JP2016060645A

JP2016060645A - コンポジット推進薬

Info

Publication number: JP2016060645A
Application number: JP2014186732A
Authority: JP
Inventors: 直人笠原; Naoto Kasahara
Original assignee: Carlit Holdings Co Ltd
Current assignee: Carlit Holdings Co Ltd
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2016-04-25

Abstract

【課題】安価で良好な伸び特性を有するコンポジット推進薬を提供する。【解決手段】過塩素酸アンモニウム５０〜８８重量部と、金属粉末２〜２５重量部と、数平均分子量が２０００〜４０００であり、１分子中の平均水酸基数が２．２〜２．６である水酸基末端液状ポリブタジエンと、ジオールからなるポリマー鎖延長剤とを主成分とするバインダー１０〜３５重量部とを含有する混合物を硬化させて得られ、２０℃における架橋点間平均分子量が８００〜２３００であるコンポジット推進薬。前記ポリマー鎖延長剤は数平均分子量が５００〜４０００であるジオールポリマーが好ましく、前記金属粉末はマグナリウムとアルミニウムとのうちの少なくとも一方を含み、１〜５０μｍの平均粒子径を有するコンポジット推進薬。【選択図】なし

Description

本発明は、安価で良好な伸び特性を有するコンポジット推進薬に関する。

固体推進薬は、液体推進薬に比べ、長期保存が可能であり、取り扱いが容易であり、初期より大きな推力が得られるという特長を有する。そのため、固体推進薬は、人工衛星打ち上げ用ロケットや軍事用ロケットなどに広く利用されている。

固体推進薬は、ダブルベース系固体推進薬と、コンポジット推進薬とに大別される。ダブルベース系固体推進薬は、ニトログリセリンと、ニトロセルロースとを主成分とする。コンポジット推進薬は、酸化剤と、燃料成分であるバインダーとを主成分とする。

特許文献１〜４にはコンポジット推進薬に関する技術が開示されている。良好な伸び特性を有するコンポジット推進薬として、例えば、過塩素酸アンモニウムを酸化剤とし、アルミニウム粉末を助燃剤とし、水酸基末端液状ポリブタジエンをバインダーとするものが知られている。

特開２００７−９９５６５号公報特開２００８−１６９０７３号公報特開２００４−２５０２４４号公報特開２０１１−２０８８０号公報

一般的なコンポジット推進薬に用いられる水酸基末端液状ポリブタジエンは、入手困難な特殊品であるため高価である。これに対し、特許文献４では、高価な水酸基末端液状ポリブタジエンの使用量を低減させる技術が検討されている。しかしながら、高価な水酸基末端液状ポリブタジエンが用いられる以上、その使用量を低減させたとしても、安価なコンポジット推進薬が得られない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、安価で良好な伸び特性を有するコンポジット推進薬を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るコンポジット推進薬は、過塩素酸アンモニウムと、金属粉末と、バインダーとを含有する混合物を硬化させて得られる。
上記バインダーは、数平均分子量が２０００〜４０００であり、１分子中の平均水酸基数が２．２〜２．６である水酸基末端液状ポリブタジエンと、ジオールからなるポリマー鎖延長剤とを主成分とする。
上記コンポジット推進薬は、２０℃における架橋点間平均分子量が８００〜２３００である。
この構成では、ジオールからなるポリマー鎖延長剤が汎用品である水酸基末端液状ポリブタジエンとポリマー鎖を形成し、架橋点間平均分子量を制御することができる。これにより、良好な伸び特性を有するコンポジット推進薬を安価で製造可能となる。

上記ポリマー鎖延長剤は、数平均分子量が５００〜４０００のジオールポリマーとすることができる。
この構成では、特に良好な伸び特性を有するコンポジット推進薬が得られる。

上記過塩素酸アンモニウムと上記金属粉末と上記バインダーとの含有量の合計を１００重量部とすると、
上記過塩素酸アンモニウムの含有量が５０〜８８重量部であり、
上記金属粉末の含有量が２〜２５重量部であり、
上記バインダーの含有量が１０〜３５重量部であってもよい。
この構成では、特に良好な物理特性を有するコンポジット推進薬が得られる。

