JPH0725631B2 - コンポジット固体推進薬及びその製造方法 - Google Patents

コンポジット固体推進薬及びその製造方法

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JPH0725631B2
JPH0725631B2 JP23169689A JP23169689A JPH0725631B2 JP H0725631 B2 JPH0725631 B2 JP H0725631B2 JP 23169689 A JP23169689 A JP 23169689A JP 23169689 A JP23169689 A JP 23169689A JP H0725631 B2 JPH0725631 B2 JP H0725631B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、コンポジット固体推進薬及び同固体推進薬の
製造方法に係り、更に詳しくは、燃焼速度が大きく、且
つ製造性に優れたコンポジット固体推進薬及びその製造
方法に関する。
<従来の技術> コンポジット固体推進薬は、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た組成を有して
おり、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。
その代表的な例として、粒状又は粉状の過塩素酸アンモ
ニウムを酸化剤とし、アルミニウム粉を助燃剤とし、ポ
リブタジエンを基剤としたバインダよりなる注型可能な
推進薬がある。
更に、近年の推進薬の高性能化のための要求として幅広
い燃焼速度の調整が求められており、そのための添加剤
として、燃焼触媒が加えられる。特に近年では高燃焼速
度化の要望が強い。
このための添加剤としては、粒状の酸化鉄が最も広く知
られている(特開昭56−109889)。
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、従来の粒状の酸化鉄を燃焼触媒として用
いたコンポジット推進薬は、その含有鉄分の影響によ
り、推進薬の硬化反応を促進する、即ちポットライフを
短縮し、ひいては製造性を著しく低下させるという問題
点があった(工業火薬協会誌Vol.49,119(1988))。更
に、高燃焼速度化のために燃焼触媒の添加量が増すと、
推進薬の比推力が低下するため、少量の添加で要求され
る燃焼速度が得られる、即ち触媒効果の大きな燃焼触媒
の開発が望まれていた。
本発明者らは、前記の問題点を考慮して鋭意研究した結
果、特定の酸化鉄を用いると推進薬の硬化反応を促進す
ることなく、しかも、燃焼速度も従来のものより高いと
いう知見を得て本発明を完成した。
<課題を解決するための手段> 即ち、本発明は、バインダ及び酸化剤を主成分として含
有するコンポジット固体推進薬において、長さと直径と
の比が1000以下で、且つ長さが10μm以下、直径が0.01
μm以上である棒状酸化鉄を含有することを特徴とする
コンポジット固体推進薬及び酸化鉄を含む注型式コンポ
ジット推進薬の製造法において、酸化鉄として長さと直
径との比が1000以下で、かつ長さが10μm以下、直径が
0.01μm以上の棒状酸化鉄を用いることを特徴とするコ
ンポジット固体推進薬の製造方法に関する。
本発明に用いる酸化鉄は、棒状であることに特徴を有
し、その形状は、長さと直径との比が2〜1000、且つ長
さが5〜10μm、直径が0.01〜2μm程度であり、好ま
しくはその比が5〜40、長さが0.8〜2μm、直径が0.0
5〜0.15μm程度のものである。その比が大きすぎる
と、又は長さが長すぎると推進薬の製造性が低下し、又
その比が小さすぎると、又は長さが短すぎると燃焼速度
の増大率が低下する傾向がある。
本発明で用いることのできる市販の酸化鉄としては、例
えば、関東電化工業社製(商品名、Pferrox 2228、Pfer
rox 2228HC、Pferrox 2380、Pferrox 0038号等)、戸田
工業社製(商品名、YELLOW48)、チタン工業社製(商品
名、R−TH、R−1107、R−516L等)、石原産業社製
(商品名、FS− 1300、FS− 1500、FS− 1600、FS− 17
50等)等がある。
又、本発明には、他の金属、例えばコバルトのような金
