JP2021080116A - High-safety propellant composition - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、榴弾砲や野戦砲用の発射薬組成物に関する。より詳しくは、本発明は、従来の発射薬組成物に比べ、メタルジェット衝撃のような過大衝撃に対して安全性を示す発射薬組成物であり、加えて、従来の高モジュールの射撃性能を維持しつつ、燃焼速度に起因する圧力指数を小さくすることで低圧領域から高圧領域までの圧力変動を抑え、低圧領域の射撃安定性を高める発射薬組成物に関する。 The present invention relates to propellant compositions for howitzers and field artillery. More specifically, the present invention is a propellant composition that is safer against excessive impacts such as metal jet impacts as compared to conventional propellant compositions, and in addition, the shooting performance of conventional high modules. The present invention relates to a propellant composition that suppresses pressure fluctuations from the low pressure region to the high pressure region by reducing the pressure index due to the combustion rate while maintaining the pressure, and enhances the shooting stability in the low pressure region.
りゅう弾砲などの火砲においては、飛しょう体とそれを飛翔させるための発射装薬が用いられる。発射装薬は、発射薬、点火薬、焼食抑制剤、除銅剤等の添加剤、さらにそれらを収納する焼尽容器で構成されている。 In artillery such as howitzers, the aurora missile and the propellant used to make it fly are used. The propellant charge is composed of an additive such as a propellant, an ignition agent, an anti-corrosion agent, and a copper remover, and a burnout container for storing them.
近年では発射薬を高エネルギー化するために、環状ニトラミン化合物を含有させた発射薬が研究されている。環状ニトラミン化合物は、一般的に発射薬エネルギーが高く、熱的安定性に優れるといった利点を有する。 In recent years, in order to increase the energy of the propellant, a propellant containing a cyclic nitroamine compound has been studied. Cyclic nitroamine compounds generally have the advantages of high propellant energy and excellent thermal stability.
以下の特許文献１には、発射薬エネルギーが大きく、低い火炎温度を持つ、不活性物質を使用した発射薬組成物が開示されているが、この発射薬組成物には、着火性（火付き）を悪くする要因である不活性物質が使用されており、更に、トリプルベース並みの発射薬エネルギーを得るために、圧力指数を上げる要因である高エネルギー物質の環状ニトラミン化合物が多く配合されている。 The following Patent Document 1 discloses a propellant composition using an inert substance having a large propellant energy and a low flame temperature, and the propellant composition is ignitable (ignited). ) Is used, and in order to obtain propellant energy equivalent to that of triple base, a large amount of cyclic nithramine compound, which is a high energy substance that raises the pressure index, is blended. ..
以下の特許文献２には、衝撃に対する安全性が高い発射薬として、ニトロセルロースを２０〜３５重量％、可塑剤を１６〜３０重量％、環状ニトラミン化合物を４６〜６４重量％、ニトログニジンを０〜１８重量％、固形添加剤を０〜１８重量％含有しているニトラミン系発射薬が開示されている。
In
以下の特許文献３には、環状ニトラミン化合物であるＲＤＸ（シクロトリメチレントリニトラミン）、ニトロセルロース、ニトログアニジン、及びエネルギー可塑剤からなる、燃焼温度が低く、取り扱い安全性が高いニトラミン系発射薬組成物が開示されているが、ニトログアニジン＋ＲＤＸの含有量が３２．５〜６６．５重量％に対して、圧量指数を上げる要因であるＲＤＸを多く配合している。 The following Patent Document 3 describes a nitroamine-based propellant having a low combustion temperature and high handling safety, which comprises a cyclic nitroamine compound RDX (cyclotrimethylenetrinitramine), nitrocellulose, nitroguanidine, and an energy plasticizer. Although the composition is disclosed, a large amount of RDX, which is a factor for increasing the pressure index, is blended with respect to the content of nitroguanidine + RDX of 32.5 to 66.5% by weight.
以下の特許文献４には、メタルジェット衝撃のような過大衝撃に対して安全性を示し、且つ、圧力指数の低い発射薬組成物として、ニトロセルロース、活性可塑剤、ニトログアニジン、環状ニトラミン化合物からなる発射薬組成物が開示されている。
The following
特許文献１〜３に記載された発射薬では、環状ニトラミン化合物であるＲＤＸを多く使用することにより高エネルギー化は達成しているものの、メタルジェット衝撃のような過大衝撃に対する安全性は十分ではなかった。また、特許文献４に記載された発射薬では、ＲＤＸの含有量を規定以下とすることでメタルジェット衝撃に対して安全性を示しているものの、ＲＤＸを使用することにより圧力指数が高くなり、初速安定の点では更なる改善が望まれるものであった。
In the propellants described in Patent Documents 1 to 3, high energy has been achieved by using a large amount of RDX, which is a cyclic nitroamine compound, but the safety against an excessive impact such as a metal jet impact is not sufficient. It was. Further, in the propellant described in
本発明は、これらの従来技術の発射薬組成物の問題に鑑み、メタルジェット衝撃のような過大衝撃に対して安全性を示し、且つ、優れた火薬力と低い圧力指数を両立する発射薬組成物を提供することである。 In view of the problems of the propellant composition of the prior art, the present invention shows the safety against an excessive impact such as a metal jet impact, and the propellant composition has both excellent explosive power and low pressure index. To provide things.
