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Festtreibstoff Die Erfindung betrifft eine Festtreibstoff-Zusammensetzung
derjenigen Art, die im Gehäuse eines Raketenmears oder anderer, mit festen Treibstoffen
arbeitender Vorrichtungen an. Ort und Stelle eingegossen werden kann und nach erfolgter
Zündung die Schubkraft des Raketenmotors erzeugt. Ferner betrifft die Erfindung
ein Verfahren. zum Herstellen. einer derartigen Treibstoff-Zusammensetzung. -Mit
festere Treibstoff arbeitende Raketenmotoren werden gewöhnlich in der Weise hergestellt,
daß eine Mischung aus eurem. feinverteilten anorgagisch,en Oxydationsmittel, einem
flüssigen Polymer, eurem Härtemittel für das Polymer und kleineren Mengen verschiedener
anderer Bestandteile hergestellt, in ein Motorgehäuse eiggebrach und dprt an Ort
und Stelle ausgehärtet wird, so daß irr :caem Motor eine an das Gehäuse gebundene
feste Treib-
| stoffladung entsteht. Das ausgehärtete Poly=r |
| dient sowohl als Brennstoff zur Reaktion mit dem |
| OYydätionsrnittel als auch als :Bindemittel, um der |
| Tz'eibstoffiadung die gewünschten p4ysil@alischen |
| Eigenschaften zu verleihe. |
| Die zu diesem Zweck v erwendeten flüssigen |
| Polymere müssen die unterscWedlichsten .4nforde- |
| rungen erfüllen. Sie müssen sip4 bequem mit der |
| notwendigen Menge ;eines anorganischen Qxy- |
| dationsmittels mischen lassen, um eine Mischung |
| zu bilden, dieusr-eichend fließ f ähig ist, daß &ie in |
| das Motorgebäuse eingegossen werden kann. n |
| ihrer Rolle als Brennstoff sc;lteu diese ).Polymere |
| einen möglichst hohen ILeizwert `#m -j zweckmäßig |
| 'ein frohes Verhältnis des Wasserstoffes zgrn Kph- |
| lenstoff haben. In ihrer Molle als Bindemittel sollen |
| sie bei verhältgismäßig niedriger Tetriperatur und |
| ohne nennenswerte Dimensionsänderungen zu einem |
gummiähnlichen Stoff mit guter physikalischer Festigkeit aushärtbar
sein. Die Nachgiebigkeit und die Zugfestigkeit des ausgehärteten Polymers sind wesentlich
in bezug auf die Erzeugung eines Treibstoffkerns, der gegen Stöße bruchsicher ist,
und auch in bezug auf die Herabsetzung der Möglichkeit von Rißbildungen infolge
von unterschiedlichen thermischen Dehnungen bei Temperaturveränderungen der Treibstoffladung.
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Eine Hauptart von Polymeren, die für diesen Zweck vorgeschlagen worden
ist, ist ein isoeyanatmodifizierter Polyester. Derartige Polymere wurden hergestellt
durch Reaktion einer zweibasischen Säure, z. B. Adipinsäure, mit einem molaren Überschuß
eines mehrwertigen (polyhydric) Alkohols, z. B. Glycol, zur Bildung eines Polyesters
mit endständigem Hydroxyl. Der Polyester wird sodann zur Reaktion gebracht mit einem
molaren Überschuß von Diisoeyanat, d. h. p-Tolylen-Diisocyanat, was zu einem Vorpolymer
mit endständigem Isocyanat führt. Die Bildung der Treibstoffzusammensetzung erfolgt
durch Vermischung des Vorpolymers mit einem anorganischen Oxydationsmittel, wie
beispielsweise übersaurem Ammon, und mit einem Härtemittel, wie beispielsweise Polyol,
oder einem Alkanolamin. Diese Treibstoffmischung wird in flüssiger Form in ein Motorgehäuse
eingebracht und dort an Ort und Stelle eingegossen, wobei ein fester, an- der Innenwand
des. Motorgehäuses haftender Treibstoffkern gebildet wird.