上記過塩素酸アンモニウムと上記金属粉末と上記バインダーとの含有量の合計を１００重量部とすると、
上記コンポジット推進薬は、上記ポリマー鎖延長剤を０．１〜１４重量部含有していてもよい。
この構成では、コンポジット推進薬の架橋点間平均分子量を特に良好な範囲に制御することができるようになる。

上記金属粉末が、マグナリウムとアルミニウムとのうちの少なくとも一方を含み、１〜５０μｍの平均粒子径を有していてもよい。
この構成では、燃焼時のエネルギー効率の良好なコンポジット推進薬が得られる。

安価で良好な伸び特性を有するコンポジット推進薬を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るコンポジット推進薬は、主として、酸化剤である過塩素酸アンモニウムと、助燃剤である金属粉末と、燃料成分であるバインダーとを含有する。
以下、本実施形態に係るコンポジット推進薬の各構成について詳細に説明する。

［過塩素酸アンモニウム］
本実施形態に係るコンポジット推進薬では、酸化剤として、酸素の供給性能に優れる過塩素酸アンモニウムが用いられる。

過塩素酸アンモニウムの含有量は、過塩素酸アンモニウムと金属粉末とバインダーとの含有量の合計を１００重量部とすると、５０〜８８重量部であることが好ましく、６０〜８７重量部であることが更に好ましい。

過塩素酸アンモニウムの含有量を５０重量部以上とすることにより、コンポジット推進薬の燃焼時に酸素の供給が良好に行われるようになる。また、過塩素酸アンモニウムの含有量を６０重量部以上とすることにより、コンポジット推進薬の燃焼時に酸素の供給が更に良好に行われるようになる。

コンポジット推進薬では、燃焼剤であるバインダーが不足すると、良好な燃焼が得られなくなる。その点、過塩素酸アンモニウムの含有量を、８８重量部以下、更には８７重量部以下に留めることにより、コンポジット推進薬におけるバインダーの不足を防止することができる。

一般に、固体推進薬を成型する方法として、推進薬の原材料を混合してなる未硬化スラリーをモータケースに直接注型する「直てん式」という手法が用いられる。この際、固体推進薬内部の空隙量を低減させる必要がある。固体推進薬内部の空隙量の低減には、酸化剤中の水分を低減することや、注型容易なスラリーを生成することが有効である。

上記注型容易なスラリーを生成する方法としては、メディアン径の異なる過塩素酸アンモニウムを数種混合することにより、過塩素酸アンモニウムの充填密度を大きくする方法を用いることができる。

過塩素酸アンモニウムは、未硬化スラリーを注型しやすい粘度に保持できれば、粒子径は特に限定されないが、良好な燃焼速度得るためには、メディアン径を４００μｍ以下とすることが好ましい。

一例として、過塩素酸アンモニウムは、メディアン径１０〜５０μｍの小粒子（第１の粒子）と、メディアン径１５０〜２５０μｍの中粒子（第２の粒子）と、メディアン径３５０〜４００μｍの大粒子（第３の粒子）との３種類の粒子により構成されていてもよい。

これにより、注型が容易で良好な燃焼特性を有するコンポジット推進薬を得ることができる。

［金属粉末］
本実施形態に係るコンポジット推進薬では、助燃剤として、燃焼時のエネルギー効率が良好な金属粉末が用いられる。金属粉末は、特定の種類に限定されない。しかし、金属粉末は、取り扱いの容易さの観点から、マグナリウムとアルミニウムとのうちの少なくとも一方を含むことが好ましい。

マグナリウムは、マグネシウムとアルミニウムとの合金であるが、マグネシウムとアルミニウムとの組成割合は任意である。しかし、マグナリウムは、マグネシウム成分による着火性と、アルミニウム成分による燃焼性とが良好に発現されるような組成割合のマグネシウム及びアルミニウムを含むことが好ましい。