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究し実験を重ねた結果、発射薬組成物において以下の組成とすることによって、前記課題を解決しうることを予想外に見出し、本発明を完成するに至ったものである。 As a result of diligent research and experiments to solve the above-mentioned problems, the present inventors unexpectedly found that the above-mentioned problems could be solved by adjusting the propellant composition to the following composition, and found the present invention. It has been completed.
すなわち、本発明は以下の通りのものである。
［１］成分（ａ）ＮＣ（ニトロセルロース）と、成分(ｂ)ＴＭＥＴＮ（トリメチロールエタントリナイトレート）と、成分（ｃ）ＮＧｕ（ニトログアニジン）と、を含む発射薬組成物であり、該発射薬組成物の質量を基準としたとき、該成分（ａ）ＮＣ（ニトロセルロース）の含有量が１７質量％以上３０質量％以下であり、該成分（ｂ）ＴＭＥＴＮ（トリメチロールエタントリナイトレート）の含有量が７質量％以上３０質量％以下であり、そして該成分（ｃ）ＮＧｕ（ニトログアニジン）の含有量が５０質量％以上６０質量％以下である、発射薬組成物。
［２］成分（ｄ）ＮＧ（ニトログリセリン）をさらに含み、該発射薬組成物の質量を基準としたとき、該成分（ｄ）の含有量が１０質量％以下である、前記［１］に記載の発射薬組成物。
［３］前記成分（ｄ）の含有量が、１質量％以上１０質量％以下である、前記［２］に記載の発射薬組成物。
［４］前記成分（ａ）ＮＣ（ニトロセルロース）中の窒素量（硝化度）が、該成分（ａ）を基準として１１．０％以上１３．５％以下である、前記［１］〜［３］のいずれかに記載の発射薬組成物。
［５］前記成分（ｂ）の含有量が、７質量％以上２０質量％以下である、前記［１］〜［４］のいずれかに記載の発射薬組成物。
［６］前記成分（ｃ）の含有量が、５５質量％以上６０質量％以下である、前記［１］〜［５］のいずれかに記載の発射薬組成物。
That is, the present invention is as follows.
[1] A propellant composition comprising component (a) NC (nitrocellulose), component (b) TMETN (trimethylolethanetrinitrate), and component (c) NGu (nitroguanidine). Based on the mass of the propellant composition, the content of the component (a) NC (nitrocellulose) is 17% by mass or more and 30% by mass or less, and the component (b) TMETN (trimethylolethanetrinitrate). ) Is 7% by mass or more and 30% by mass or less, and the component (c) NGu (nitroguanidine) is 50% by mass or more and 60% by mass or less.
[2] In the above [1], which further contains the component (d) NG (nitroglycerin) and the content of the component (d) is 10% by mass or less based on the mass of the propellant composition. The propellant composition described.
[3] The propellant composition according to the above [2], wherein the content of the component (d) is 1% by mass or more and 10% by mass or less.
[4] The amount of nitrogen (nitrification degree) in the component (a) NC (nitrocellulose) is 11.0% or more and 13.5% or less based on the component (a). 3] The propellant composition according to any one of.
[5] The propellant composition according to any one of [1] to [4] above, wherein the content of the component (b) is 7% by mass or more and 20% by mass or less.
[6] The propellant composition according to any one of [1] to [5] above, wherein the content of the component (c) is 55% by mass or more and 60% by mass or less.
本発明の発射薬組成物は、高モジュールの射撃性能を損なうことなく、低モジュールの初速安定を有し、発射薬の圧力指数が従来品より低いため、メタルジェット衝撃のような過大衝撃に対しても爆轟しない。具体的には、本発明の発射薬組成物は、発射薬の火薬力が１０１０Ｊ／ｇ以上であり、高モジュールの射撃性能を維持し、圧力指数が０．８以下であり、低モジュールの初速安定を達成し、且つ、メタルジェット衝撃に対しても爆轟しない安全な発射薬組成物である。 The propellant composition of the present invention has a low module initial velocity stability without impairing the shooting performance of the high module, and the pressure index of the propellant is lower than that of the conventional product, so that it can withstand an excessive impact such as a metal jet impact. But it doesn't roar. Specifically, the propellant composition of the present invention has a propellant explosive power of 1010 J / g or more, maintains high module shooting performance, has a pressure index of 0.8 or less, and has a low module initial velocity. It is a safe propellant composition that achieves stability and does not detonate against metal jet impacts.
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の発射薬組成物は、成分（ａ）ＮＣ（ニトロセルロース）と、成分(ｂ)ＴＭＥＴＮ（トリメチロールエタントリナイトレート）と、成分（ｃ）ＮＧｕ（ニトログアニジン）と、を含む発射薬組成物であり、該発射薬組成物の質量を基準としたとき、該成分（ａ）ＮＣ（ニトロセルロース）の含有量が１７質量％以上３０質量％以下であり、該成分（ｂ）ＴＭＥＴＮ（トリメチロールエタントリナイトレート）の含有量が７質量％以上３０質量％以下であり、そして該成分（ｃ）ＮＧｕ（ニトログアニジン）の含有量が５０質量％以上６０質量％以下である、発射薬組成物である。
本実施形態の発射薬組成物は、好ましくは、成分（ｄ）ＮＧ（ニトログリセリン）をさらに含み、該発射薬組成物の質量を基準としたとき、該成分（ｄ）の含有量が１０質量％以下である。
これらの成分の配合割合であれば、高モジュールの射撃性能のための必要な火薬力と、初速安定に寄与する圧力指数の改善と、メタルジェット衝撃のような過大衝撃に対しても爆轟しない安全な発射薬組成物となる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The propellant composition of the present embodiment comprises a component (a) NC (nitrocellulose), a component (b) TMETN (trimethylolethanetrinitrate), and a component (c) NGu (nitroguanidine). It is a drug composition, and the content of the component (a) NC (nitrocellulose) is 17% by mass or more and 30% by mass or less based on the mass of the propellant composition, and the component (b) TMETN. The content of (trimethylolethanetrinitrate) is 7% by mass or more and 30% by mass or less, and the content of the component (c) NGu (nitroguanidine) is 50% by mass or more and 60% by mass or less. It is a drug composition.