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Es hat sich gezeigt, daß die bisher vorgeschlagenen Vorpolymere dieser
Art eine Reihe von Nachteilen aufwiesen. So haben sie beispielsweise die Tendenz,
während des Mischens Wasser aus der Umgebung und aus anderen Bestandteilen der Zusammensetzung
zu absorbieren. Das auf diese Weise absorbierte Wasser reagiert mit den Isocyanatgruppen
des Vorpolymers, und während des Aushärtens der Treibstoffzusammensetzung erzeugt
diese Reaktion Kohlendioxyd in Form von in der Treibstoffladung eingebetteten Blasen.
Durch diese Ungleichmäßigkeiten im Körper des Treibstoffes ergeben sich ungleichmäßige
und/oder unvorhersehbare Verbrennungsvorgänge.
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Die bisher unternommenen Versuche-zur Überwindung dieses Problems
bestanden in einer Vortrocknung der Bestandteile der Treibstoffzusammensetzung vor
deren Mischung in einer gesteuerten, feuchtigkeitsfreien Atmosphäre. Jedoch erhöhen
derartige Maßnahmen den Umfang und die Kosten des Herstellungsprozesses des Treibstoffes
und sind nicht in jedem Fall völlig wirksam.
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Wenn der Anteil des anorganischen Oxydationsmittels im Treibstoff
erhöht wird, so wird die Viskosität der Mischung vor crem Gießen ebenfalls erhöht,
und es wird unter Umständen ein Punkt, erreicht, bei dem die Viskosität zu hoch
wird, um noch ein befriedigendes Eingießen der Mischung in das Motorgehäuse durchführen
zu können. Bei den Vorpolymeren mit endständigem Isocyanat, die bisher vorgeschlagen
wurden, wird diese maximal noch gerade verarbeitbare Viskosität bereits bei einem
Anteil des Oxydationsmittels erreicht, der kleiner ist als der gewünschte Wert.
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Bei größeren Raketenmotoren, die zur Erzeugung der Schubkraft für
ballistische Geschosse dienen, bringt die Verwendung von Treibstoffen mit verhältnismäßig
langen Brennzeiten erhebliche Vorteile. Feste Treibstoffe unterscheiden sich von
flüssigen Treibstoffen darin, daß die Brenngeschwindigkeit eines festen Treibstoffes,
nachdem dieser einmal gezündet worden ist, nicht mehr wirksam gesteuert werden kann.
Die Brennzeit einer Festtreibstoffladung hängt in starkem Maße von der Brenngeschwindigkeit
des verwendeter Materials ab. Bei den früher als Brennstoffbindemittel vorgeschlagenen
Polymeren mit endständigem Isocyanat ist die Brenngeschwindigkeit der daraus hergestellten
Treibstoffzusammensetzungen' höher als gewünscht.
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Dementsprechend ist eine Aufgabe der Erfindung die Schaffung einer
Festtreibstof£zusammensetzung derjenigen Art, bei der ein Polyurethan-Brennstoffbinder
vorgesehen ist und die von Gastaschen völlig frei ist. Die Polyurethan enthaltende
Festtreibstoffzusammensetzung gemäß der Erfindung hat eine höhere Aufnahmefähigkeit
für anorganisches Oxydationsmittel, als es mit den Brennstoffbindern dieser Art,
die früher vorgeschlagen worden sind, möglich ist, und hat auch eine verhältnismäßig
niedrige Brenngeschwindigkeit.
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Mehr im einzelnen gesehen, wird durch. die Erfindung eine Festtreibstoffzusammensetzung
gefunden, die im wesentlichen besteht aus einem anorganischen Oxydationsmittel und
einem ausgehärteten Polyester-Brennstoffbinder mit endständigem Isocyanat,, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß der Polyester einen Bestandteil umfaßt, der von
einem Polymer einer ungesättigten Cl.-Fettsäure abgeleitet ist.
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Außerdem ist die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer
derartigen Festtreibstoffzusammensetzung gerichtet, bei dem eine Polycarbonsäure
und ein mehrwertiger Alkohol kondensiert werden, um einen Polyester herzustellen,
der sodann mit einem Polyisocyanat umgesetzt wird, um ein Vorpolymer mit erdständigem
Isocyanat herzustellen, das sodann mit einem festen anorganischen Oxydationsmittel
und einem Härtemittel für dieses Vorpolymer gemischt wird, wonach diese Mischung
ausgehärtet wird, um eine Festtreibstoffzusammensetzung zu bilden. Das Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, daß diese Polycarbonsäure ein Polymer einer ungesättigten
Cl8=Fettsäure ist.