また、マグナリウムとアルミニウムとの混合物を用いる場合にも、この混合物が、マグネシウム成分による着火性と、アルミニウム成分による燃焼性とが良好に発現されるような組成割合のマグナリウム及びアルミニウムを含むことが好ましい。

更に、マグナリウムは、過塩素酸アンモニウムの燃焼によって発生する塩化水素の量を低減させる機能を有する。そのため、低公害化の観点から、コンポジット推進薬の金属粉末にはマグナリウムが含まれることが好ましい。

金属粉末の含有量は、過塩素酸アンモニウムと金属粉末とバインダーとの含有量の合計を１００重量部とすると、２〜３０重量部であることが好ましく、２〜２５重量部であることが更に好ましい。

金属粉末の含有量を２重量部以上とすることにより、コンポジット推進薬の燃焼速度の温度依存性を低減させることができる。また、金属粉末の含有量を３０重量部以下とすることにより、金属粉末とバインダーとの混合性が良好になる。更に、金属粉末の含有量を２５重量部以下とすることにより、金属粉末とバインダーとの混合性が更に良好になる。

金属粉末の平均粒子径は、１００μｍ以下であることが好ましく、１〜５０μｍであることが更に好ましい。

金属粉末の平均粒子径を１００μｍ以下とすることにより、金属粉末の燃焼効率が良好になる。また、金属粉末の平均粒子径を５０μｍ以下とすることにより、金属粉末の燃焼効率が更に良好になる。更に、金属粉末の平均粒子径を１μｍ以上とすることにより、コンポジット推進薬の製造時のハンドリング性が向上する。

［バインダー］
本実施形態に係るコンポジット推進薬では、燃料成分として、バインダーが用いられる。コンポジット推進薬の製造に用いられる硬化前のバインダーには、樹脂成分と、硬化剤とが含まれる。樹脂成分は、主として、汎用品である水酸基末端液状ポリブタジエンにより構成される。また、硬化前のバインダーには、各種添加剤が含まれていてもよい。

バインダーの含有量は、過塩素酸アンモニウムと金属粉末とバインダーとの含有量の合計を１００重量部とすると、１０〜３５重量部であることが好ましい。これにより、コンポジット推進薬において良好な燃焼が得られるようになる。

以下、バインダーの各成分の詳細について説明する。

（１）一般的なコンポジット推進薬に用いられる水酸基末端液状ポリブタジエン
まず、一般的なコンポジット推進薬に用いられる、数平均分子量が２６００〜３０００であり、１分子中の平均水酸基数が２．０〜２．２個である水酸基末端液状ポリブタジエンについて説明する。

水酸基末端液状ポリブタジエンは、一般的に、ブタジエンを原材料とし、イソプロパノール中で過酸化水素を触媒としてラジカル重合により製造される。この方法で製造される水酸基末端液状ポリブタジエンでは、１分子中の平均水酸基数が２．２〜２．６個となり、ヒドロキシル基が付加された３官能以上の多官能成分が多く含まれる。この水酸基末端液状ポリブタジエンは、汎用品であり、安価で入手可能である。

一般的なコンポジット推進薬の製造方法では、水酸基末端液状ポリブタジエンをイソシアネート系硬化剤によって硬化させる。しかし、多官能成分が多く含まれる水酸基末端液状ポリブタジエンは、イソシアネート系硬化剤によって硬化させられると、硬く伸びの小さい樹脂となってしまう。

このような伸び特性の不足するコンポジット推進薬では、クラックが発生することにより異常燃焼を起こしやすくなる。

したがって、一般的なコンポジット推進薬の製造方法では、多官能成分が少なくなるように調整された特殊品の水酸基末端液状ポリブタジエンが用いられる。このような特殊品の水酸基末端液状ポリブタジエンは、汎用品の水酸基末端液状ポリブタジエンを繰り返し精製する手法や、アニオン重合などの特殊な重合方法を用いる手法を用いて製造される。特殊品である水酸基末端液状ポリブタジエンの１分子中の平均水酸基数は２．０〜２．２個である。