The propellant composition of the present embodiment preferably further contains the component (d) NG (nitroglycerin), and the content of the component (d) is 10 mass based on the mass of the propellant composition. % Or less.
With the blending ratio of these components, the explosive power required for high module shooting performance, the improvement of the pressure index that contributes to the stability of the initial velocity, and the detonation even against excessive impact such as metal jet impact. It is a safe propellant composition.
成分（ａ）ＮＣ（ニトロセルロース）の含有量は、発射薬組成物の質量を基準として、１７質量％以上３０質量％以下、好ましくは１９質量％以上２８質量％以下、より好ましくは２０質量％以上２７質量％以下である。ニトロセルロースはバインダであり、ニトロセルロースの含有量が、１７質量％以上であれば、機械強度が良好であり、３０質量％以下であれば火薬のエネルギーを十分確保することができる。 The content of the component (a) NC (nitrocellulose) is 17% by mass or more and 30% by mass or less, preferably 19% by mass or more and 28% by mass or less, more preferably 20% by mass, based on the mass of the propellant composition. It is 27% by mass or less. Nitrocellulose is a binder, and if the content of nitrocellulose is 17% by mass or more, the mechanical strength is good, and if it is 30% by mass or less, sufficient energy for explosives can be secured.
成分（ａ）ＮＣ（ニトロセルロース）中の窒素量（硝化度）は、原材料を捏和し、発射薬形状を成型できるものであればよいが、発射薬としてのエネルギー、及び製造時に使用する溶剤に対する溶解性を確保するため、成分（ａ）を基準として１１．０％以上１３．５％以下であることが好ましく、より好ましくは１２．０％以上１３．２％以下である。 Component (a) The amount of nitrogen (nitrification) in NC (nitrocellulose) may be any as long as it can knead the raw materials to form the propellant shape, but the energy as the propellant and the solvent used during manufacturing It is preferably 11.0% or more and 13.5% or less, and more preferably 12.0% or more and 13.2% or less based on the component (a) in order to secure the solubility in.
成分（ｂ）ＴＭＥＴＮ（トリメチロールエタントリナイトレート）の含有量は、発射薬組成物の質量を基準として、７質量％以上３０質量％以下であり、好ましくは７質量％以上２０質量％以下である。ＴＭＥＴＮは活性可塑剤であり、ＴＭＥＴＮの含有量が前述の範囲であると、成形性が良好であり、発射薬の圧力指数が低くなり、初速が安定する。 The content of the component (b) TMETN (trimethylolethanetrinitrate) is 7% by mass or more and 30% by mass or less, preferably 7% by mass or more and 20% by mass or less, based on the mass of the propellant composition. is there. TMETN is an active plasticizer, and when the content of TMETN is in the above range, the moldability is good, the pressure index of the propellant is low, and the initial velocity is stable.
本実施形態における発射薬組成物は、成分（ｄ）ＮＧ（ニトログリセリン）を含んでもよい。ＮＧは、活性可塑剤の中でも火薬力が高くエネルギー可塑剤として非常に優れているが、メタルジェット衝撃に対する感度も高まるため、発射薬組成物の質量を基準として、１０質量％以下の範囲で添加することが好ましい。ＮＧの含有量が前述の範囲であることにより、十分な安全性を確保しつつ、火薬力を向上させることができ、ＮＧが微量でも含んでいれば、火薬力の向上には有効であるため、ＮＧの含有量の下限値は特に限定されないが、好ましい範囲としては１質量％以上である。ＮＧの含有量としては、より好ましくは３質量％〜１０質量％であり、さらに好ましくは５質量％〜８質量％である。 The propellant composition in this embodiment may contain component (d) NG (nitroglycerin). NG has high explosive power among active plasticizers and is very excellent as an energy plasticizer, but it also increases sensitivity to metal jet impact, so it is added in the range of 10% by mass or less based on the mass of the propellant composition. It is preferable to do so. Since the content of NG is within the above range, it is possible to improve the explosive power while ensuring sufficient safety, and if the content of NG is even a small amount, it is effective in improving the explosive power. The lower limit of the content of NG is not particularly limited, but a preferable range is 1% by mass or more. The content of NG is more preferably 3% by mass to 10% by mass, and further preferably 5% by mass to 8% by mass.
