JP2021155327A

JP2021155327A - コンポジット推進薬

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Publication number: JP2021155327A
Application number: JP2021051478A
Authority: JP
Inventors: 耕太郎横山; Kotaro Yokoyama
Original assignee: NOF Corp
Current assignee: NOF Corp
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2021-10-07

Abstract

【課題】本発明の課題は、製造性、物理的特性が良好なコンポジット推進薬を提供することにある。【解決手段】上記課題を解決するために、末端水酸基ポリブタジエンを主成分とするバインダ及び過塩素酸アンモニウムを含む酸化剤を含有するコンポジット推進薬において、前記バインダは、鎖延長剤としてポリテトラメチレンエーテルグリコールと、結合剤としてトリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド及びＮ−メチルジエタノールアミンと、硬化剤としてイソフォロンジイソシアネートと、を含有し、前記バインダに占める前記ポリテトラメチレンエーテルグリコールの割合が１０〜２０質量％であることを特徴とする、コンポジット推進薬を提供する。【選択図】なし

Description

本発明は、良好な物理的特性と製造性を有するコンポジット推進薬に関する。

コンポジット推進薬は、酸化剤と燃料兼結合剤であるバインダとを主成分とし、通常は、燃焼性能を向上させるため助燃剤として金属粉が添加される。酸化剤としては、過塩素酸アンモニウム、ニトラミン、硝酸アンモニウムなどが使用され、バインダとしてはポリブタジエン、ポリウレタンなどが使用され、助燃剤としては、アルミニウム粉などが使用されている。このコンポジット推進薬はその優れた燃焼特性及び物理的特性により、高性能ロケットモータ用推進薬として広く使用されている。

しかしながら、従来のコンポジット推進薬のバインダに用いる末端水酸基ポリブタジエン（Ｒ−４５Ｍ）は高性能であるものの、特殊品で入手性が悪く、高価なため、汎用品のポリブタジエン（Ｒ−４５ＨＴ）を使用して、硬化剤や結合剤の変更、鎖延長剤の添加によって物理的特性や製造性を良くする種々の検討がなされてきた。

例えば特許文献１では、バインダ中に、結合剤として汎用品のＲ−４５ＨＴを用いたコンポジット推進薬において、アジリジンポリエステルとアミンポリエステルを併用し、鎖延長剤としてポリテトラメチレンエーテルグリコール（以下、「ＰＴＧ」ともいう。）を使用したコンポジット推進薬が開示されている。そして、特許文献１の実施例１０と比較例４を対比すると、ＰＴＧを添加することにより、最大応力時歪（最大荷重時伸率）が２５％から４０％に向上することが認められる。一方、最大応力（最大抗張力）は、１０．５ｋｇ・ｆ／ｃｍ^２から９．３ｋｇ・ｆ／ｃｍ^２と減少している。

また、特許文献２には、バインダ中に、結合剤としてＲ−４５Ｍを用いたコンポジット推進薬において、アジリジンポリエステルとアミンポリエステルを使用すると、伸びが小さくなるという課題に対して、バインダ中の結合剤として、トリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド（以下、「ＭＡＰＯ」ともいう。）と、Ｎ−メチルジエタノールアミン（以下、「ＭＤＡ」ともいう。）を使用したコンポジット推進薬が開示されている。そして、特許文献２の実施例７と比較例７を対比すると、アジリジンポリエステルとアミンポリエステルの混合物を、ＭＡＰＯとＭＤＡの混合物に代えることにより、最大応力時歪（最大荷重時伸率）が２８％から４０％に向上することが認められる。一方、最大応力（最大抗張力）は、１０．５ｋｇ・ｆ／ｃｍ^２から１０．９ｋｇ・ｆ／ｃｍ^２とわずかな向上しか認められない。