このように特殊品である水酸基末端液状ポリブタジエンを用いて製造される一般的なコンポジット推進薬は非常に高価になる。

（２）本実施形態に係る水酸基末端液状ポリブタジエン
本実施形態に係るコンポジット推進薬では、一般的なコンポジット推進薬とは異なり、多官能成分が多く含まれる汎用品である水酸基末端液状ポリブタジエンを精製することなく用いる。これにより、本実施形態に係るコンポジット推進薬は、一般的なコンポジット推進薬とは異なり、安価で製造可能となる。

本実施形態に係る汎用品である水酸基末端液状ポリブタジエンの数平均分子量は２０００〜４０００である。数平均分子量が２０００未満の水酸基末端液状ポリブタジエンでは、混和した酸化剤や金属粉末が分散した後に再凝集しやすくなる。また、数平均分子量が４０００を超える水酸基末端液状ポリブタジエンでは、注型が困難なほどに未硬化スラリーの粘度が高くなり、また気泡の混入が発生しやすくなる。

（３）硬化剤
本実施形態では、硬化剤として、水酸基末端液状ポリブタジエンとの反応性に優れたイソシアネート系硬化剤を用いる。

イソシアネート系硬化剤としては、ヘキサメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、プロピレンジイソシアネート、ブチレンジイソシアネート等の脂肪族イソシアネート、シクロヘキサンジイソシアネート、メチレン（ビスシクロヘキシルイソシアネート）、イソホロンジイソシアネート等の脂環式イソシアネート、トリレンジイソシアネート等の芳香族イソシアネートなどが挙げられる。また、これらのモノマー、アダクト体、ビウレット体、イソシアヌレート体などを用いることができる。

硬化剤は、水酸基末端液状ポリブタジエンの活性部位と熱処理において化学反応する硬化剤であれば特に限定されない。一分子中に二個以上の活性部位を有し、硬化により分子量の増大が可能である硬化剤が好ましい。

硬化剤は、複数種類のイソシアネート系硬化剤を含んでいてもよく、イソシアネート系硬化剤以外の硬化剤を含んでいてもよい。

硬化剤の含有量は、水酸基末端液状ポリブタジエンの活性部位１分子に対して、硬化剤の活性部位が０．５分子以上となるように調整されていることが好ましく、硬化剤の活性部位が０．７分子以上となるように調整されていることが更に好ましい。硬化剤の活性部位を０．５分子以上、更には０．７分子以上とすることにより、水酸基末端液状ポリブタジエンの硬化性が向上する。

なお、水酸基末端液状ポリブタジエンの硬化性は、硬化剤の活性部位が１．０分子を超えるとあまり向上しなくなり、硬化剤の活性部位が１．５分子を超えるとほとんど向上しなくなる。

そのため、硬化剤の含有量は、コストの観点から、水酸基末端液状ポリブタジエンの活性部位１分子に対して、硬化剤の活性部位が１．５分子以下となるように調整されていることが好ましく、硬化剤の活性部位が１．０分子以下となるように調整されていることが更に好ましい。

（４）ポリマー鎖延長剤
ポリマー鎖延長剤は、水酸基末端液状ポリブタジエンの架橋点間の平均分子量を制御する目的で添加される。ポリマー鎖延長剤は、硬化剤と化学反応し、水酸基末端液状ポリブタジエンとの間にポリマー鎖を形成する。ポリマー鎖延長剤は、水酸基末端液状ポリブタジエンの末端に、水酸基を有するポリマーを重合することができる。

ポリマー鎖延長剤は、末端に水酸基を有するジオールからなる。ジオールの末端水酸基により、バインダー中における３次元結合を低減することができ、良好な伸び特性を有するコンポジット推進薬を得ることができる。ジオールは、数平均分子量が５００〜４０００のジオールポリマーであることが好ましく、数平均分子量が６００〜３５００であることが更に好ましい。ジオールポリマーの数平均分子量が５００以上であることにより、伸び特性の向上が大きくなる。また、ジオールポリマーの数平均分子量が４０００以下であることにより、バインダーの脆化を防ぐことができる。