エネルギー固形分としての成分（ｃ）ＮＧｕ（ニトログアニジン）の含有量は、発射薬組成物の質量を基準として、５０質量％以上６０質量％以下であり、好ましくは５５質量％以上６０質量％以下である。通常、燃焼温度と火薬力は相関関係にあり、火薬力が大きくなると燃焼温度も高くなる傾向があるが、ニトログアニジンは火薬力が上昇しても、燃焼温度を比較的低く抑える効果を有する。また、ニトログアニジンは効果的に圧力指数を下げる原料であり、ニトログアニジンを多量に含むことにより、圧力指数を大きく下げることができる。ニトログアニジンの含有量が前述の範囲であると、火薬力と圧力指数のバランスが良好である。 The content of the component (c) NGu (nitroguanidine) as an energy solid content is 50% by mass or more and 60% by mass or less, preferably 55% by mass or more and 60% by mass or less, based on the mass of the propellant composition. Is. Normally, there is a correlation between the combustion temperature and the explosive power, and the combustion temperature tends to increase as the explosive power increases, but nitroguanidine has the effect of keeping the combustion temperature relatively low even if the explosive power increases. In addition, nitroguanidine is a raw material that effectively lowers the pressure index, and by containing a large amount of nitroguanidine, the pressure index can be significantly lowered. When the content of nitroguanidine is in the above range, the balance between explosive power and pressure index is good.
本実施形態の発射薬組成物には、成分（ａ）〜（ｄ）の他、安定剤、消炎剤等、既知の添加剤を使用することができる。安定剤としては、例えば、ＥＣＬ（エチルセントラリット）、ジフェニルアミン、２−ニトロジフェニルアミン、アカルダイトIIの単独又は２種以上の混合物が挙げられる。また、消炎剤としては、ＫＳ（硫酸カリウム）、硝酸カリウム、氷晶石のようなアルカリ金属塩等が挙げられる。 In addition to the components (a) to (d), known additives such as stabilizers and anti-inflammatory agents can be used in the propellant composition of the present embodiment. Stabilizers include, for example, ECL (ethyl centralit), diphenylamine, 2-nitrodiphenylamine, acardite II alone or a mixture of two or more. Examples of the anti-inflammatory agent include KS (potassium sulfate), potassium nitrate, alkali metal salts such as cryolite, and the like.
本実施形態の発射薬組成物の製造方法は、特に限定されないが、一例として、溶剤成型法を挙げられる。溶剤成型法とは、具体的には、捏和機（素材を混合し、捏ねることで、圧伸成型前の捏和薬を作製する機械）にニトロセルロース、酸化剤、可塑剤、添加剤等の各種成分を所定量投入し、アセトン、アルコール、酢酸エチル、ジエチルエーテル等の溶剤を、ニトロセルロースが溶解する程度の量を投入する。その後、圧伸機に捏和薬を投入し、圧力をかけて圧伸し、所望の形状に圧伸薬を裁断し、風せい後、乾燥して発射薬組成物を得る方法である。 The method for producing the propellant composition of the present embodiment is not particularly limited, and an example thereof includes a solvent molding method. Specifically, the solvent molding method is a kneading machine (a machine that prepares a kneading agent before compression molding by mixing and kneading the materials) with nitrocellulose, an oxidizing agent, a plasticizer, an additive, etc. Add a predetermined amount of various components of the above, and add a solvent such as acetone, alcohol, ethyl acetate, diethyl ether, etc. in an amount sufficient to dissolve nitrocellulose. Then, a kneading agent is put into a stretching machine, pressure is applied to stretch the pressure, the compressing agent is cut into a desired shape, and after wind blowing, it is dried to obtain a propellant composition.
本実施形態の発射薬（組成物）は、モジュール式発射装薬として使用することが好ましい。モジュール式発射装薬とは、同一形状のモジュールを１個から複数個積み重ねて使用する発射装薬のことで、１つの火砲で様々な距離に弾丸（飛翔体）を飛翔できる特徴がある。最大のモジュール数で射撃すると最も遠方に弾丸が飛翔し、発射装薬には従来と同等の最大飛距離が求められる。従来同等の最大飛距離を達成するためには、従来の発射薬と同等レベルの火薬力が求められる。
発射装薬は、任意のモジュール数での射撃において、安定した初速性能が求められるが、１モジュールでの射撃においては、次の理由により、初速の安定が難しいことがわかっている。
飛翔体は、砲内で発射装薬が燃焼した際に発生する圧力を受けて、弾帯を切開しながら進行するが、１モジュールでは、弾帯切開に伴い飛翔体が砲から受ける阻害抗力に対し、飛翔体を常に加速するだけの十分な圧力を発生することができていない。そのため、飛翔体は砲内で減速やときには一旦停止し、その挙動が射撃毎で異なるため初速が安定しない。
The propellant (composition) of the present embodiment is preferably used as a modular propellant. A modular projectile is a projectile charge that uses one or more modules of the same shape stacked on top of each other, and has the characteristic of being able to fly bullets (flying objects) at various distances with a single gun. When shooting with the maximum number of modules, the bullet will fly farthest, and the firing charge is required to have the same maximum flight distance as before. In order to achieve the same maximum flight distance as before, the same level of explosive power as the conventional propellant is required.
The propellant is required to have stable initial velocity performance when shooting with an arbitrary number of modules, but it is known that it is difficult to stabilize the initial velocity when shooting with one module for the following reasons.
The projectile advances while incising the belt under the pressure generated when the propellant is burned in the gun, but in one module, the projectile receives the inhibitory drag from the gun due to the belt incision. On the other hand, it has not been able to generate sufficient pressure to constantly accelerate the projectile. Therefore, the projectile decelerates in the gun and sometimes stops temporarily, and its behavior differs depending on the shooting, so the initial velocity is not stable.
