischen Eigenschaften der Isolierschicht wesentlich verbessert. Dies wird erfindungsgemäß durch Verwendung von Dolomit als Füllstoff erreicht.

Im Gegensatz zu Magnesit oder Calcit führt der erfindungs gemäß verwendete Dolomit überraschenderweise zu einer deutlichen Verbesserung der thermischen Eigenschaften der Isolierschicht, ohne deren mechanische Eigenschaften zu beeinträchtigen. Das heißt Dolomit zeigt nicht die Nachteile von Calcit oder Magnesit sondern führt zu sehr ausbrand festen Isolierschichten auf der Basis von Polyurethan bzw. Polybutadien.

Diese überraschende Feststellung dürfte in der Zerset zungstemperatur von Dolomit (730°C) gegenüber der von Magnesit (350°C) und Calcit (900°C) begründet sein.

Das heißt Magnesit dürfte sich bereits zersetzen, bevor das Bindemittel der Isolierschicht durch die heißen Treib stoffabgase pyrolysiert wird, mit der Folge, daß die Festigkeit der Isolierschicht herabgesetzt wird, so daß sie von den Verbrennungsabgasen abgetragen wird, bevor das Bindemittel pyrolysiert ist.

Bei Calcit scheint hingegen die Gefahr zu bestehen, daß aufgrund der relativ hohen Zersetzungstemperatur das Bindemittel pyrolysiert und vergast, bevor es zu einer Zersetzung des Calcits in der Isolierschicht kommt. Das heißt Calcit übt keinen ablativen Kühlungseffekt auf die Isolierschicht aus, sondern verhält sich eher wie ein inerter Füllstoff.

Demgegenüber scheint die Zersetzungstemperatur von Dolomit gegenüber der des Polyurethan- bzw- Polybutadien-Binde mittels so zu liegen, daß der Dolomit seine ablativ kühlende Wirkung zum optimalen Zeitpunkt in der Isolier schicht entfaltet, d. h. nicht zu früh zersetzt wird, also die mechanischen Eigenschaften der Isolierschicht nicht beeinträchtigt werden, noch zu spät, so daß er nur noch die Wirkung eines inerten Füllstoffs gegenüber der Isolierschicht entfaltet. Zugleich weist Dolomit zumindest gegenüber Calcit eine größere Härte auf, und zwar eine Mohs'sche Härte von 3,5 bis 4,0 gegenüber 3,0 von Calcit, wodurch die mechanischen Eigenschaften der Isolierschicht gegenüber Calcit zusätzlich verbessert werden.

Die erfindungsgemäße Isolierschicht ist für doppelbasige Treibsätze und Composite-Treibsätze geeignet.

Bei Composite-Treibsätzen wird nach dem Stand der Technik als Füllstoff der Isolierschicht meist Ruß verwendet, weil er sich auf die mechanischen Eigenschaften der Isolier schicht besonders günstig auswirkt. Andererseits läßt die Haftung von Composite-Treibstoffsätzen an rußhaltigen Isolierschichten häufig zu wünschen übrig. Das heißt durch eine unzureichende Haftung tritt durch eine Spaltbildung zwischen Treibsatz und Isolierschicht ein sogenanntes Hinterbrennen des Treibsatzes auf.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß sich mit der erfindungsgemäßen Isolierschicht sich die Haftung an Composite-Treibsätzen wesentlich verbessern läßt, ohne die mechanischen Eigenschaften der Isolierschicht gegenüber einer rußhaltigen Isolierschicht all zu stark herabzuset zen.

Als Polybutadien-Bindemittel kann Hydroxyl-Gruppen oder Carboxyl-Gruppen terminiertes Polybutadien verwendet wer den. Die Haftung des Dolomit an dem Bindemittel kann durch Silane verbessert werden. Dabei haben sich Aminosilane, die sich mit den Isocyanat-Gruppen bei der Polyurethanbil dung verknüpfen als besonders geeignet erwiesen, und zwar insbesondere 2(3-Aminoethylamino)propyltrimeth(eth)oxysi lan, 3-Aminopropyltrimeth(eth)oxysilan oder das von Union Carbide unter der Bezeichnung A-1130 vertriebene Aminosi lan.