特開昭５９−７３４８９号公報特開昭６２−２０２８９０号公報

バインダとしてＲ−４５ＨＴ等の末端水酸基ポリブタジエンを用いた特許文献１、２のコンポジット推進薬では、物理的特性として最大荷重時伸率は改善されるものの、最大抗張力は改善されなかった。最大抗張力が低い場合には、燃焼に伴う高圧、使用環境温度及び加速度下で過大な変形を起こし、安定的に燃焼しないという問題が生じる。また、最大荷重時伸率を高くすると、同様の条件下において、欠けやクラックの発生を抑制するため、一定の燃焼速度が得られ、安定的に燃焼することができる。そのため、Ｒ−４５ＨＴ等の末端水酸基ポリブタジエンを用いたコンポジット推進薬において、最大荷重時伸率と最大抗張力のいずれの物理的特性も向上することが求められていた。また、製造性に関しては、注型しやすさを向上するために、流動性を向上することが求められる。

そこで、本発明の課題は、最大荷重時伸率と最大抗張力のいずれの物理的特性も向上し、さらに、高い流動性を有するコンポジット推進薬を提供することにある。

上記課題について鋭意検討した結果、発明者は、末端水酸基ポリブタジエンを主成分とするバインダ及び過塩素酸アンモニウムからなる酸化剤を含有するコンポジット推進薬において、バインダ中に鎖延長剤としてポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＧ）と、結合剤としてトリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド（ＭＡＰＯ）と、Ｎ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＡ）、硬化剤としてイソフォロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）とを含有し、更には、バインダに占めるポリテトラメチレンエーテルグリコールの割合を特定の割合とすることにより、最大荷重時伸率と最大抗張力のいずれの物理的特性も良好であり、かつ、高い流動性を有するコンポジット推進薬が得られることを見出して、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下のコンポジット推進薬である。

［１］
末端水酸基ポリブタジエンを主成分とするバインダ及び過塩素酸アンモニウムを含む酸化剤を含有するコンポジット推進薬において、
前記バインダは、鎖延長剤としてポリテトラメチレンエーテルグリコールと、結合剤としてトリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド及びＮ−メチルジエタノールアミンと、硬化剤としてイソフォロンジイソシアネートと、を含有し、
前記バインダに占める前記ポリテトラメチレンエーテルグリコールの割合が１０〜２０質量％であることを特徴とする、コンポジット推進薬。
［２］
前記バインダに占める前記トリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシドの割合が０．３〜０．８質量％であり、前記Ｎ−メチルジエタノールアミンの割合が０．１〜０．５質量％である、［１］に記載のコンポジット推進薬。
［３］
前記ポリテトラメチレンエーテルグリコールの数平均分子量が９００〜２１００である、［１］又は［２］に記載のコンポジット推進薬。
［４］
前記コンポジット推進薬全量に占める前記ポリテトラメチレンエーテルグリコールの含有量が１〜３質量％である、［１］〜［３］のいずれかに記載のコンポジット推進薬。

本発明のコンポジット推進薬によれば、バインダ中に鎖延長剤としてポリテトラメチレンエーテルグリコールと、結合剤としてトリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド（ＭＡＰＯ）と、Ｎ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＡ）、硬化剤としてイソフォロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）とを使用、バインダに占めるポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＧ）の割合を１０〜２０質量％とすることにより、最大荷重時伸率と最大抗張力のいずれの物理的特性も向上し、さらに、高い流動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。

さらに、特定の数平均分子量のポリテトラメチレンエーテルグリコールと、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）と、Ｎ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＡ）とを特定量用いることで優れた物理的特性と製造性を示すコンポジット推進薬を得ることができる。

本発明のコンポジット推進薬は、例えば、高性能ロケットモータ用推進薬等に使用されるものであって、酸化剤として過塩素酸アンモニウムと、末端水酸基ポリブタジエンと、結合剤と、鎖延長剤と、硬化剤を基本組成とするバインダと、助燃剤としてアルミニウム粉末を含有し、鎖延長剤としてポリテトラメチレンエーテルグリコールと、結合剤として、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）とＮ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＡ）とを併用している。なお、用途に応じて、その他の添加剤をさらに追加することができる。

本発明のコンポジット推進薬は、結合剤として、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）とＮ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＡ）を使用し、かつ、鎖延長剤としてポリテトラメチレンエーテルグリコールを使用することにより、物理的特性に関して、最大荷重時伸率だけでなく、最大抗張力も格段に向上するという効果が認められる。
また、本発明のコンポジット推進薬は、製造性に関して、優れた流動性を有する。流動性が優れることにより、容易に注型することが可能となる。