ジオールは、その種類や製法により1分子中の水酸基数が２個より多いもの又は少ないものが含まれる場合がある。ポリマー鎖延長剤としては、１分子中の平均水酸基数が１．８〜２．３個であるジオールが好ましい。

ポリマー鎖延長剤としては、例えば、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコールのブロックコポリマー、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）、両末端水酸基水素化ポリブタジエン、アジピン酸系ポリエステル樹脂などが挙げられる。なお、上記（１）あるいは上記（２）で説明した水酸基末端液状ポリブタジエン自体は本実施形態に係るポリマー鎖延長剤には含まれない。

ポリマー鎖延長剤は特定の種類に限定されず、複数種類のポリマー鎖延長剤が併用されてもよい。ポリマー鎖延長剤の添加量は、過塩素酸アンモニウムと金属粉末とバインダーとの含有量との合計を１００重量部とすると、０．１〜１４重量部であることが好ましく、０．５〜１０．５重量部であることが更に好ましい。

（５）添加剤
バインダー成分としての添加剤は、バインダーを所望の物性とするために添加される。添加剤としては、例えば、可塑剤、結合剤、架橋剤などが挙げられる。

可塑剤は、バインダーの低温での伸び特性を向上させ、未硬化スラリーの粘度を低下させる目的で添加される。

本実施形態で利用可能な可塑剤としては、例えば、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）、ジイソデシルアジペート（ＤＩＤＡ）、イソデシルペラルゴネート（ＩＤＰ）、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）、ジオクチルセパケート（ＤＯＳ）等のエステル類や１，２，４−ブタントリオールトリナイトレート（ＢＴＴＮ）、トリメチロールエタントリナイトレート（ＴＭＥＴＮ）などが挙げられる。

可塑剤は特定の種類に限定されず、複数種類の可塑剤が併用されてもよい。可塑剤の添加量は、バインダー１００重量部に対して、１０重量部以下であることが好ましく、５重量部以下であることが更に好ましい。

結合剤は、他の粉末成分に対するバインダー成分の密着性を付与する目的で添加される。

結合剤としては、例えば、トリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド（ＭＡＰＯ）、ビスイソフタル−１−（２メチル）アジリジン、トリス〔１−（２エチル）アジリジニル〕ベンゼン、２モルのＭＡＰＯ、０．７モルのアジピン酸、０．３モルの酒石酸の付加体等であるＭＴ−４等のアジリジン系、トリエタノールアミン、テトラエチレンペンタミンとアクリロニトリルの反応物（ＴＥＰＡＮまたはＨＸ−８７９、３Ｍ社）、テトラエチレンペンタミンとアクリロニトリルとグリシドールとの反応物（ＴＥＰＡＮＯＬまたはＨＸ−８７８、３Ｍ社）等のアミン系、ジヒドロキシエチル−５，５−ジメチルヒダントイン（ＤＨＥ）などが挙げられる。

結合剤は特定の種類に限定されず、複数種類の結合剤が併用されてもよい。可塑剤の添加量は、バインダー１００重量部に対して、０．０１〜１０重量部であることが好ましく、０．１〜５重量部であることが更に好ましい。

架橋剤は、硬化剤と化学反応し、３次元的にバインダー成分を架橋する分岐点となるポリオールであり、バインダーの物性を変化させるために添加される。

架橋剤としては、例えば、トリメチロールプロパン（ＴＭＰ）、ポリエーテルトリオール、ポリエステルトリオール等の三官能以上のポリオール類などが挙げられる。架橋剤は特定の種類に限定されず、複数種類の架橋剤が併用されてもよい。