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Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete flüssige Vorpolymer
mit endständigem Isocyanat hat eine beträchtlich geringere Tendenz, Wasser aus der
Umgebung oder aus anderen Bestandteilen der Zusammensetzung zu absorbieren, so daß
die Vermischung in einem offenen Mischer erfolgen kann, ohne daß besondere Vorkehrungen
erforderlich sind, um eine Berührung der Mischungsbestandteile mit der Atmosphäre
zu verhindern. '
Wie bereits erwähnt, können die mit der Erfindung
verbundenen Vorteile im allgemeinen dadurch erzielt werden, daß als Brennstoffbinder
der Festtreibstoffzusammensetzung ein Polymermaterial verwendet wird, das Kohlenwasserstoff-Radikale
enthält, die von einer polymeren Fettsäure abgeleitet sind. Es ist bekannt, daß
ungesättigte C1. -Fettsäuren, wie z. B. Ülsäure und Leinölsäure, polymerisiert werden
können, um Dimere und Trimere zu erzeugen, die 36 bzw. 54 Kohlens.toffatome enthalten.
Es sind handelsübliche Mischungen erhältlich, die verschiedene Anteile der zweibasischen
und der dreibasischen Säure enthalten und in zufriedenstellender Weise für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Wenn derartige polymere Fettsäure
in geeigneter Weise im Brennstoffbinder einer Festtreibstoffzusammensetzung enthalten
sind, wie dies weiter unten beschrieben wird, so hat der Brennstoffbinder ein außerordentlich
befriedigendes Verhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoff und ein hohes Verhältnis
der Methylengruppen zu Sauerstoff. Er ist also ein hochwirksamer Brennstoff.
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Die Einbringung der polymeren Fettsäure in den Brennstoffbinder umfäßt
eine Anzahl von Stufen, die im folgenden beschrieben werden sollen. Die polymere
Säure wird zunächst mit einem mehrwertigen Alkohol erhitzt, um durch Kondensation
und Dehydrierung einen linearen Polyester herzustellen. Da die Umsetzung einer mehrbasischen
Säure mit einem mehrwertigen Alkohol zwecks Bildung eines linearen Polyesters allgemein
bekannt ist und für diese Verfahrensstufe die üblichen Reaktionsbedingungen angewandt
werden können, wird es nicht für nötig gehalten, die Polyesterherstellung im einzelnen
zu beschreiben. Alle mehrwertigen Alkohole und Aminoalkohole, die bisher zur Herstellung
von Polyestern dieser Art verwendet wurden, können auch hier verwendet werden, wie
z. B. Äthylenglycol, Diäthylenglycol, Glycerin, Sorbitol, Pentaerythritol, Trimethylolpropan,
Trimethyloläthan, wie auch Aminoalkohole wie Äthanolamine, Aminopropanole und andere
Aminoalkohole. Vorzugsweise wird mit einem molaren Überschuß des mehrwertigen Alkohols
gearbeitet, um einen Polyester mit endständigen Hydroxydgruppen zu erhalten. Geeignete
Polyester können ein Molekulargewicht in der Größenordnung von 2000 bis 3000 haben.
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In der nächsten Verfahrensstufe wird der Polyester mit endständigen
Isocyanatgruppen versehen, indem er mit einem molaren Überschuß an Polyisocyanat
umgesetzt wird, um ein Vorpolymer zu erzeugen. Jedes der organischen Polyisocyanate,
die bisher für die Herstellung von Polyurethanharzen vorgeschlagen worden sind,
können bei dieser Verfahrensstufe verwendet werden. Geeignete Polyisocyanate sind:
Arylen-polyisocyanate wie Tolylen-diisocyanate; meta-Phenylen-diisocyanat; 4-Chloro-1,3-phenylen-diisocyanate;
Methylen-bis-(4-phenyl-isocyanate) ; 1,5-Naphthalendiisocyanate; 3,3'-Dimethoxy-4,4'-biphenylen-diisocyanate;
3,3'-Diphenyl-4,4'-biphenylen-diisocyanate; Triphenyl-methan-triisocyanate und Alkylen-potyisocyanate
wie Äthyen;- Äthyliden; Propylen-1,2-; Butylen-1,3-; Hexylen-1,6- und Cyclohexylen-1,2-diisocyanate.