不安定な飛翔体の挙動を改善するためには、弾帯を切開する低圧域（２５ＭＰａ〜４０ＭＰａ）において、従来よりも圧力の上昇速度を上げ、飛翔体へ与える力を増加させることで、飛翔体の減速又は一旦停止の現象をより軽減し、より安定した飛翔体挙動とする。
圧力指数を低くすると発射薬量に対する圧力変動が小さくなるため、高モジュールの射撃性能を合わせたとき圧力指数の低い発射薬は低モジュールの初速、圧力が高くなる。従来品の圧力指数は、０．８であり、この圧力指数より低くすることで、１モジュールの初速、圧力は従来品より高くなり、ガス発生速度も高くなるため、初速安定に寄与する。
ここでいう圧力指数とは、下記式：
ｒ ＝ ａＰｎ
｛式中、ｒは、燃焼速度であり、ａは、係数であり、Ｐは、圧力であり、そしてｎは、圧力指数である。｝のｎの値である。
In order to improve the behavior of the unstable projectile, in the low pressure region (25 MPa to 40 MPa) where the belt is incised, the pressure rise rate is increased and the force applied to the projectile is increased to fly. The phenomenon of deceleration or temporary stop of the body is further reduced, and the behavior of the projectile is more stable.
When the pressure index is lowered, the pressure fluctuation with respect to the propellant amount becomes small. Therefore, when the shooting performance of the high module is combined, the propellant having a low pressure index has a high initial velocity and pressure of the low module. The pressure index of the conventional product is 0.8, and by making it lower than this pressure index, the initial speed and pressure of one module are higher than those of the conventional product, and the gas generation speed is also higher, which contributes to the stability of the initial speed.
The pressure index here is the following formula:
r = aP n
{In the equation, r is the burning rate, a is the coefficient, P is the pressure, and n is the pressure index. } Is the value of n.
本明細書中、火薬力とは、下記式：
f ＝ ｐ０Ｖ０Ｔｇ／Ｔ０
｛式中、ｆは、火薬力、ｐ０は、１気圧、Ｖ０は、発射薬１ｋｇの燃焼によって生成される燃焼ガスの１気圧、２７３Ｋにおける容積（ｌ）、Ｔｇは、燃焼ガス温度（Ｋ）、そしてＴ０は、２７３Ｋである。｝で表される火薬の持つエネルギーを表す指標である。これは、化学平衡計算により理論値として算出することができる。
最大飛距離を達成するための火薬力は、１０１０Ｊ／ｇ以上であり、高い火薬力が要求される。
In this specification, explosive power is defined as the following formula:
f = p 0 V 0 T g / T 0
{In the formula, f is explosive power, p 0 is 1 atm, V 0 is 1 atm of combustion gas produced by burning 1 kg of propellant, volume (l) at 273 K, and T g is combustion gas temperature. (K), and T 0 is 273K. } Is an index showing the energy of gunpowder. This can be calculated as a theoretical value by chemical equilibrium calculation.
The explosive power for achieving the maximum flight distance is 1010 J / g or more, and a high explosive power is required.
以下、実施例、比較例により、本発明を具体的に説明する。尚、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
実施例、比較例で用いた成分の略号を以下に示す。
ＮＣ：ニトロセルロース
ＲＤＸ：シクロトリメチレントリニトラミン
ＮＧｕ：ニトログアニジン
ＴＭＥＴＮ：トリメチロールエタントリナイトレート
ＮＧ：ニトログリセリン
ＤＢＰ：ジブチルフタレート
ＥＣＬ：エチルセントラリット
ＫＳ：硫酸カリウム
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. The present invention is not limited to the following examples, and can be variously modified and implemented within the scope of the gist thereof.
The abbreviations of the components used in Examples and Comparative Examples are shown below.
NC: Nitrocellulose RDX: Cyclotrimethylene Trinitramine NGu: Nitroguanidine TMETN: Trimethylolethane Trinitrate NG: Nitroglycerin DBP: Dibutyl phthalate ECL: Ethyl centralit KS: Potassium sulfate
以下の実施例１〜９、比較例１〜６において、材料及び配合比率を変えて発射薬のサンプルを作製し、圧力指数の測定を行った。各サンプルにおける材料の配合比率及び圧力指数の測定結果を以下の表１に示す。
比較例１が従来の発射薬である。表１中に示す火薬力は、化学平衡計算により求めた理論値であり、圧力指数、１モジュール圧力上昇速度変化率、ＳＣＪ反応レベルは試験から得られた測定結果を示している。
In Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6 below, a sample of propellant was prepared by changing the material and the compounding ratio, and the pressure index was measured. Table 1 below shows the measurement results of the mixing ratio of the materials and the pressure index in each sample.
Comparative Example 1 is a conventional propellant. The explosive force shown in Table 1 is a theoretical value obtained by chemical equilibrium calculation, and the pressure index, the rate of change in the pressure rise rate of one module, and the SCJ reaction level show the measurement results obtained from the test.
［発射薬の製造］
発射薬は、各成分の種類、配合比率を変えており、すべて溶剤圧伸法により作製した。発射薬形状は、正確な圧力指数のデータを取得するため、複雑な形状ではなく、同一ｗｅｂ寸法の単孔管状の発射薬に統一した。
[Manufacturing of propellant]
The propellant was prepared by the solvent pressure stretching method, with different types and blending ratios of each component. The propellant shape was unified to a single-hole tubular propellant with the same web size instead of a complicated shape in order to obtain accurate pressure index data.