属を数パーセント含有した棒状酸化鉄も用いることがで
きる。そのような例としては、関東電化工業社製(商品
名、Pferrico 2050、Pferrico 2560、Pferrico 0070、P
ferrico 2566、Pferrico 3570等)、石原産業社製(商
品名、CS− 3501、CS− 5250、CS− 7200、CS− 7400、
CS− 7550、CS− 7650、CS− 7750、CS− 7850等)等を
あげることができる。
この酸化鉄の推進薬中への添加割合は、他の成分に対し
て通常0.01〜10重量%であり、更に好ましくは、0.05〜
5重量%である。この割合が少なすぎると、燃焼速度増
大効果が少なく、又多すぎると、酸化鉄添加量に対する
燃焼速度の増大率が小さくなると共に、推進薬の比推力
が低下する傾向にある。
本発明のコンポジット固体推進薬の成分は公知である
が、次に説明する。
酸化剤としては、従来からコンポジット推進薬に用いら
れている過塩素酸アンモニウム(AP)のような過塩素酸
塩や、必要に応じて硝酸アンモニウム(AN)、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
チレントリニトラミン(RDX)などを用いてもよい。
バインダは、従来からコンポジット推進薬に用いられて
いるすべてのバインダが使用可能であり、特に燃焼特性
の面から好ましいバインダは、末端水酸基ポリブタジエ
ン(HTPB)、末端カルボキシル基ポリブタジエン(CTP
B)及び末端水酸基脂肪族ポリエーテル等である。
前記バインダには、イソフォロンジイソシアネート(IP
DI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)等の硬
化剤が用いられ、必要に応じてジオクチルアジペート
(DOA)、ジオクチルセバケート(DOS)のような可塑剤
も用いられる。
又、前記酸化剤とバインダとの接着性を向上させるため
に、トリス(2メチルアジリジニル)フォスフィンオキ
サイド(MAPO)、MAPO2モルとアジピン酸0.7モルと酒石
酸0.3モルとの反応生成物(MT−4)、ビスイソフタロ
イル−1−(2メチル)アジリジン(HX−752、スリー
エム社製)等の結合剤も必要に応じて用いられる。又、
老化防止剤も必要に応じて用いることができる。
助燃剤としては、例えばアルミニウム、ボロン等が通常
用いられる。
前記各成分のコンポジット推進薬中の含有量は、通常、
酸化剤が50〜85重量%、バインダが10〜30重量%、助燃
剤が0〜20重量%である。
本発明のコンポジット推進薬の製造方法は、棒状酸化鉄
を用いること以外は、従来の手順に従った製造方法であ
る。尚、棒状酸化鉄の添加は、例えば助燃剤を用いる場
合には、助燃剤を添加する工程で、又はその後で加える
ことができる。又バインダに予め添加してペースト状に
しておいてもよいし、或いは、可塑剤を使用する場合に
は、予め可塑剤に添加してペースト状にしておいて、そ
のペースト状のバインダや可塑剤を用いてもよい。
<発明の効果> 本発明の棒状酸化鉄を用いたコンポジット推進薬の製造
方法は、従来の粒状酸化鉄を用いた方法に比べ、推進薬
粘度が低く、且つポットライフが長いために製造性に優
れている。
又、本発明の燃焼触媒として棒状酸化鉄を含むコンポジ
ット推進薬は、粒状酸化鉄を含む推進薬に比べ、燃焼性
能、特に燃焼速度を大幅に増大できる点に特徴を有して
いる。そのために従来の推進薬に比べ、その使用量を少
なくすることが可能であり、従って比推力の低下が少な
い利点も有している。
<実 施 例> 以下、本発明を実施例、比較例によって具体的に説明す
る。
実施例 1 バインダである末端水酸基ポリブタジエン(HTPBプレポ
リマー;サートマー社製「Poly bdR−45M」)13.32重量
部に結合剤であるトリス(2−メチルアジリジニル)フ
ォスフィンオキサイド(アルシンコ社製「MAPO」)0.20
重量部を添加して混合し、次いでその混合物に助燃剤と
しての平均粒径10μmのアルミニウム粉を18.0重量部及
び燃焼触媒としての長さ約0.8μm、径約0.08μmの棒
状酸化鉄(チタン工業社製)を0.5重量部仕込み10分間
混合してペースト状の混合物を得た。次にこの混合物に
硬化剤であるイソフォロンジイソシアネート(IPDI)0.