Meta-Toluen-diisocyanate, die die zur Zeit für diesen Zweck am häufigsten industriell
verwendeten Diisocyanate sind, sind zur Herstellung des erfindungsgemäßen Erzeugnisses
völlig geeignet. In' vorteilhafter Weise kann eine Mischung verwendet werden, die
unter dem Handelsnamen »Hylene T M« erhältlich ist und die etwa 80°/o des 2,4-Isomers
und 20% des 2,6-Isomers enthält. Auch p-Tolylen-diisocyanat hat sich als besonders
nützlich herausgestellt. Es wird mit einem molaren Überschuß des Polyisocyanats
gearbeitet, um das Vorpolymer mit endständigen Isocyanatgruppen zu versehen, über
die es ausgehärtet werden kann.
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Das auf diese Weise hergestellte Vorpolymer mit endständigen Isocyanatgruppen
wird mit einem anorganischen Oxydationsmittel vermischt, wie beispielsweise puderförmigem
überchlorsaurem Ammon, mit einem Härtemittel für das Vorpolymer und verschiedenen
sonstigen Bestandteilen, wie sich dies aus den folgenden Beispielen ergeben wird.
Als Härtemittel für das Vorpolymer wird vorzugsweise ein Polyhydroxydstoff verwendet.
Geeignete Polyole zu diesem Zweck sind Rizinusöl, Triisopropanolamin, Phenyldiäthanolamin,
Athylenglycolmonoricinoleat, Rizinusöl-Dihydroxyd, Trimethylolpropan. Auch die in
der oben geschilderten ersten Verfahrensstufe hergestellten, mit endständigen Hydroxylgruppen
versehenen Polyester können als Härtemittel verwendet werden. Es hat sich gezeigt,
daß Äthylenglycol-Monoricinoleat, das eine primäre Alkoholgruppe hat, eine schnellere
Erhärtung ergibt als die Verwendung von Härtemitteln, die lediglich sekundäre Hydroxygruppen
aufweisen. Außerdem hat sich gezeigt, daß Vorpolymere mit endständigen Isocyanatgruppen,
die in der oben beschriebenen Weise aus polymeren Fettsäuren hergestellt sind, bei
der Herstellung von Festtreibstoffzusammensetzungen außergewöhnlich gute Verfahrenseigenschaften
haben. Obgleich das Molekulargewicht der als Ausgangsmaterial verwendeten Säurekomponente
beträchtlich größer ist als dasjenige von bisherigen-Erzeugnissen dieser Art, hat
sich gezeigt, daß überraschenderweise das Vorpolymer mit dem Oxydationsmittel und
anderen Treibstoffbestandteilen mindestens genau so leicht und in manchen Fällen
sogar leichter vermischt werden kann als bisher bei ähnlichen Vorpolymeren. Das
Aushärten kann bei Temperaturen von 21 bis 60° C (70 bis 140° F) erfolgen. Die untere
Grenze dieses Bereiches liegt erheblich unterhalb der Aushärteternperaturen, die
bei den bisherigen isocyanatmodifizierten Polyestern erforderlich waren. Auch sind
die erfindungsgemäßen Erzeugnisse wesentlich weniger hygroskopisch als bisher bekannte
ähnliche Erzeugnisse, und so werden die Herstellungsprobleme, die durch die hygroskopischenEigenschaften
der bisherigen Erzeugnisse aufgeworfen worden sind, beträchtlich
herabgesetzt.