また、本発明のコンポジット推進薬は、バインダに硬化剤を添加した後に、粘度が高くなるまでの時間（ポットライフ）を所定の時間に調整することができる。ポットライフは、特に制限されないが、好ましくは５００分以上７００分未満である。ポットライフを５００分以上とすることにより、注型の途中で硬化してしまうこと防止し、安定した生産が可能となる。一方、ポットライフを７００分未満とすることにより、注型後すみやかに硬化するため、生産性が優れるという効果がある。

本発明のコンポジット推進薬の最大抗張力は、特に制限されないが、例えば、１１０Ｎ／ｃｍ^２以上である。好ましくは１２０Ｎ／ｃｍ^２以上であり、より好ましくは１３０Ｎ／ｃｍ^２以上である。上限値は、例えば、２００Ｎ／ｃｍ^２以下である。
また、本発明のコンポジット推進薬の最大荷重時伸率は、特に制限されないが、例えば、３０％以上である。好ましくは３５％以上であり、より好ましくは４０％以上であり、更に好ましくは４５％以上である。上限値は、例えば、６０％以下である。
なお、最大抗張力及び最大荷重時伸率の測定方法は、実施例に記載するプラスチック引張試験方法「ＡＳＴＭＤ６３８−８４」に従い、測定する。

各種のロケットモータは、大きさや目的が異なるため、必要な機械的特性も異なり、それぞれの機械的特性の要求に合わせた推進薬を製造する必要がある。最大抗張力及び最大荷重時伸率の両方を大きく向上することができれば、選択できる組成の幅が広がり、高性能なロケットモータにも対応することができる。本発明のコンポジット推進薬は、最大抗張力及び最大荷重時伸率の両方を向上することができるため、硬化剤等の組成を多少変更することにより多種多様なロケットモータに適用することができる。

＜酸化剤＞
コンポジット推進薬を製造する場合、酸化剤としては、過塩素酸アンモニウム（ＡＰ）、シクロテトラメチレンテトラニトラミン（ＨＭＸ）、シクロトリメチレンテトラニトラミン（ＲＤＸ）及び硝酸アンモニウム等が用いられる。本発明の酸化剤は過塩素酸アンモニウムであるが、必ずしも単独である必要はなく、上述した酸化剤を複数含んでいてもよい。酸化剤は、コンポジット推進薬全量に対して少なくとも５０重量％を含むことが必要であり、６０重量％以上含むことが好ましい。一方、上限値は、好ましくは９０質量％以下であり、より好ましくは８０質量％以下であり、更に好ましくは７０質量％以下である。

更に、酸化剤は、コンポジット推進薬の粘度を調整し注型工程を容易にする、燃焼速度を調整する、結合剤と化学的に結合して物理的特性を向上する観点から、複数の異なる粒子径を用いてもよい。酸化剤の粒子としては、平均粒径１〜３０μｍの小粒子、平均粒径１５０〜３００μｍの中粒子、平均粒径３５０〜６００μｍの大粒子をそれぞれ大中、大小もしくは中小の２種類、又は大中小の３種類を混合して用いることが好ましい。コンポジット推進薬の粘度を調整して注型工程を容易にする、燃焼速度を調整する、結合剤と化学的に結合して物理的特性を向上する観点から、酸化剤１００質量％に対して小大２種類を１０〜３０質量％ずつ、中１種類を４０〜８０質量％混合することが特に好ましい。なお、平均粒径は、「マイクロトラック粒度分布計」（日機装製）を用いて測定する。

＜バインダ＞
本発明のコンポジット推進薬は、燃焼結合剤と、結合剤と、鎖延長剤と、硬化剤を基本組成とするバインダを備える。バインダは、酸化剤、助燃剤、その他の成分を結合するための成分である。コンポジット推進薬全量に対するバインダの含有量は、通常、７〜２５質量％である。下限値として、好ましくは１０質量％以上である。上限値として、好ましくは２０質量％以下であり、より好ましくは１６質量％以下である。以下に、バインダ中の各成分について説明する。