Als Füllstoffe können neben Dolomit noch weitere organi sche oder anorganische Füllstoffe eingesetzt werden. Als organische Füllstoffe sind insbesondere Carbonsäureamide, wie Oxamid, zu nennen und als weitere anorganische Füllstoffe z. B. Aluminiumhydroxid oder Lithopone.

Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläute rung der Erfindung.

Beispiel 1

100 Gewichtsteile Hydroxyl-terminiertes Polybutadien wer den vorgelegt und 1,00 Gewichtsteile Vulkanox BKF (Bayer AG) als Alterungsschutzmittel, 1,50 Gewichtsteile synthe tischer Zeolith (Bayer AG) als Trocknungsmittel, 0,013 Gewichtsteile Eisenacetylacetonat als Härtungskatalysator sowie 175,00 Gewichtsteile Dolomit (Teilchengröße kleiner als 45 µm, durchschnittliche Teilchengröße 7,4 µm) werden in beliebiger Reihenfolge unter Rühren bei Raumtemperatur zugegeben, worauf 31,85 Gewichtsteile Dimeryldiisocyanat in die Mischung eingerührt werden. Die Masse wird im Vakuum entgast und anschließend an einer Brennkammerinnen wand aufgetragen, z. B. durch Aufspritzen, Schleudern oder Streichen und anschließend gegebenenfalls unter leichtem Erwärmen an- bzw. ausgehärtet. Dann wird ein Composite- Treibstoff eingegossen und durch Erwärmen ausgehärtet.

Die so hergestellte Isolierschicht oder der Liner weist eine hohe Wärmestandfestigkeit und eine bessere Haftung am Treibstoff im Vergleich zu einer Isolierschicht oder einem Liner auf, der anstelle von Dolomit eine volumengleiche Menge Ruß enthält.

Beispiel 2

35,00 Gewichtsteile Polypropylentriol (Äquivalentgewicht 150), 2,70 Gewichtsteile Polypropylentriol (Äquivalentge wicht 105), 0,15 Gewichtsteile Phenylquecksilberoleat, 20,00 Gewichtsteile Oxamid und 35 Gewichtsteile Dolomit (Teilchengrößer kleiner als 45 µm, durchschnittliche Teilchengröße 7,4 µm) werden vermischt, worauf 22,10 Gewichtsteile Hexamethylendiisocyanat zugegeben werden. Die Masse wird im Vakuum entgast. Anschließend wird ein doppelbasiger Treibstoffblock zentrisch in einer Gießform angeordnet und der Ringspalt zwischen dem Treibstoffblock und der Gießform ausgegossen. Danach läßt man die Isoliermasse gegebenenfalls unter leichtem Erwärmen aus härten.

Man erhält auf diese Weise eine leicht gießbare, sehr wärmestandfeste Isoliermasse, welche ausgezeichnet an dem doppelbasigen Treibstoff haftet.

Claims

1. Isolierschicht für Raketenfeststofftreibsätze, welche aus einem Bindemittel auf Polyurethan- oder Polybuta dien-Basis und einem Erdalkalicarbonat als Füllstoff bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdalkalicar bonat Dolomit (CaMg(CO₃)₂) ist.

2. Isolierschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dolomit 20 bis 80, vorzugsweise 20 bis 60% des Gesamtgewichts der Isolierschicht ausmacht.

3. Isolierschicht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße des Dolomits kleiner als 200, vorzugsweise kleiner als 60 µm ist.

4. Isolierschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silan der Formel X-R′-Si(OR)₃) zugesetzt ist, worin X eine mit Polyiso cyanat umsetzbare Gruppe, R′ ein zweiwertiger alipha tischer Rest mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen ggf. auch mit Heteroatomen und R Methyl oder Ethyl ist.

5. Isolierschicht nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Silan in einer Menge von höchstens 5%, vorzugsweise 0,2 bis 2%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Isoliermasse zugesetzt ist.

6. Isolierschicht nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn zeichnet, daß X eine Aminogruppe ist.

7. Isolierschicht nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Silan 3(2-Aminoethylamino)propyltrimeth(eth)- oxysilan oder 3-Aminopropyltrimeth(eth)oxysilan ist.

8. Isolierschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie neben Dolomit weitere anorganische oder organische Füllstoffe in einer Menge von bis zu 40% des Gesamtgewichts der Isolierschicht enthält.

9. Isolierschicht nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Raketenfeststofftreib satz ein doppelbasiger oder ein Composite-Feststoff treibsatz ist.