JP2002515399A - ヒドラジニウムニトロホルメートを主成分とする高性能固体推進剤 - Google Patents
ヒドラジニウムニトロホルメートを主成分とする高性能固体推進剤Info
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Abstract
Description
トエンジン、ガスジェネレータおよび同様な装置のための固体推進剤に関する。
ト(hydrazinium nitroformate)などの固体酸化剤をマトリックス材料の液体前
駆体と混合することによって製造される。結合剤の硬化により、ポリマーマトリ
ックスと固体介在物の形態の酸化剤とからなる固体推進剤が得られる。
ポリブタジエンがマトリックス材料の前駆体として使用される。しかしながら、
ヒドラジニウムニトロホルメートについては、これらの前駆体は使用されておら
ず、それらはヒドラジニウムニトロホルメートと組み合わせるには不適当である
と考えられていた(米国特許第3658608号明細書および米国特許第370
8359号明細書)。当該ポリブタジエンとヒドラジニウムニトロホルメートの
混合物は、ヒドラジニウムニトロホルメートがC=C二重結合と反応するため、
不安定であると推測されていた。
飽和炭化水素化合物と組み合わせることが可能であるという驚くべき発見に基づ
き、したがって、本発明は、ヒドラジニウムニトロホルメートと不飽和のヒドロ
キシル末端処理された炭化水素化合物(hydroxy terminated unsaturated hydro
carbon compound)との硬化組成物からなるロケットエンジン用の安定な固体推
進剤に関する。
ラジニウムニトロホルメートを使用することが要求され、それは、とりわけ、実
質的に不純物(たとえば、クロム、鉄、ニッケル、銅およびその金属酸化物、ア
ンモニア、アニリン、溶剤など)を含まない純粋な出発物質を使用するなどの製
造工程の改良によって実現できる。
ことがより好ましいが、室温(20℃)で3月以上の貯蔵の間、自然発火しない
。
ニトロホルムを実質的に含まないヒロラジニウムニトロホルメートを使用するこ
とによって得ることができる。これは、たとえば、国際公開公報9410104
号パンフレットで議論されているように製造工程を変えること、すなわちヒロラ
ジニウムニトロホルメートの製造においてヒドラジンとニトロホルムの添加速度
を厳密に制御することによって得ることができる。その結果、再結晶されたヒロ
ラジニウムニトロホルメートの純度はH3O+基準で98.8〜100.3となり
、10重量%のヒドラジニウムニトロホルメート水溶液のpH値が4以上となる
。さらに、別の推進剤成分である水の含有量、とくに結合剤成分の水含有量は、
安定性に影響し、したがって、結合剤中に0.01重量%以下の水含有量が好ま
しい。前述の点に加えて、さらに貯蔵安定性を改良するために、安定剤を加えて
もよい。
化温度の選択、硬化剤および硬化触媒の選択および阻害剤である。
し、それはロケットへ用途では高い比推進力、ガスジェネレータ用途では高いラ
ムジェット比推進力として表れる。ラムジェット比推進力は、Lsp,r=(I+ψ
)Isp−ψUO/gとして定義される。
の1つとしての大気下での比推進力、およびUOは導入される空気の速度である
。
り、それにより全般的な性能が高まる。
ある。
第1の実施の形態によれば、固体推進剤は80〜90重量%のヒドラジニウムニ
トロホルメートを、10〜20重量%の結合剤(ヒドロキシル末端処理された不
飽和炭化水素および、硬化剤、軟化剤、架橋剤、連鎖増量剤(chain extenders
)、酸化防止剤などのその他の標準的な結合剤成分)と組み合わせることができ
る。アルミニウムなどの燃料添加物を添加する場合は、前記組成物中、10〜2
0%のヒドラジニウムニトロホルメートを添加剤で置換することができる。これ
らの製剤はとくにロケット推進剤に適し、優れた性能を有する。
の目的のめに、以下の混合物、50〜80重量%のヒドロキシル末端処理された
炭化水素と組み合わせた20〜50重量%のヒドラジニウムニトロホルメートが
好ましい。前記組成物と同様に、一定量のAl、B、C、B4Cなどの燃料添加
剤の性能を高めるために使用することができ、それによって、この燃料添加剤は
、10〜70重量%の炭化水素と組み合わせて、ヒドラジニウムニトロホルメー
トの量を同一に保ちながら、10〜70重量%存在することができる。
ル末端処理された不飽和炭化水素の硬化組成物から製造される。ヒドラジニウム
ニトロホルメートは前述した組成をもつことが好ましく、それによって、不純物
の量は最小限に保たれる。
素から製造される。固体推進剤の製造工程の観点から、この炭化水素は、相当な
量の固体を含むときでさえ、それをキャストすることを可能にする低分子量であ
ることが好ましい。炭化水素の適切な分子量の範囲は2000〜3500g/モ
ルである。固体のヒドラジニウムニトロホルメートを液体の炭化水素と混合した
のち、容器に注ぎ、硬化させることができる。
処理されたポリブタジエンをポリイソシアネートと架橋することによって行なわ
れることが好ましい。適切なポリイソシアネートはイソホロンジイソシアネート
(isophorone-di-isocyanate)、ヘキサメチレンジイソシアネート、MDI、T
DIおよび固体推進製剤への使用で知られる他のポリイソシアネートと、それら