Wie sich aus den weiter unten folgenden Beispielen ergibt, hat das ausgehärtete
Vorpolymer gute Festigkeit und Elastizität und kann zur Herstellung von Treibstoffzusammensetzungen
mit verhältnismäßig niedrigen Brenngeschwind igkeiten verwendet werden. -Zur näheren
Erläuterung der Natur der Erfindung werden' die folgenden Beispiele von. FesttreibstoffzusammensetzungM
gemäß der Erfindung und beispielsweise Verfahren. zu ihrer Herstellung gegeben.
-Beispiel Eine handelsübliche Mischung Pimere und Trimere von. Leinölsäure, die
ungefähr 75,1/o Dimer und 25Q% o @rimer enthält, wurde rnit Diäthylenglyco! umgesetzt,
um einen Polyester zu erzeugen. Im einzelnen wurden 675 Gewichtsteile (1,0 Mol)
der polybasischen Säure und- 159 Gewichtsteile (1,5 Mol) des DiäthylMglycols in
einem Harzkessel gemischt. Die Misxhüng wurde unter Stickstoffatmosghäre auf 140
bis 150° C erhitzt und mit vollständigem Rüekfluß für 1. _Stunde auf der Temperatur
gehalten. Am Ende der Rückflußperiqde wurde ein Teiistrom-Kondensator an
,den Kessel angeschl,gssen4 und das Wasser aus der Mischung entfernt. . - " _ Sodann
wurde die Temperatur nach und nach während einer Zeitspanne von ungefähr 7 Stunden
auf 225°C erhöht: Während der ersten Hälfte dieser- Erwär_ nzungsperiade wurde die
Harzmischung auf Umgebungsdruck gehalten, wogegen während der- letzten Hälfte d-
111 periocle der D - ck iach u - - ' % ---elz ru . n.
. - nd nach auf ungefähr 50 inm. absolut gesenkt wurde.. Eine Analyse des
sich dabei ergebenden Polyesters zeigte, .daß dieser eine Hydroxylzahl von -55,i3,
eine Säurezahl von 1,4, einen Wassergehalt von 0,.05 Gewichtsprozent und ein Molexülargewicht
von etwa 2000 bis 3000 hatte.
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Der auf diese Weise erzeugte Polyester wurde sodann mit einem molaren
Übzrschuß von p- Tolylen-.diisoVanat umgesetzt, um ein Vorpolymer zu erzeugen. Im
einzelnen wurden 200 teile des Polyesters nach und nach zu 43,5 Teilen des
Diisocyanats im _Harzkessel hinzugegeben. Die Temperatur dieser Mischung wurde während
einer Zeitspanne von ungefähr 12 Minuten auf 120°C .erhöht, und diese Temperatur
wurde ungefähr 1/z Stunde aufrechterhalten: Eine Analyse des dabei entstehenden
Vorpolymers zeigte, daß es einen NCO-Gehalt von 6,1' Gewichtsprozent hatte.
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Das auf diese Weise. hergestellte Vorpolymer wurde in eine Treibstoffmischung
eingebracht. Eine Mischung von 11,i1 Gewichtsteilen des VorpolyTers und 6,89 Gewvichtste_ile
Rizinusöl wurden in einem evakuierten Kessel bei 60° C (140° F) entgast. Sodann
wurden 20 Teile Aluminiumpuder einer Korngröße von 8 bis 60 p, mit den flüssigen
Materialien vermischt, bis der Metallpuder vollständig benetzt war. Diese Vormischung
wurde sodann mit 62 Teilen: von feinverteiltem, festem überchlorsaurem Ammon in
eitlem offenen Mischer zusammengebracht und der Mischvorgang unter normalen
atmosphärischen Bedingungen fortgesetzt, bis eine gleichmäßige Mischung hergestellt
war.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß die Teilchengröße des in der Festtreibstoffzusammensetzung
verwendeten Oxydationsmittels eigne erhebliche Auswirkung auf .die Eigenschaften
d_ es Treibstoffes hat. Überchlorsaures Ammon, wie man. es gewöhnlich vorn Hersteller
bezieht, hat im allgemeinen eine Teilchengröße im Bereich von 50 bis 4.00 [, mit
einer durchschnittlichen Teilchengröße von etwa 175 [.. Es ist üblich, ;die Teilchengröße
dieses bezogenen Perchlorats in einer geeigneten Vorrichtung, beispielsweise einer
Hamtnermühle, auf etwa 3 bis 100 p, mix einem Mittelwert von etwa 25 #t herabzpPetzen.