（燃料結合剤）
本発明のコンポジット推進薬は、バインダ中の燃料結合剤として、末端水酸基ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）を含有する。また、その他の燃料結合剤として、アジドメチル基を有する末端水酸基ポリエーテル、例えばグリシジルアジドポリマー（ＧＡＰ）、３，３−ビスアジドメチルメチルオキセタン／テトラヒドロフラン共重合体（ＢＡＭＯ／ＴＨＦ共重合体）等を含有してもよい。

本実施形態に係る汎用品である末端水酸基ポリブタジエンは、例えば分子の末端に水酸基を平均２〜２．８個有する数平均分子量２０００〜４０００の末端水酸基ポリブタジエンが挙げられる。なお、数平均分子量（Ｍｎ）は、ＶＰＯ法により測定した。

末端水酸基ポリブタジエンとしては、主として推進薬用としてアニオン重合等の特殊な方法を用いて製造されたものが使用されてきたが、推進薬用としての特殊品であるために、生産量も少なく、将来入手困難となることが予想される。一方、汎用されている末端水酸基ポリブタジエン（Ｒ−４５ＨＴ）は、タイヤ等の一般製品用として、ラジカル重合で製造されており、入手性に問題がなく、かつ安価であるが、推進薬用と比較すると、推進薬の物理的特性が著しく劣り、製造性も実用に供し得ないものであった。

本発明の末端水酸基ポリブタジエンは、推進薬用の特殊品とは異なる、汎用品の末端水酸基ポリブタジエン（Ｒ−４５ＨＴ）を用いることが好ましい。なお、Ｒ−４５ＨＴは、ラジカル重合により得られた末端水酸基ポリブタジエンである。Ｒ−４５ＨＴを使用することにより、コンポジット推進薬を安価で製造することができるだけでなく、Ｒ−４５Ｍより最大抗張力が向上するという効果がある。また、Ｒ−４５ＨＴを使用することにより、ポットライフが長くなりすぎず、生産性に優れるという効果がある。

バインダ全量に対する末端水酸基ポリブタジエンの含有量は、通常、５０〜９０質量％、好ましくは６０〜８５質量％である。
また、コンポジット推進薬全量に対する末端水酸基ポリブタジエンの含有量は、通常、７〜１３質量％、好ましくは８〜１２質量％である。

（結合剤）
結合剤は、酸化剤粒子との接着性を付与する目的で配合する。本発明のコンポジット推進薬は、バインダ中の結合剤として、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）、Ｎ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＡ）を含有する。また、その他の結合剤として、例えば、ビスイソフタロイル１−（２−メチル）アジリジン（ＨＸ−７５２）等のアジリジン系、Ｎ−エチルジエタノールアミン（ＥＤＡ）、テトラエチレンペンタミンとアクリロニトリルの反応生成物（ＴＥＰＡＮ又はＨＸ−８７９）、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生成物（ＴＥＰＡＮＯＬ又はＨＸ−８７８）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）等のヒダントイン系及びシランカップリング剤（Ａ−１１００）等を含有してもよい。

バインダ全量に対するトリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド（ＭＡＰＯ）の含有量は、好ましくは０．３〜０．８質量％であり、より好ましくは０．５〜０．７質量％である。バインダ全量に対するトリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド（ＭＡＰＯ）の含有量が０．３質量％以上の場合では、コンポジット推進薬の物理的特性において抗張力が向上し、０．８質量％以下の場合では、コンポジット推進薬の物理的特性において伸び率が向上する。
バインダ全量に対するＮ−メチルジエタノールアミンの含有量は、好ましくは０．１〜０．５質量％であり、より好ましくは０．２〜０．４質量％である。バインダ全量に対するＮ−メチルジエタノールアミンの含有量が０．１質量％以上では、コンポジット推進薬の物理的特性において伸び率が向上し、０．５質量％以下の場合には、コンポジット推進薬の物理的特性において抗張力が向上する。

また、コンポジット推進薬全量に対するトリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシドの含有量は、０．０４〜０．１２質量％であり、好ましくは０．０７〜０．１０質量％である。
コンポジット推進薬全量に対するＮ−メチルジエタノールアミンの含有量は、０．０１〜０．０７質量％であり、好ましくは０．０２〜０．０６質量％である。