の混合物およびオリゴマ−である。安定性要求の観点から、最も高い安定性(最
も長い貯蔵安定性)を与えるので、MDIを使用することが好ましい。炭化水素
とポリイソシアネートの量は、構造の要求に応じて選択され、炭化水素のヒドロ
キシル基とイソシアネート基の比は、0.7〜1.2である。硬化条件は、温度
、硬化時間、触媒の種類および触媒の含有量を変化させて最適の製品が得られる
ように選択される。適切な条件の例は、3〜14日の硬化時間、30〜70℃の
温度およびDBTDなどの少量の硬化触媒(<0.05重量%)の使用である。
。
酸塩、銅、鉛、アルミニウム、マグネシウムなどの金属塩(前記塩は、好ましく
は塩素を含まず、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩などである)、カーボンブラック、
鉄含有種、ガン推進剤に適用されて通常使用される安定化剤化合物(たとえば、
ジフェニルアミン、2−ニトロジフェニルアミン、p−ニトロメチルアニリン、
p−ニトロエチルアニリン、求核剤(centralities))などの物質が、本発明に
よる推進剤混合物に添加される。これらの添加剤は、当業者に知られており、安
定性、貯蔵特性および燃焼特性を高めるために役立つ。
を製造した。代表的な例を、時間および温度を関数とする組成物の安定性を表す
表1に示す。
00、硬化時間は40℃で5〜7日であり、そののち試料は、さらに40℃で1
週間、または60℃で1〜2日間貯蔵し、とくに断りのない限り固体充填量は5
0重量%、添加剤は2重量%(および48重量%のHNF)である。
示す。同様のAPを主成分とする組成物が比較のために挙げられている。表2か
ら、HNF/AL/HTPB組成物が、同様の固体充填量を有するAP/AL/
HTPBと比較して高い比推進力を保有し、HNF/HTPBは(いくつかの性
能の低下を犠牲にして)組成物中にAlを豊富にすることにより、低発煙性のさ
らなる利点を有することが明らかとなる。
としてのHNF/HTPB。表3に、30%および40%固体HNF/HTPB
のラムジェット比推進力が、40%固体AP/HTPB燃料およびGAP燃料と
比較して挙げられている。後者の2つは典型的なダクテッドロケットガスジェネ
レータ推進剤用の技術的現状の燃料を表す。ダクテッドロケットにおいては、燃
料の豊富な固体推進剤の反応生成物は、燃焼チャンバに投入され、そこで導入さ
れる空気からの酸素と反応する。
命の短い他の組成物と比較して、高いラムジェット比推進力を保有することが明
らかとなる。高い性能に加えて、HNF/HTPBは、APを主成分とするガス
ジェネレータと比較して、低い信号(HClを含まない排気ガス)、潜在的にガ
スジェネレーターの推進力を変える能力(throttelability)を増大する高圧成
分、および、おそらく低い酸化剤充填量を有するというさらなる利点を有し、そ
の結果、全体的な性能が増大する。
固体推進薬としてのヒドラジニウムニトロホルメートおよび不飽和のヒドロキシ
ル末端処理された炭化水素化の硬化させた組成物の使用。
Claims (11)
- 【請求項1】 ヒドラジニウムニトロホルメート、および不飽和のヒドロキ
シル末端処理された炭化水素化合物の硬化組成物からなるロケットエンジン、ガ
スジェネレータおよび同様の装置用の固体推進剤。 - 【請求項2】 不飽和のヒドロキシル末端処理された炭化水素化合物として
、ヒドロキシル末端処理されたポリブタジエンが用いられる請求項1記載の推進
剤。 - 【請求項3】 未硬化のヒドロキシル末端処理されたポリブタジエンの分子
量が2000〜3500g/モルである請求項2記載の推進剤。 - 【請求項4】 10重量%水溶液で4以上のpH値を有するヒドラジニウム
ニトロホルメートが用いられる請求項1、2または3記載の推進剤。 - 【請求項5】 ヒドラジニウムニトロホルメートが実質的に等モル比のヒド
ラジンおよびニトロホルムから製造される請求項1、2、3または4記載の推進
剤。 - 【請求項6】 ヒドラジンとニトロホルムのモル比が0.99:1〜1:0
.99の範囲である請求項5記載の推進剤。 - 【請求項7】 硬化剤が多官能イソシアネートからなる請求項1、2、3、
、4、5または6記載の推進剤。 - 【請求項8】 ポリイソシアネートが、イソホロンジイソシアネート、ヘキ
サメチレンジイソシアネート、MDI、TDI、それらのオリゴマ−およびそれ
らの混合物からなる群より選ばれ、好ましくはMDIである請求項7記載の推進
剤。 - 【請求項9】 マグネシウム塩、アルミニウム塩、ジフェニルアミン、2−
ニトロジフェニルアミン、p−ニトロメチルアニリン、p−ニトロエチルアニリ
ン、求核剤およびこれらの混合物からなる群より選ばれた安定化剤が、組成物中
に存在する請求項1、2、3、4、5、6、7または8記載の推進剤。 - 【請求項10】 組成物が、硬化剤の促進剤を任意に存在させて、ヒドラジ
ニウムニトロホルメート、不飽和のヒドロキシル末端処理された炭化水素化合物
および硬化剤からなる組成物を硬化することによって得られる請求項1、2、3
、4、5、6、7、8または9記載の推進剤。 - 【請求項11】 ロケットエンジン用のまたはガスジェネレータにおける固
体推進剤として、ヒドラジニウムニトロホルメートおよび不飽和のヒドロキシル
末端処理された炭化水素化の硬化組成物の使用。
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