Sodann werden vorbestimmte Mengen des zerkleinerten. und des unzerkleinerten Materials
gemischt, uni den der Treibstoffzusammensetzung endgültig zgzusetzenden Bestandteil
herzustellen.
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Die "relativen Anteile des verwendeten zerkleinerten und unzerkleinerten
Materials wird gewöhnlich als »bimodale Verteilung« des Oxydationsmittels bezeichnet
und in Form. eines Prozent Verhältnisses angegebep. So war die bimodale Verteilung
des überchlorsauren Amrnons, das bei dem vorliegenden Beispiel verwendet wurde,
92,67,4, d. h. also, d'aß von den verwendeten .62 Gewichtsteilen 92,6°/o (57,4 Teile.)
ile) unzerkleinertes Material und 7,411/o (4,6 Teile) zer4leinertes Material waren.
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Die Treibstoffmischung wurde von Luft befreit, indem sie durch einen
schmalen Schlitz in einer Metallplatte hindurchfloß und sodann bei 43 bis 57°C -.(11Ö
bis--f35' F) in ein Motorgehäuse eingegQssen wurde. Die Härtung der Mischung erfolgte
dadurch, d_aß sie während einer Zeitspanne von 48 Stunden auf einer Temperatur von
38° C .(100° F) gehalten wurde, und während dieser Zeitspanne ging die Mischung
in die Form eines gummiartigen Feststoffes über. Die physikalischen und ballistischen
Eigenschaften des dabei entstandenen Treibstoffes wurden gemessen und hatten folgende
Werte:
| Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 1480 kg/cm@ (1U4 p. s. i.) |
| Dehnung .. .. . . . . . . .. . ... ... '. . . . .-..
0,487 cm/cm (in/in) |
| Eiastizitätsmodul . . . . . . . . . . . . . . . .
....... 6000 kg/xm? (420 p. s. i.) |
| Spezifisches Gewicht . . . . . .. . . . . . . . . . . . 1,75
kg/dm3 (0,063 ibs/in2) |
| Brenngeschwindigkeit bei 71(10 kg/cm? . . 0,47 cm/sec
((1,1ß5 in/sec) bei 600 p. s. i. a. |
| Spezifischer Impuls hei 7100 kg/cm2 ..... 215 (bei 5.00
p, s, i, g.) |
Beispiel 2 Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde darin abgewandelt, daß der Anteil
an Vorpolymer mit e4dst4ndigem -Isocyanat vop 11,11 auf 1d,44Teile erhöht und die
6,89 Teile des Rizinusöls ersetzt
wurden durch ein Härtemittel mit
3,29 Teilen Athylenglycol-Monoricinoleat und 0,27 Teilen Trimethylolpropan. Die
Treibstoffzusammensetzung wurde 20 Stunden lang bei 38° C (100° F) ausgehärtet.