［その他添加剤］
その他、コンポジット推進薬に求められる伸び特性に応じ、添加剤が添加されてもよい。添加剤としては、例えば、燃焼速度調整剤、老化防止剤、硬化触媒、振動燃焼抑制剤が挙げられる。

燃焼速度調整剤としては、例えば、酸化第二鉄、フェロセン、ビスエチルフェロセニルプロパン、フッ化リチウムなどを採用可能である。
老化防止剤としては、例えば、２，２'−メチレン−ビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、フェニル−β−ナフチルアミン、ジフェニルアミンとアセトンの反応生成物（ノンフレックスＢＡ、精工化学社製）などが採用可能である。
硬化触媒としては、例えば、スズ化合物、ビスマス化合物、チタン化合物、ジルコニウム化合物等の金属化合物などが採用可能である。
振動燃焼抑制剤としては、例えば、炭化ジルコニウム、酸化ジルコニウムなどが採用可能である。

本実施形態に係るコンポジット推進薬は、以上の各成分を含有し、２０℃において架橋点間平均分子量が８００〜２３００となる。架橋点間平均分子量が８００以上となることで、架橋密度は低下し、伸び特性が向上する。また、架橋点間平均分子量が２３００以下となることで、脆化を防ぐことができる。すなわち、上記の架橋点間平均分子量の範囲となることで、良好な物理特性を得ることが可能となる。なお、架橋点間平均分子量は、コンポジット推進薬の嵩密度及び貯蔵弾性率から算出される。貯蔵弾性率は、例えば動的粘弾性測定装置（ＤＭＡ）を用いて測定することができる。

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の範囲に限定されるものではない。

［コンポジット推進薬の製造］
以下のコンポジット推進薬の製造例では、いずれの実施例及び比較例でも全原料の量を５００重量部とした。

まず、水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）と、ポリマー鎖延長剤と、可塑剤であるジオクチルアジペート（ＤＯＡ）とを真空下６０℃で３０分間混合した。水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）の種類及び量は各実施例及び比較例ごとに異なる。ポリマー鎖延長剤の種類は各実施例ごとに異なる。ポリマー鎖延長剤は、比較例では添加しない。ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）の量はいずれの実施例及び比較例でも５．００重量部とした。

上記により得られた混合物に、常圧にて、メッシュを用いて篩分けした３２〜４５μｍのマグナリウム（アルミニウムとマグネシウムの重量混合比５０：５０）を添加し、真空下にて６０℃で１０分間混合した。マグナリウムの量はいずれの実施例及び比較例でも９０．００重量部とした。

上記により得られた混合物に、常圧にてメディアン径４００μｍの過塩素酸アンモニウム（ＡＰ４００）を添加し、真空下にて６０℃で１０分間混合した。また、これにより得られた混合物に、常圧にてメディアン径２００μｍの過塩素酸アンモニウム（ＡＰ２００）を添加し、真空下にて６０℃で１０分間混合した。更に、これにより得られた混合物に、常圧にてメディアン径５０μｍの過塩素酸アンモニウム（ＡＰ５０）を添加し、真空下にて６０℃で１０分間混合した。

各過塩素酸アンモニウム粉末ＡＰ４００、ＡＰ２００、ＡＰ５０の量は、いずれの実施例及び比較例でも、それぞれ２１６．５０重量部、９２．５０重量部、３１重量部とした。

上記により得られた混合物に、常圧にてトリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド（ＭＡＰＯ）１．００重量部、硬化剤であるイソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）を添加し、真空下にて６０℃で１０分間混合してコンポジット推進薬の前駆体である未硬化スラリーを得た。ＩＰＤＩの量は、いずれの実施例及び比較例でも、ＮＣＯ／ＯＨ＝０．９となるように調整した。これにより、全原料におけるバインダー成分の含有量が１４．００重量％となるようにした。

上記により得られた未硬化スラリーを、テフロン（登録商標）製の中子（上部直径３２．６ｍｍ、下部直径２８．５ｍｍ、高さ１１９ｍｍ）を中心部に設置したベークライト筒（内径５７．５ｍｍ、高さ１００ｍｍ）に真空注型装置を用いて充填し、脱泡後、６０℃で７日間保持することにより硬化させた。