（鎖延長剤）
鎖延長剤は、末端水酸基ポリブタジエンの架橋点間平均分子量を増大する目的で配合される。本発明のコンポジット推進薬は、バインダ中の鎖延長剤として、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＧ）を含有する。また、その他の鎖延長剤として、末端に水酸基を有するジオールからなる化合物、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、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を含有してもよい。

バインダ全量に対するポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＧ）の含有量は、好ましくは１０〜２０質量％であり、より好ましくは１３〜１７質量％である。バインダ全量に対するポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＧ）の含有量が１０質量％未満の場合、鎖延長剤としての効果が低く、推進薬の物理的特性と製造性に寄与しないので好ましくなく、２０質量％を超える場合、コンポジット推進薬の物理的特性、特に抗張力が低下するので好ましくない。

また、コンポジット推進薬全量に対するポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＧ）の含有量は、１〜３質量％であり、好ましくは１．８〜２．４質量％である。

ポリテトラメチレンエーテルグリコールの数平均分子量は、９００〜２１００であることが好ましく、数平均分子量が１４００〜１８００であることが更に好ましい。ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＧ）の数平均分子量は９００以上であればイソシアネートとの反応速度が遅くなるため、製造性が向上するので好ましく、２１００以下でればイソシアネートの反応速度が速くなるため所定の硬化時間では硬化が終了し、後硬化による物理的特性の変化の発生を抑制するので好ましい。なお、数平均分子量（Ｍｎ）は、ＪＩＳＫ１５５７−１に準じて測定した。

（硬化剤）
本発明のコンポジット推進薬は、硬化剤としてイソフォロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）を含有する。また、その他の硬化剤として、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジシクロヘキシルメタン―４，４―ジイソシアネ−ト（水添ＭＤＩ）等のジイソシアネート化合物などを含有してもよい。

硬化剤の含有量は、イソシアネート基／水酸基の当量比をＮＣＯ／ＯＨで表せば、ＮＣＯ／ＯＨ＝０．７〜１．１の範囲であり、好ましくは０．８〜１．０の範囲である。

＜助燃剤＞
助燃剤としては、アルミニウム、ボロン、マグネシウム等の金属粉体が挙げられる。その中でも、本発明においてはアルミニウムを使用するのが好ましい。

コンポジット推進薬全量に対する助燃剤の含有量は、例えば、５〜４０質量％であり、好ましくは１０〜３０質量％である。

＜その他添加剤＞
その他、コンポジット推進薬に求められる燃焼特性、物理的特性、製造性に応じ、添加剤を添加してもよい。可塑剤としては、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）、ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）、ジイソデシルアジペート（ＤＩＤＡ）、イソデシルペラゴネート等のエステル類の他、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）、トリエチレングリコールジナイトレート（ＴＥＧＤＮ）等のニトロ可塑剤等が使用される。その中でも、本発明においてはジオクチルアジペート（ＤＯＡ）を使用するのが好ましい。

硬化触媒としては、例えばジブチルスズジラウレート（ＤＢＴＤＬ）、ジブチルスズジ（２−エチルヘキソエート）等の有機スズ化合物やトリフェニルビスマス等の有機ビスマス化合物及びトリエチレンジアミン等のアミン類等が挙げられる。

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との反応生成物（ノンフレックスＢＡ、精工化学社製）等が挙げられる。

燃焼調整剤としては、酸化鉄、フェロセン誘導体、カルボラン誘導体、鉛塩、カーボン等が挙げられる。

本発明のコンポジット推進薬を製造する場合は、例えば各原料及び必要に応じて各種添加剤を所定の配合バランスで混和機に入れて、所定の温度下で均一に混練してスラリー状態とした後、所定の型に注入して所定の温度および時間で硬化させることでコンポジット推進薬を製造することができる。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明のコンポジット推進薬について具体的に説明するが、本発明はそれら実施例の範囲に限定されるものではない。表１，２における略号は次の意味を表す。
Ｒ−４５ＨＴ：末端水酸基ポリブタジエン
ＰＴＧ：ポリテトラメチレンエーテルグリコール
ＭＡＰＯ：トリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド
ＭＤＡ：Ｎ−メチルジエタノールアミン
Ｎ−８：Ｎ−メチルジエタノールアミンとセバシン酸との反応生成物
ＨＸ−８７８：テトラエチレンペンタミンとアクリロニトリルの反応生成物
ＢＩＤＥ：２，２’−（ｎ−ブチルイミノ）ジエタノール
ＩＰＤＩ：イソフォロンジイソシアネート
ＤＯＡ：ジオクチルアジペート