Die physikalischen Eigenschaften des Endergebnisses waren die folgenden:
| Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 2660 kg/CM2 (187 p. s. i.) |
| Dehnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 0,545 cm/cm (in/in) |
| Elastizitätsmodul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 6220 kg/cm2 (437 p. s. i.) |
Beispiel 3 Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wurde insofern abgewandelt, daß 11,68
Teile des Vorpolymers verwendet und die 6,89 Teile des Rizinusölhärtemittels durch
6,32 Teile Rizinusöldihydroxyd ersetzt wurden. Die Aushärtung erfolgte während 40
Stunden bei einer Temperatur von 38° C (100° F), und die physikalischen Eigenschaften
der ausgehärteten Zusammensetzung waren die folgenden:
| Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 882 kg/em2 (62 p. s. i.) |
| Dehnting@ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 1,047 cm/cm (in/in) |
| Elastizitätsmodul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 1700 kg/cm2 (119 p. s. i.) |
Beispiel 4 Das Verfahren nach Beispiel l wurde insofern abgewandelt, daß 7,27 Teile
Vorpolymer verwendet und ersetzt wurde durch 0,14 Teile Trimethylolpropan und 10,59
Teile des Dihydroxydpolyesters, der in der ersten Stufe des Beispieles 1 erzeugt
wurde. Die Aushärtung der Mischung erfolgte während 44 Stunden -bei 38° C (100°
F), und die physikalischen Eigenschaften der Mischung waren die folgenden:
| Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 2100 kg/cm2 (147 p. s. i) |
| Dehnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 1,003 cm/cm (in/in) |
| Elastizitätsmodul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 3630 kg/CM2 (255 p. s. i.) |
Beispiel 5 Das Beispiel 1 würde in folgender Weise abgewandelt: Das Vorpalymer wurde
mit 62 Teilen überchlorsaurem Ammon und 20 Teilen Aluminiumpulver, wie in Beispier
1@ vermischt. Die Gesamtmenge des Vorpolymers und des Härtemittels betrug 18 Teile,
wie in Beispiel 1, jedoch wurde als Härtemittel an Stelle des nach Beispiel 1 verwendeten
gewöhnlichen Rizinusöls Dihydroxyl-Rizinusöl verwendet. Es wurden verschiedene Zusammensetzungen
hergestellt und ausgehärtet, wobei unterschiedliche Verhältnisse des Vorpolymers
zum Härtemittel angewandt wurden, um die Auswirkungen der Veränderung dieses Verhältnisses
zu ermitteln, wobei die untenstehenden Ergebnisse erzielt wurden. Die Relativmengen
des Vorpolymers mit endständigem Isocyanat und Härtemittel, die verwendet wurden,
sind in Form des Verhältnisses der reaktiven NCO-Gruppen. im Vorpolymer zu den reaktiven
Hydroxylgruppen im Härtemittel angegeben.
| NCO/OH I 0,9/1,0 1,0/1,0 I 1,1/1,0 I 1,3/1,0 |
| Zugfestigkeit (kg/cm2) . .. .. ..... 1050 1550 1565
1860 |
| Dehnung (cm/cm) ..... .... .. . . . . 0,531 0,351 0,316 0,290 |
| Elastizitätsmodul (kg/cm2) ...... 3250 6500 . 7880 10120 |
Die vorstehende Tabelle zeigt, daß durch Veränderung des NCO/OH-Verhältnisses in
der Treibstoffzusammensetzung eine ganze Reihe unterschiedlicher elastomerer Eigenschaften
erzielt werden können.
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Beispiel 6 Dieses Beispiel zeigt die Art und Weise, auf die Treibstoffzusammensetzungen
gemäß der Erfindung hergestellt werden können, die unterschiedliche Brenngeschwindigkeiten,
aufweisen. Es wurden 3 Treibstoffe genau nach dem Verfahren nach Beispiel 1 hergestellt,
lediglich mit den nachstehend angegebenen Ausnahmen. Die Treibstoffe hatten genau
den gleichen spezifischen Impuls. Die Zusammensetzung 1 war die gleiche wie die
nach Beispiel 1 und hatte, wie im Beispiel 1 angegeben, eine Brenngeschwindigkeit
von 7100 kg/CM2 bei 0,47 cm/sec.
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Die -Zusammensetzung 2 unterschied sich von derjenigen nach Beispiel
1 darin, daß sie 17,0 Teile Aluminium, 8,2 Teile des Vorpolymers mit endständigem
Isocyanat und 6,78 Teile Rizinusöl enthielt. Die bimodale Verteilung des Sauerstoffträgers
wurde von 92,60/7,40 abgeändert in 62,5/37,5. Seine Brenngeschwindigkeit bei 7100
kg/CM2 betrug 0,76 cm/sec (0,3 in/sec).
