DE977907C

DE977907C - Fuel for use in hybrid hypergolic propellants

Info

Publication number: DE977907C
Application number: DE1964N0025437
Authority: DE
Inventors: Leopold Von Dipl-Che Nieciecki
Original assignee: Nitrochemie Aschau GmbH
Current assignee: Nitrochemie Aschau GmbH
Priority date: 1964-08-29
Filing date: 1964-08-29
Publication date: 1972-11-02
Also published as: GB1282271A

Description

Brennstoff zur Verwendung in hypergol zündenden Hybridtreibsätzen Hypergol zündende Hybrid-Treibsätze, die mit hochkonzentrierter Salpetersäure als Oxydator und Kunstharz enthaltendem festem Brennstoff arbeiten, sind bekannt. Um die für eine einwandfreie Zündung erforderliche Zündverzögerungszeit von < 0,05 sec zu erreichen, müssen den Kunststoffen hypergole Komponenten wie beispielsweise bestimmte Amine, Amide, Hydride u. dgl. zugefügt werden. Bei seiner Verwendung unter den intensiven Bedingungen während des Abbrandes muß ein solcher fester Treibsatz eine Reihe von Anforderungen erfüllen, die nicht leicht gleichzeitig realisierbar sind. Diese sind insbesondere 1. Kunstharz und hypergole Komponente müssen miteinander verträglich und leicht verarbeitbar sein, 2. Anteil der hypergolen Komponente rnuß ausreichend zur Erreichung einer genügend kleinen Zündverzögerungszeit sein.Fuel for use in hypergolic hybrid propellants Hypergol igniting hybrid propellants that use highly concentrated nitric acid as Working solid fuel containing oxidizer and synthetic resin are known. Around the ignition delay time of <0.05 required for perfect ignition To achieve sec, the plastics must have hypergolic components such as certain amines, amides, hydrides and the like can be added. When using it under Such a solid propellant must be used for the intense conditions during the burn-up meet a number of requirements that are not easily achievable at the same time are. These are in particular 1. Resin and hypergolic component need to go together tolerable and easy to process, 2nd part of the hypergolic component nut be sufficient to achieve a sufficiently short ignition delay time.

3. Es muß leichte Verarbeitung, insbesondere gute Homogenisierung, möglich sein.3. It must be easy processing, especially good homogenization, to be possible.

4. Die fertigen Treibsätze müssen hinsichtlich ihrer technologischen Eigenschaften beispielsweise eine genügende Zugfestigkeit bei ausreichender Dehnung und weitgehende Beständigkeit gegenüber starken Temperaturunterschieden besitzen.4. The finished propellants have to be in terms of their technological Properties, for example, sufficient tensile strength with sufficient elongation and have extensive resistance to large temperature differences.

Aus diesen Gründen scheiden eine Anzahl von mit konzentrierter Salpetersäure hypergol reagierenden Verbindungen wie Lithiumhydrid, Borhydride von vornherein aus. Auch der Verwendung von hypergolen Aminen sind Grenzen gesetzt, da die Menge, die zur Erzielung einer genügend niedrigen Zündverzögerungszeit erforderlich ist, bei einigen bereits so hoch liegt, daß die Verarbeitung schwierig oder unmöglich wird. So dürfte es beispielsweise nicht möglich sein, aus 80% Paraanisidin und 20% Polyvinylchlorid oder 20% Polyurethan und 80% Paraphenylendiamin einen Treibsatzkörper mit ausreichend guten technologischen Endeigenschaften zu erhalten.For these reasons, a number of with concentrated nitric acid divorce hypergolic reacting compounds like lithium hydride and borohydrides from the start the end. There are also limits to the use of hypergolic amines the Amount required to achieve a sufficiently short ignition delay time is, for some it is already so high that processing is difficult or impossible will. For example, it should not be possible to use 80% paraanisidin and 20% Polyvinyl chloride or 20% polyurethane and 80% paraphenylenediamine are a propellant with sufficiently good final technological properties.

Diese Nachteile werden durch den Treibsatz der vorliegenden Erfindung beseitigt, der sowohl sehr gute technologische Eigenschaften, leichte Verarbeitung als auch ausreichend kurze Zündverzögerungszeiten aufweist. Dieser Treibsatz, der mit hochkonzentrierter Salpetersäure als Oxydator arbeitet, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffkomponente etwa 30 bis 70% Ferrocen und gegebenenfalls ein hypergoles Amin enthält.These disadvantages are alleviated by the propellant charge of the present invention eliminates the both very good technological properties, easy processing as well as having sufficiently short ignition delay times. This propellant that works with highly concentrated nitric acid as an oxidizer, is characterized by that the fuel component is about 30 to 70% ferrocene and optionally a hypergole Contains amine.