＜実施例１〜７＞
実施例１〜７のコンポジット推進薬のそれぞれの成分の配合組成を後述する表１に示す。また、そのコンポジット推進薬を用いて以下に示す方法で製造性及び物理的特性を測定した。その結果を表１に併記する。

［製造性］
＜流動性＞
所定の注型用鋳型の底板に外径４０ｍｍの円筒状の中子を取り付け、注型用鋳型内面に外径８４ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ１４０ｍｍのＡＢＳ樹脂を施工し、そこに各実施例及び比較例のコンポジット推進薬のスラリーを注型し、鋳型に注型する場合の注型しやすさに関し、下記の評価基準にて評価を行った。
◎：推進薬スラリーの流動性が高く、極めて容易に注型することができた。
〇：推進薬スラリーの流動性があり、容易に注型することができた。
△：推進薬スラリーの流動性が乏しく、注型に時間を要した。

＜ポットライフ＞
ＲＥ８０型粘度計を用いて、６０℃、スピンドルの回転数５ｒｐｍの条件で規定時間ごとに粘度を測定し、硬化剤を投入してから粘度が６０℃で１０ｋＰに達するまでの時間をポットライフとして求めた。ポットライフは、打ち上げ能力の異なる各種ロケットモータの製造において、どのサイズのロケットモータの注型性も担保することができるものとして、５００分以上７００分未満であることが好ましい。ポットライフが５００分未満では、ポットライフが短く注型が困難となり、７００分以上であると、ポットライフが長く、所定の硬化時間では硬化が終了しなく、後硬化により物理的特性が変化するので好ましくない。

［物理的特性］
前記コンポジット推進薬から、プラスチック引張試験方法「ＡＳＴＭＤ６３８−８４」に従い引張試験片を作製し、引張速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、試験温度２０℃にて引張試験を行い、最大抗張力（Ｎ/ｃｍ^２）、最大荷重時伸率（％）を求めた。
なお、引張試験片は、全長が１２５ｍｍで両端部は幅２５ｍｍであり、両端部間に長さ５０ｍｍ、幅１０ｍｍの中央直線部がある厚さ１０ｍｍの試験片である。

〔実施例１〕
末端水酸基ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）（末端水酸基の数：平均２．４個、平均分子量：２７００）９．５５質量部（バインダ中の含有量として６８．２質量％。以下同様。）、鎖延長剤であるポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＧ、数平均分子量：１５００）１．９０質量部（１３．６質量％）、可塑剤であるジオクチルアジペート（ＤＯＡ）１．３９質量部（９．９質量％）を添加して混合した。それに、助燃剤であるアルミニウム粉末を所定量添加して混合し、さらに結合剤であるトリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド（ＭＡＰＯ）０．０７質量部（０．５質量％）及びＮ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＡ）０．０３質量部（０．２質量％）を添加して混合した。

次に、硬化剤であるイソフォロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）１．０６質量部（７．６質量％）を添加し真空混和を行った後、酸化剤である過塩素酸アンモニウムを所定量仕込んで６０℃に加温し、真空混和を行ってスラリー状の混和物を得た。それから、この混和物を減圧下で所定の容器に注型し、脱泡後６０℃で７日間硬化してコンポジット推進薬を得た。

〔実施例２〜３〕
実施例１において、鎖延長剤であるポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＧ）の数平均分子量を１０００とした場合（実施例２）と２０００とした場合（実施例３）について、実施例１と同様の方法でコンポジット推進薬を製造した。