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Die Zusammensetzung Nr. 3 unterschied sich von derjenigen nach Beispiel
1, daß sie 13,0 Teile Aluminiumpuder, 12,42 Teile des Vorpolymers und 9,58 Teile
Rizinusöl enthielt. Die bimodale Verteilung des Sauerstoffträgers wurde abgeändert
in
84,0/16,0. Die Brenngeschwindigkeit bei 7100 kg/cm2 (500 p. s. i. a.) betrug 0,328
cm/sec (0,129 in/sec). Beispiel 7 Dieses Beispiel zeigt die Art und Weise, auf die
der spezifische Impuls von gemäß der Erfindung hergestellten Treibstoffen ohne nennenswerte
Veränderung der Brenngeschwindigkeiten verändert werden kann. Es wurde dem Verfahren
nach Beispiel 1 gefolgt, jedoch wurden die Anteile der bei der Zusammensetzung der
Treibstoffe verwendeten Bestandteile in nachstehender Weise abgewandelt
| Überchlorsaures Ammon |
| (urigemahlen) ........ 42,50 68,00 |
| Überchlorsaures Ammon |
| (gemahlen)........... 18,50 13,00 |
| Aluminium ... .. .. .. . . .. 24,0!0 4,00 |
| Vorpolymer ............ 8,2'2 8,22 |
| Rizinusöl . . . . . . . . . . . . 6,78. 6,78 |
| Zugfestigkeit (kg/cm2) . . 1422 1065 |
| Dehnung (cm/cm) ... ... . 0,608 0,43 |
| Elastizitätsmodul |
| (kg/cm2) ......... ... 4980 3200 |
| Brenngeschwindigkeit |
| (cm/sec) bei 7100kg/cm2 0,648 0,648 |
| Spezifischer Impuls |
| (kg - sec/kg) |
| bei 14200 kg/cm2 ..... 262 245 |
Die vorstehende Tabelle zeigt, daß durch Veränderung des Anteils an Aluminiumpuder
von 40% auf 24'% und Veränderung der bimodalen Verteilung des überchlorsaüren Ammons
die Höhe des spezifischen Impulses von 245 auf 262 kg sec/kg (1b-sec/lb) erhöht
werden kann, ohne daß dabei die Brenngeschwindigkeit beeinflußt wird. Wenn eine
beträchtliche Veränderung der Brenngeschwindigkeit erwünscht ist, können andere
bekannte Zusätze an Stelle des Aluminiumpuders oder zusammen mit diesem verwendet
werden, ohne daß dabei der spezifische Impuls nennenswert herabgesetzt oder die
physikalischen Eigenschaften des Erzeugnisses verschlechtert werden. Beispielsweise
kann uFerrocene« (eingetragenes Warenzeichen; metallorganische Verbindung aus bis-(Cyclopentadienyl)-Eisen),
Magnesiumhydrid, Eisenoxyd, eine Reihe von Salzen der Pyromellitsäure (Fe+++, Fe++,
Ni++, Co++) wie auch eine ganze Reihe von anderen Stoffen verwendet werden.
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In der vorstehend beschriebenen Weise zusammengesetzte Treibstoffe
sind in großem Maße in Raketenmotoren geprüft worden und haben bei Versuchszündungen
überaus zufriedenstellende Ergebnisse gezeitigt. Infolge der größeren Feuchtigkeitsunempfindlichkeit
dieser Zusammensetzungen, beruhend auf den Eigenschaften der verwendeten Vorpolymere,
ist die Tendenz zur Gastaschenbildung beim Aushärten der Treibstoffladung wesentlich
geringer. Eine Röntgenstrahlenprüfung der Treibstoffladungen einiger der größeren
Versuchsmotoren hat gezeigt, daß der Treibstoff in bemerkenswertem Maße von Fehlern
frei war, wobei die vorhandenen Fehler auf mechanisch erzeugte Taschen von vielleicht
0,6 cm (1/4 in) Durchmesser beschränkt waren, die gewöhnlich keine Schwierigkeiten
beim Brennvorgang bedingen. Wie bereits erwähnt, wird durch die Verwendung der erfindungsgemäßen
Vorpolymere bei der Herstellung der Treibstoffe eine ganze Reihe von Verfahrensschwierigkeiten
ausgeschaltet und die gesamte Herstellung sowie das Eingießen der Treibstoffzusammensetzung
erleichtert. Mit diesen Vorpolymeren können höhere Ladungen des anorganischen Oxydationsmittels
und des Metallpuders verwendet werden, was zur Herstellung von Treibstoffen mit
außerordentlich hohem spezifischen Impuls führt. Auch kann eine ganze Anzahl von
Treibstoffen mit niedriger Brenngeschwindigkeit erzeugt werden.