Als Kunstharze haben sich insbesondere Epoxy, Acryl-, Polyvinylchlorid oder ungesättigte Polyesterharze hinsichtlich ihrer Verarbeitbarkeit als besonders vorteilhaft erwiesen. So kann beipielsweise bei Verwendung von Epoxyharzen wie solche vom Typ des Araldit auf eine Verarbeitung auf der Walze verzichtet und die Mischung durch einfaches Vermischen und anschließendes Gießen hergestellt werden.In particular, epoxy, acrylic and polyvinyl chloride have proven to be synthetic resins or unsaturated polyester resins as particular in terms of their processability proved beneficial. For example, when using epoxy resins such as of the type of Araldit dispensed with processing on the roller and the mixture can be made by simply mixing and then pouring.

Unter Umständen kann es erwünscht sein, bei den erfindungsgemäßen Treibsätzen der Brennstoffkomponente außerdem geringere Mengen eines hypergolen Amins, wie insbesondere ein primäres Diamin, Phenylendiamin oder ß-Naphthylamin, zuzusetzen. Hierdurch wird .erreicht, daß der gesamte hypergole Anteil niedriger gehalten werden kann, wodurch die Verarbeitbarkeit und damit die technologischen Endeigenschaften verbessert werden. Der Anteil des hypergolen Amins kann relativ niedrig, etwa 10 bis 40%, sein.Under certain circumstances, it may be desirable in the case of the Propellants of the fuel component also have lower amounts of a hypergolic Amines, such as in particular a primary diamine, phenylenediamine or ß-naphthylamine, to add. This achieves that the total hypergolic proportion is lower can be maintained, thereby increasing the workability and thus the technological Final properties are improved. The proportion of hypergolic amine can be relative low, about 10 to 40%.

Zur Herstellung der Brennstoffkomponente der erfindungsgemäßen Treibsätze werden im allgemeinen lediglich die Bestandteile gemischt, entgast und entsprechend den Bedingungen für die einzelnen Kunstharze gegebenenfalls unter Zusatz von Härtern, Polymerisationsbeschleunigern und Weichmachern die Aushärtung vorgenommen, wobei eine Formgebung durch Gießen bevorzugt wird.For the production of the fuel component of the propellant charges according to the invention in general, only the components are mixed, degassed and appropriately the conditions for the individual synthetic resins, if necessary with the addition of hardeners, Polymerization accelerators and plasticizers carried out the curing, wherein molding by casting is preferred.

Das Ferrocen läßt sich sehr gut mit den plastischen Massen verarbeiten. Auch bei höheren Feststoffanteilen ist noch eine gute Homogenisierung möglich. Im einzelnen werden beipielsweise die folgenden Mischungen verarbeitet. Beispiel 1 40% eines handelsüblichen Epoxyharzes vom Typ »Araldit 880«, bestehend aus 14,3'% eines Epoxyharzes,14,3 % eines Polyamidharzes und 11,40%o eines üblichen Verdünners, 60% Ferrocen. Beispiel 2 40% Methacrylsäurebutylester -Vorpolymerisat (hergestellt durch Erhitzen des monomeren Produktes mit 0,3 g Benzoylperoxid 20 Minuten bei 70° C), 1,5% Methyläthylketonperoxid, 0,2% Co-Naphthenat, 58,51/o Ferrocen. Beispiel 3 40% Epoxyharz gemäß Beispiel 1, 40% Ferrocen, 20% p-Phenylendiamin. Es wurde wie folgt gearbeitet: Beispiel 1 und 3 Die einzelnen Harzkomponenten werden in einem Becherglas mit einem Glasstab gut vermischt. Nach 5 bis 10 Minuten wird die erforderliche Menge Ferrocen und p-Phenylendiamin, die zuvor in einem gesonderten Gefäß vermischt wurden, langsam hinzugegeben. Das Ferrocen wurde zuvor in einem gesonderten Gefäß pulverisiert und durch ein Sieb < 0,3 mm Durchmesser durchgesiebt. Nach etwa 1/z Stunde intensiven Rührens ist die Masse homogen. Anschließend wird die Masse 1 Stunde im Vakuum bei etwa 20 mm Hg entgast und in Formen gegossen. Die Mischungen sind nach etwa 24 Stunden fest. Zur Erzielung guter technologischer Endeigenschaften ist eine anschließende 12stündige Nachhärtung bei 50 bis 60° C erforderlich.The ferrocene can be processed very well with the plastic masses. Good homogenization is still possible even with higher solids contents. in the For example, the following mixtures are processed individually. example 1 40% of a commercially available epoxy resin of the type »Araldit 880«, consisting of 14.3% an epoxy resin, 14.3% of a polyamide resin and 11.40% of a conventional thinner, 60% ferrocene. Example 2 40% butyl methacrylate prepolymer (prepared by heating the monomeric product with 0.3 g of benzoyl peroxide for 20 minutes at 70 ° C), 1.5% methyl ethyl ketone peroxide, 0.2% co-naphthenate, 58.51 / o ferrocene. example 3 40% epoxy resin according to Example 1, 40% ferrocene, 20% p-phenylenediamine. It became like worked as follows: Example 1 and 3 The individual resin components are in one Mix the beaker well with a glass rod. After 5 to 10 minutes the required Amount of ferrocene and p-phenylenediamine previously mixed in a separate vessel were added slowly. The ferrocene was previously in a separate vessel pulverized and sifted through a sieve <0.3 mm in diameter. After about 1 / z hour of intensive stirring, the mass is homogeneous. Then the mass Degassed for 1 hour in vacuo at about 20 mm Hg and poured into molds. The mixes are solid after about 24 hours. To achieve good final technological properties a subsequent 12-hour post-curing at 50 to 60 ° C is required.