［密閉ボンブ試験（圧力指数）］
成型後の発射薬について、２．４９×１０− ４ ｍ３の密閉ボンブ試験器を使用して圧力指数を求めた。密閉ボンブ試験器の中に、発射薬を２×１０５ｇ／ｍ３に調整した薬量を中央に配置し、点火玉と点火薬（黒色１．３ｇ）を発射薬への着火剤として、使用した。発生する最大圧力は、２００〜２５０ＭＰａであり、圧力指数を算出するときの圧力領域は、５０〜２００ＭＰａ間で実施した。
[Sealed bomb test (pressure index)]
The propellant after molding, 2.49 × 10 - was determined pressure index by using a 4 m 3 sealed bomb tester. In a closed bomb test apparatus, the propellant the dose adjusted to 2 × 10 5 g / m 3 was placed in the center, as an ignition agent ignition ball and ignition (the black 1.3 g) to the propellant, used. The maximum pressure generated was 200 to 250 MPa, and the pressure region when calculating the pressure index was between 50 and 200 MPa.
［射撃試験（圧力上昇速度変化率）］
燃焼初期の圧力上昇速度変化率を従来品と比較するため、射撃装置を使用した射撃試験を行った。射撃装置は、１５５ｍｍりゅう弾砲を模擬した装置を使用しており、薬室容積、形状は同一であり、砲身長は約４ｍと実砲身より短い砲身長のものを使用した。射撃装置には、圧力センサーを４カ所設置し、薬室前方と薬室後方の２点の圧力を測定した。圧力上昇速度変化率は、弾帯切開の弾の移動距離に相当する圧力域である２５ＭＰａから４０ＭＰａまでの圧力変化と時間変化から圧力上昇速度を算出し、比較例１の発射薬の圧力上昇速度を１００％としたとき変化率を１００分率で算出した。射撃試験には、成型後の発射薬をモジュール式発射装薬として組立てたものを使用し、６モジュールの射撃性能（弾丸初速）を合わせた発射薬量にて射撃を行い、圧力センサーより得られる１モジュールの圧力−時間曲線から比較例１の発射薬と比較したときの圧力上昇速度変化率を算出した。
[Shooting test (rate of change in pressure rise rate)]
In order to compare the rate of change in pressure rise rate at the initial stage of combustion with the conventional product, a shooting test using a shooting device was conducted. The shooting device used was a device that imitated a 155 mm howitzer, had the same chamber volume and shape, and had a gun height of about 4 m, which was shorter than the actual barrel. Four pressure sensors were installed in the shooting device to measure the pressure at two points, the front of the chamber and the rear of the chamber. The pressure increase rate change rate is calculated by calculating the pressure increase rate from the pressure change from 25 MPa to 40 MPa, which is the pressure range corresponding to the movement distance of the belt incision, and the time change, and the pressure increase rate of the propellant of Comparative Example 1 Was 100%, the rate of change was calculated as a 100% rate. For the shooting test, the molded propellant assembled as a modular propellant is used, and the propellant amount combined with the shooting performance (bullet initial velocity) of 6 modules is shot, and it is obtained from the pressure sensor. From the pressure-time curve of one module, the rate of change in pressure increase rate when compared with the propellant of Comparative Example 1 was calculated.
［モジュール］
発射装薬は、容器に入った発射薬１個〜６個（単位としてはモジュール）を組み合わせて弾丸が飛翔する距離を変える。各モジュールの発射薬量は同じであり、例えば、１モジュールが２ｋｇであれば、６モジュールは、１２ｋｇになる。当然、６モジュールが、一番発射薬量が多いため、一番弾丸の飛翔距離が長くなる。射撃に必要な性能として、６モジュールが従来品と同じ飛翔距離を出すかどうかが最重要で、飛翔距離＝初速であるため、６モジュールの初速が従来品と同じになる発射薬量を決める。６モジュールの発射薬量が決まれば、１モジュールはその６分割となるため、１モジュールの発射薬量は、６モジュールの性能に合わせた発射薬量を６分割したものと記載する。
[module]
The propellant charge changes the distance that the bullet flies by combining 1 to 6 propellants (modules as a unit) in a container. The propellant amount of each module is the same. For example, if one module weighs 2 kg, six modules weigh 12 kg. Naturally, the 6 modules have the largest amount of propellant, so the flight distance of the bullet is the longest. As the performance required for shooting, it is most important whether or not the 6 modules give the same flight distance as the conventional product, and since the flight distance = initial velocity, the amount of propellant that makes the initial velocity of the 6 modules the same as the conventional product is determined. If the propellant amount of 6 modules is determined, 1 module will be divided into 6 parts. Therefore, the propellant amount of 1 module is described as 6 divisions of the propellant amount according to the performance of 6 modules.