〔実施例４〜７〕
実施例１と同様の方法でバインダ組成を変化させ、鎖延長剤であるポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＧ）及び結合剤であるトリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド（ＭＡＰＯ）、Ｎ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＡ）の重量割合を変化させてコンポジット推進薬を製造し、実施例１と同様に物理的特性及び製造性を測定した。

＜比較例１〜５＞
前記実施例１〜７と同様にして、表２に示した推進薬配合組成でコンポジット推進薬を製造した。また、そのコンポジット推進薬を用いて製造性及び物理的特性を測定し、その結果を表２に示した。

表１の試験結果より、次のようなことが分かった。実施例１〜７のコンポジット推進薬は、最大抗張力及び最大荷重時伸率のいずれの物理的特性も高い値であり、物理的特性に優れることが分かった。さらに、製造性においては、高い流動性を維持しつつ、全てが５００分以上７００分未満を満足しており、製造性においても問題ないことが確認できた。

次に、実施例１と表２に示す比較例２を対比すると、Ｒ−４５ＨＴ、ＭＡＰＯ、ＭＤＡを含むコンポジット推進薬において、ＰＴＧを添加すると、最大荷重時伸率だけでなく、最大抗張力も増加した。特許文献１に記載の発明では、ＭＡＰＯ、ＭＤＡを含まないコンポジット推進薬であったため、ＰＴＧを添加しても最大抗張力が増加しなかったが、本発明では、ＭＡＰＯ、ＭＤＡに加えて、さらにＰＴＧを添加することにより、最大荷重時伸率と最大抗張力の両方を増加することができた。
また、実施例２、比較例２、６、７を対比すると、ＭＡＰＯ、ＭＤＡを含有するコンポジット推進薬においては、ＰＴＧの含有量が１０〜２０質量％の場合に、最大抗張力及び最大荷重時伸率が極めて高い結果となった。一方で、ＰＴＧの含有量が２０質量％を超えると（比較例７）、最大抗張力及び最大荷重時伸率が低下する傾向が認められた。すなわち、ＭＡＰＯ、ＭＤＡを含有するコンポジット推進薬においては、ＰＴＧの含有量が１０〜２０質量％であることに臨界的意義が認められた。

以上の結果から、良好な物理的特性と製造性を有するコンポジット推進薬を得るためには、バインダ中に鎖延長剤としてポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＧ）と、結合剤としてトリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド（ＭＡＰＯ）と、Ｎ−メチルジエタノールアミン（ＭＤＡ）を併用することが必須であり、またバインダに占める割合が、鎖延長剤としてポリテトラメチレンエーテルグリコールが１０〜２０質量％とする必要があることが明らかとなった。また、バインダに対するトリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシドの含有量は０．３〜０．８質量％であることが好ましく、Ｎ−メチルジエタノールアミンの含有量は０．１〜０．５質量％であることが好ましく、且つポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＧ）の数平均分子量は９００〜２１００であることが好ましいことが明らかとなった。

Claims

分子の末端に水酸基を平均２〜２．８個有し、数平均分子量が２０００〜４０００である末端水酸基ポリブタジエンを主成分とするバインダ及び過塩素酸アンモニウムを含む酸化剤を含有するコンポジット推進薬において、
前記バインダは、鎖延長剤としてポリテトラメチレンエーテルグリコールと、結合剤としてトリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシド及びＮ−メチルジエタノールアミンと、硬化剤としてイソフォロンジイソシアネートと、を含有し、
前記バインダに占める前記ポリテトラメチレンエーテルグリコールの割合が１０〜２０質量％であることを特徴とする、コンポジット推進薬。
前記バインダに占める前記トリス〔１−（２−メチル）−アジリジニル〕フォスフィンオキシドの割合が０．３〜０．８質量％であり、前記Ｎ−メチルジエタノールアミンの割合が０．１〜０．５質量％である、請求項１に記載のコンポジット推進薬。
前記ポリテトラメチレンエーテルグリコールの数平均分子量が９００〜２１００である、請求項１又は２に記載のコンポジット推進薬。
前記コンポジット推進薬全量に占める前記ポリテトラメチレンエーテルグリコールの含有量が１〜３質量％である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコンポジット推進薬。