Beispiel 2 100 g monoinerer Methacrylsäurebutylester wird mit 0,3 g Benzoylperoxid in üblicher Weise in einer Stickstoffatmosphäre bei 70' C oligomerisiert. Nach etwa 20 Minuten wird die gewünschte Viskosität erreicht. Nach dem Abkühlen werden in die erforderliche Menge Vorpolymerisat Methyläthylketonperoxid und Beschleuniger eingearbeitet und anschließend das Ferrocen zugegeben. Die Aufbereitung des Ferrocen sowie die Weiterverarbeitung der Mischung erfolgt wie im Beispiel 1 beschrieben.Example 2 100 g monoinerer methacrylate is oligomerized with 0.3 g of benzoyl peroxide in a conventional manner in a nitrogen atmosphere at 70 'C. The desired viscosity is reached after about 20 minutes. After cooling, methyl ethyl ketone peroxide and accelerator are incorporated into the required amount of prepolymer and then the ferrocene is added. The preparation of the ferrocene and the further processing of the mixture are carried out as described in Example 1.

Die Mischungen sind nach einer Lagerung von 4 Tagen bei 60° C fest. Es wurden Treibsatzkörper mit guten technologischen Eigenschaften erhalten. Die Zündverzögerungszeit lag unter 50 msec, der Abbrand war regelmäßig.The mixtures are solid after storage for 4 days at 60 ° C. Propellant bodies with good technological properties were obtained. the Ignition delay time was less than 50 msec, the burn-up was regular.

Um die oben angegebene Zündverzögerungszeit zu erreichen, müßten im Falle der ausschließlichen Verwendung eines Amins als hypergole Komponente etwa 80% in das Kunstharz (enges. Polyester) eingearbeitet werden, eine Menge, die zwangläufig zu großen Schwierigkeiten bei der Verarbeitung (nicht gießfähig) und zu Produkten mit unzureichenden technologischen Eigenschaften führt.In order to achieve the ignition delay time specified above, the Case of the exclusive use of an amine as a hypergolic component, for example 80% are incorporated into the synthetic resin (narrow. Polyester), an amount that inevitably too great difficulties in processing (not pourable) and into products with inadequate technological properties.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Synthetic resin, especially epoxy, acrylic, polyvinyl chloride or unsaturated polyester resin-containing fuel with an additive that has a hypergolic effect against highly concentrated nitric acid for use in hypergolic igniting hybrid propellants based on highly concentrated nitric acid and solid fuels, characterized in that it is 30 contains up to 700% ferrocene as a hypergolic additive. z. Fuel for use in hypergolically igniting hybrid propellants according to Claim 1, characterized in that the ferrocene contains up to 57% of an amine known per se which has a hypergolic effect against concentrated nitric acid, especially diamine, phenylenediamine or β-naphthylamine, as an admixture.