［圧力指数が低くなることと、「圧力上昇速度変化率が高くなること」との関係］
圧力指数が低くなることと、圧力上昇速度変化率が高くなることはイコールの関係にある。最終的な評価としては、モジュールを射撃して得られる性能である圧力上昇速度変化率であるが、モジュールではなく、モジュールの中にある発射薬のみを評価する場合（基礎評価）には、圧力指数で評価する。そこで、表１では、圧力上昇速度変化率のみ記載しておくと、なぜ圧力上昇速度変化率が高くなるのかという設計思想が分からないため、発射薬の組成を変えて圧力指数を下げ、燃焼速度をコントロールすることによって圧力上昇速度変化率が大きくなっていることが分かるようにしている。
[Relationship between lower pressure index and higher rate of change in pressure rise rate]
A lower pressure index and a higher rate of change in pressure rise rate are in an equal relationship. The final evaluation is the rate of change in pressure rise rate, which is the performance obtained by shooting the module, but when evaluating only the propellant inside the module, not the module (basic evaluation), the pressure Evaluate by index. Therefore, in Table 1, if only the rate of change in the rate of increase in pressure is described, the design concept of why the rate of change in the rate of increase in pressure increases is unknown. Therefore, the composition of the propellant is changed to lower the pressure index and the combustion rate. By controlling the pressure rise rate, it can be seen that the rate of change in the pressure rise rate is large.
実施例１〜５と比較例２は、使用材料を統一した条件において、その配合比率を変えたものである。比較例２よりＮＧｕの配合比率が５０％より低くなると圧力指数が比較例１の発射薬より高くなった。実施例１〜５よりＮＧｕの配合比率が５０％以上ではすべての水準で比較例１より圧力指数が下がっている。 In Examples 1 to 5 and Comparative Example 2, the compounding ratio is changed under the condition that the materials used are unified. When the compounding ratio of NGu was lower than 50% as compared with Comparative Example 2, the pressure index was higher than that of the propellant of Comparative Example 1. From Examples 1 to 5, when the blending ratio of NGu is 50% or more, the pressure index is lower than that of Comparative Example 1 at all levels.
実施例１、６〜９は、ＮＧの配合比率を変えたものである。ＮＧの配合比率が多くなるほど圧力指数が低くなり、火薬力は増加するため射撃性能は良くなる。実施例６で示すように、ＮＧを配合しなくてもＮＧｕの配合比率が５０％以上であれば圧力指数を比較例１より下げることができる。 In Examples 1, 6 to 9, the blending ratio of NG was changed. As the mixing ratio of NG increases, the pressure index decreases and the explosive power increases, so the shooting performance improves. As shown in Example 6, the pressure index can be lowered as compared with Comparative Example 1 if the blending ratio of NGu is 50% or more even if NG is not blended.
比較例３〜６は、ＲＤＸを配合したマルチベース組成である。ＲＤＸを配合することで火薬力は増加するが、圧力指数を上げるため比較例１より圧力指数を下げることが困難である。比較例１より圧力指数を下げ、初速安定化を行うためには実施例１〜９のトリプルベース組成が有用である。 Comparative Examples 3 to 6 are multi-base compositions containing RDX. Although the explosive power is increased by blending RDX, it is difficult to lower the pressure index as compared with Comparative Example 1 because the pressure index is raised. The triple base composition of Examples 1 to 9 is useful for lowering the pressure index and stabilizing the initial velocity as compared with Comparative Example 1.
圧力上昇速度変化率は、圧力指数の変動に反比例しており、圧力指数を下げた実施例の水準はすべて圧力上昇速度が比較例より高くなっており、１モジュールの初速安定に寄与する。 The rate of change in the pressure rise rate is inversely proportional to the fluctuation of the pressure index, and the pressure rise rate is higher in all the levels of the examples in which the pressure index is lowered than in the comparative example, which contributes to the stability of the initial speed of one module.
［メタルジェット衝撃感度］
メタルジェットに対する衝撃感度を調査するため、以下の手順で材料及び配合比率を変えた発射薬のサンプルを作製し、ＳＴＡＮＡＧ４２５６に記載されている安全性評価試験である「成型炸薬ジェット（ＳＣＪ）試験」を実施した。図１に、成型炸薬ジェット試験の試験配置図を示す。成型炸薬を架台上に設置し、成型炸薬の直線上に当該発射薬をいれた装薬缶を設置し、適正な侵徹長となるスタンドオフ（成型炸薬から装薬缶までの距離）を設定した。
各サンプルにおける材料の配合比率及びメタルジェット衝撃感度の測定結果を、表１に示す。
[Metal jet impact sensitivity]
In order to investigate the impact sensitivity to metal jets, samples of propellants with different materials and compounding ratios were prepared according to the following procedure, and the safety evaluation test described in STANAG4256, "Shaped Charge Jet (SCJ) Test" Was carried out. FIG. 1 shows a test layout of a shaped charge jet test. The shaped charge was installed on the gantry, the charge can containing the propellant was installed on the straight line of the molded charge, and the stand-off (distance from the molded charge to the charge can) was set to achieve an appropriate penetration length.
Table 1 shows the measurement results of the mixing ratio of the materials and the metal jet impact sensitivity in each sample.
［発射薬の製造］
表１に示す実施例及び比較例の発射薬では、各成分（素材）の種類、配合比率を変えており、すべて溶剤圧伸法により作製した。発射薬形状は、すべて６角１９孔管状であった。
[Manufacturing of propellant]
In the propellants of Examples and Comparative Examples shown in Table 1, the types and compounding ratios of each component (material) were changed, and all of them were prepared by the solvent pressure stretching method. The propellant shape was all hexagonal 19-hole tubular.