上記により得られた硬化物を、ベークライト筒高に合わせ、直径５７．５ｍｍ、高さ１００ｍｍに切削し、各実施例及び比較例に係るコンポジット推進薬が得られた。

［充填率］
各実施例及び比較例に係るコンポジット推進薬の重量［ｇ］を測定し、理論体積［ｃｍ^３］と、１００％充填時重量［ｇ］とを算出し、これらより充填率［％］を算出した。

［貯蔵弾性率］
各実施例及び比較例に係るコンポジット推進薬を長さ５ｃｍ、幅１ｃｍ、厚さ５ｍｍに切削した試料を作製し、各試料について昇温速度１℃、１０Ｈｚで２９３Ｋにおける貯蔵弾性率［ＭＰａ］を測定した。

［架橋点間平均分子量］
各実施例及び比較例に係るコンポジット推進薬の嵩密度、重量及び体積分率からバインダー成分の嵩密度［ｇ／ｃｍ^３］を算出し、算出したバインダー成分の嵩密度及び貯蔵弾性率から式（１）を用いて架橋点間平均分子量［ｇ／ｍｏｌ］を算出した。
Ｍｃ＝３ρＲＴ／Ｅ …（１）
Ｍｃ：架橋点間平均分子量（ｇ／ｍｏｌ）
ρ：バインダー成分の嵩密度（ｇ／ｍ^３）
Ｒ：気体定数（８．３１４Ｊ／Ｋ／ｍｏｌ）
Ｔ：絶対温度（Ｋ）
Ｅ：貯蔵弾性率（Ｐａ）

［実施例１］
水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）は、数平均分子量２８００、１分子中の水酸基数２．３２の汎用品である。水酸基末端液状ポリブタジエンの量は５１．５０重量部である。ポリマー鎖延長剤は、数平均分子量６００のポリエチレングリコールである。ポリマー鎖延長剤の量は、６．５０重量部である。硬化剤は、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）である。硬化剤の量は６．００重量部である。

［実施例２］
水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）は、数平均分子量２８００、１分子中の水酸基数２．３２の汎用品である。水酸基末端液状ポリブタジエンの量は４５．８５重量部である。ポリマー鎖延長剤は、数平均分子量１５００のポリプロピレングリコールである。ポリマー鎖延長剤の量は、１１．９５重量部である。硬化剤は、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）である。硬化剤の量は６．２０重量部である。

［実施例３］
水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）は、数平均分子量２８００、１分子中の水酸基数２．３２の汎用品である。水酸基末端液状ポリブタジエンの量は４６．５５重量部である。ポリマー鎖延長剤は、数平均分子量１５００の両末端水酸基付加水素化ポリブタジエンである。ポリマー鎖延長剤の量は、１２．１５重量部である。硬化剤は、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）である。硬化剤の量は５．３０重量部である。

［実施例４］
水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）は、数平均分子量２８００、１分子中の水酸基数２．３２の汎用品である。水酸基末端液状ポリブタジエンの量は４６．８５重量部である。ポリマー鎖延長剤は、数平均分子量２１００の両末端水酸基付加水素化ポリブタジエンである。ポリマー鎖延長剤の量は、１２．２５重量部である。硬化剤は、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）である。硬化剤の量は４．９０重量部である。

［実施例５］
水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）は、数平均分子量２８００、１分子中の水酸基数２．３２の汎用品である。水酸基末端液状ポリブタジエンの量は４６．４０重量部である。ポリマー鎖延長剤は、数平均分子量１５００のポリテトラメチレンエーテルグリコールである。ポリマー鎖延長剤の量は、１２．１５重量部である。硬化剤は、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）である。硬化剤の量は５．４５重量部である。

［実施例６］
水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）は、数平均分子量２８００、１分子中の水酸基数２．３２の汎用品である。水酸基末端液状ポリブタジエンの量は４７．００重量部である。ポリマー鎖延長剤は、数平均分子量３０００のポリテトラメチレンエーテルグリコールである。ポリマー鎖延長剤の量は、１２．３０重量部である。硬化剤は、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）である。硬化剤の量は４．７０重量部である。

［比較例１］
水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）は、数平均分子量２８００、１分子中の水酸基数２．３２の汎用品である。水酸基末端液状ポリブタジエンの量は５９．１０重量部である。硬化剤は、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）である。硬化剤の量は４．９０重量部である。

比較例１に係るコンポジット推進薬は、実施例１〜６に係るコンポジット推進薬と比較すると、ポリマー鎖延長剤を含有しない点が異なる。

［比較例２］
水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）は、数平均分子量２７３０、１分子中の水酸基数２．１０の特殊品である。水酸基末端液状ポリブタジエンの量は５９．４５重量部である。硬化剤は、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）である。硬化剤の量は４．５５重量部である。

比較例２に係るコンポジット推進薬は、実施例１〜６に係るコンポジット推進薬と比較すると、水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）の種類、及びポリマー鎖延長剤を含有しない点が異なる。比較例２に係るコンポジット推進薬は、特殊品である水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）を用いて製造される一般的なコンポジット推進薬である。

［評価結果］
表１は、実施例１〜６、及び比較例１，２に係るコンポジット推進薬について、原料成分と、物理特性の測定結果と、架橋点間平均分子量の計算結果とを示している。

表１より、実施例１〜６は、比較例１と比較して架橋点間平均分子量の大幅な上昇、充填率の上昇及び貯蔵弾性率の大幅な低下が確認された。つまり、実施例１〜６に係るコンポジット推進薬は、ポリマー鎖延長剤を含有することで架橋点間平均分子量を制御でき、良好な物理特性を有することが分かった。

同様に表１より、実施例１〜６は、比較例２と比較して同等の架橋点間平均分子量、同等の充填率及び貯蔵弾性率を示した。つまり、実施例１〜６に係るコンポジット推進薬は、汎用品である安価な水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）を用いて製造されるにも関わらず、比較例２に係る特殊品である高価な水酸基末端液状ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）を用いて製造されるコンポジット推進薬と同等の物理特性を有する。これにより、本実施例に係るコンポジット推進薬は、ポリマー鎖延長剤を含有することで、安価で嵩密度が高く良好な物理特性を得られることが分かった。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

Claims

過塩素酸アンモニウムと、
金属粉末と、
数平均分子量が２０００〜４０００であり、１分子中の平均水酸基数が２．２〜２．６である水酸基末端液状ポリブタジエンと、ジオールからなるポリマー鎖延長剤とを主成分とするバインダーと
を含有する混合物を硬化させて得られ、
２０℃における架橋点間平均分子量が８００〜２３００である
コンポジット推進薬。
請求項１に記載のコンポジット推進薬であって、
前記ポリマー鎖延長剤は、数平均分子量が５００〜４０００であるジオールポリマーである
コンポジット推進薬。
請求項１又は２に記載のコンポジット推進薬であって、
前記過塩素酸アンモニウムと前記金属粉末と前記バインダーとの含有量の合計を１００重量部とすると、
前記過塩素酸アンモニウムの含有量が５０〜８８重量部であり、
前記金属粉末の含有量が２〜２５重量部であり、
前記バインダーの含有量が１０〜３５重量部である
コンポジット推進薬。
請求項３に記載のコンポジット推進薬であって、
前記過塩素酸アンモニウムと前記金属粉末と前記バインダーとの含有量の合計を１００重量部とすると、
前記ポリマー鎖延長剤の含有量が０．１〜１４重量部である
コンポジット推進薬。
請求項１から４のいずれか１項に記載のコンポジット推進薬であって、
前記金属粉末が、マグナリウムとアルミニウムとのうちの少なくとも一方を含み、１〜５０μｍの平均粒子径を有する
コンポジット推進薬。