［炸薬の仕様］
試験用成型炸薬として、密度１．６０〜１．６５のＨＭＸ系ＰＢＸ炸薬を使用した。図２に成型炸薬の概略図を示す。成型炸薬用の容器とライナーは、内径φ３４、高さ７４ｍｍのポリメタクリル酸メチル樹脂の容器と、内径φ３２、ライナー角４２°の円錐形銅ライナーを使用した。性能確認として、爆轟速度とメタルジェットの侵徹長（鋼板にメタルジェットを貫通させ、入射した距離を測定する）を計測し、ＳＴＡＮＡＧで規定された基準を満足する成型炸薬であることを確認した（爆轟速度は７５００〜８５００ｍ／ｓであった）。
[Explosive specifications]
As a test molded explosive, an HMX-based PBX explosive having a density of 1.60 to 1.65 was used. FIG. 2 shows a schematic view of the shaped charge. As the container and liner for molding explosives, a container made of polymethylmethacrylate resin having an inner diameter of φ34 and a height of 74 mm and a conical copper liner having an inner diameter of φ32 and a liner angle of 42 ° were used. As a performance check, the detonation speed and the penetration length of the metal jet (the metal jet was penetrated through the steel plate and the incident distance was measured) were measured, and it was confirmed that the shaped charge satisfied the standard specified by STANAG. (The detonation speed was 7500-8500 m / s).
反応レベルの形態は、ＳＴＡＮＡＧにおいて６種類に分類されており、反応が烈しい順に、「爆轟（Ｉ）」、「部分爆轟（ＩＩ）」、「爆発（ＩＩＩ）」、「爆燃（ＩＶ）」、「燃焼（Ｖ）」、「反応なし（ＮＲ）」となっている。爆轟、及び部分爆轟は、反応速度が音速を超えるほどの反応形態であり、ＳＴＡＮＡＧ４２５６には、メタルジェット衝撃に対する火薬の反応は、爆轟や部分爆轟のような激しい反応を起こしてはいけないと明記されている。ＳＴＡＮＡＧ４２５６のメタルジェット衝撃に対する反応レベルは、レベルＩＩＩ以上（ＩＩＩ、ＩＶ、Ｖ、ＮＲ）でなければならない。火薬の反応レベルは、高速度ビデオカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラによる視覚評価、金属管の金属破片数、破片重量、火薬の反前後の重量、爆風圧力、内部圧力による定量評価によって、評価・判定した。また、爆轟の有無は、金属管近傍に設置している証拠板（薄い鋼板）の爆痕、変形状況によっても判断した。 The morphology of the reaction level is classified into 6 types in STANAG, and in the order of intense reaction, "detonation (I)", "partial detonation (II)", "explosion (III)", "detonation (IV)". , "Combustion (V)", "No reaction (NR)". Detonation and partial detonation are reaction forms in which the reaction speed exceeds the speed of sound, and in STANAG4256, the reaction of gunpowder to a metal jet impact does not cause a violent reaction such as detonation or partial detonation. It is clearly stated that it should not be done. The reaction level of STANAG4256 to metal jet impact must be level III or higher (III, IV, V, NR). The reaction level of the explosive is evaluated by visual evaluation by a high-speed video camera, digital video camera, digital camera, the number of metal fragments of the metal tube, the weight of the fragments, the weight before and after the explosive, the blast pressure, and the quantitative evaluation by the internal pressure. Judged. The presence or absence of detonation was also determined by the detonation marks and deformation of the evidence plate (thin steel plate) installed near the metal pipe.
比較例１では、ＴＭＥＴＮを配合していないため反応レベルはＩＩであり、ＳＴＡＮＡＧの要求を満足できていない。実施例６では、活性可塑剤をＴＭＴＥＮへと変えており、ＳＴＡＮＡＧ要求を満足する反応レベルＩＶとなっている。実施例１〜５、７〜９は、ＴＭＥＴＮとＮＧの両方を配合している水準であり、高い火薬力を持ちながら、安全性レベルＩＩＩ以上を達成している。 In Comparative Example 1, since TMETN was not blended, the reaction level was II, and the requirement of STANAG could not be satisfied. In Example 6, the active plasticizer is changed to TMTEN, and the reaction level IV satisfies the STANAG requirement. Examples 1 to 5 and 7 to 9 are levels in which both TMETN and NG are blended, and have achieved safety level III or higher while having high explosive power.
比較例３〜６は、ＲＤＸを配合したマルチベース発射薬であるが、ＲＤＸ含有量が増えるほど反応レベルはＩＩ〜Ｉとなり、メタルジェット衝撃に対して爆轟反応を起こした。 Comparative Examples 3 to 6 are multi-base propellants containing RDX, but the reaction level became II to I as the RDX content increased, causing a detonation reaction to the impact of a metal jet.
本発明に係る発射薬組成物は、発射薬量による圧力変動が小さく、低圧域から高圧域にかけて安定した射撃を可能とし、かつ、メタルジェット衝撃のような過大衝撃に対しても爆轟しないため、射撃性能が高く、不慮の事故の時の周囲に対する安全性が高い発射薬として好適に利用可能である。 The propellant composition according to the present invention has a small pressure fluctuation due to the amount of propellant, enables stable shooting from a low pressure region to a high pressure region, and does not detonate even with an excessive impact such as a metal jet impact. , It has high shooting performance and can be suitably used as a propellant with high safety to the surroundings in the event of an unexpected accident.
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| JP2016003176A (en) * | 2014-06-19 | 2016-01-12 | 日油株式会社 | Triple-base propellant composition |
| JP2017075092A (en) * | 2016-11-30 | 2017-04-20 | 旭化成株式会社 | Propellant composition |
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