48重量部を仕込み10分間真空混和を行なった。次いで酸
化剤である過塩素酸アンモニウムを68重量部仕込んで60
℃に加温して40分間真空混和を行なってスラリー状の混
和物を得た。この混和物を所定の成型容器に真空下で注
型し、真空脱泡後60℃で7日間硬化して推進薬を得た。
尚前記の真空混和直後のスラリー状の混和物について、
その60℃におけるスラリー粘度をE型粘度計を用いて測
定すると共に、ポットライフの測定を行なった。ポット
ライフの測定は、60℃下において推進薬粘度が40キロポ
イズに達するまでの時間を測定する方法であり、推進薬
の製造性を評価するためのものであり、一般に大型ロケ
ット用推進薬の場合、6時間以上のポットライフが必要
である。この推進薬の配合組成、粘度、ポットライフの
測定結果を第1表に示す。
この推進薬を用いて以下に示す方法で燃焼試験を行なっ
た。即ち直径80mm、内径40mm、長さ140mmの円筒状の推
進薬とし、その外周側面をエポキシ樹脂で被覆して薬幹
を作製した。この薬幹を内径84mmの標準ロケットモータ
用チャンバに装填して、燃焼圧力が50kgf/cm2となるよ
うにノズルスロート径を調整し、通常の小型ロケットモ
ータ用燃焼スタンド装置を使用して燃焼試験を行ない推
進薬の燃焼速度を測定した。測定結果を第1表に示す。
又、この推進薬配合での比推力を通常の計算方法で計算
した値も合わせて第1表に示す。
比較例 1 棒状酸化鉄を添加しない以外は、実施例1に準じで推進
薬を製造した。
又、実施例1と同じ方向でスラリー粘度、ポットライフ
及び燃焼速度を測定した。又、比推力も同様な方法で計
算した。これらの結果を第1表に示す。
実施例 2〜9 棒状酸化鉄の量、種類を第1表のように変えた以外は、
第1表の配合組成で各々の推進薬を製造した。
各々の推進薬について、実施例1と同じ方法でスラリー
粘度、ポットライフ及び燃焼速度を測定した。又、比推
力についても同様な方法で計算した。これらの結果を第
1表に示す。
比較例 2〜7 棒状酸化鉄を従来の粒状酸化鉄に変えた以外は、第1表
の配合組成で各々の推進薬を製造した。
各々の推進薬について、実施例1と同じ方法でスラリー
粘度、ポットライフ及び燃焼速度を測定した。但し比較
例4及び5の組成は、硬くてスラリー粘度及びポットラ
イフの測定ができなかった。
比推力についても各々の配合組成について、実施例1と
同様な方法で計算した。これらの結果を第1表に示す。
第1表中推進薬配合組成の各記号は次の物質を示す。
HTPBプレポリマー:Poly bd R−45M (サートマー社製) IPDI:イソフォロンジイソシアネート MAPO:トリス1(2メチルアジリジニル)フォスフィン
オキサイド 棒状酸化鉄1:長さ約0.8μm×径約0.08μmのもの(チ
タン工業社製、商品名R516L) 棒状酸化鉄2:長さ約0.4μm×径約0.06μmのもの(関
東電化工業社製、商品名Pferrox2228) 棒状酸化鉄3:長さ約0.7μm×径約0.1μmのもの(戸田
工業社製、商品名YELLOW48) 棒状酸化鉄4:長さ約0.3μm×径約0.03μmのもの(石
原産業社製、商品名FS−1500) 粒状酸化鉄:平均粒径約0.1μmのもの(東邦顔料社
製、商品名FR11) 実施例1〜6と比較例1〜4は粘結剤量が14重量部、助
燃剤と酸化剤が夫々18重量部、68重量部の推進薬であ
り、酸化鉄を外割で0〜5.0重量部加えたものである。
推進薬の燃焼速度は実施例2〜6と比較例1〜4とを比
べると明らかに、本発明の推進薬は燃焼速度が増大して
いることが分かる。又、比較例1〜5では、推進薬のス
ラリー粘度は粒状酸化鉄の添加量に従い増大し、又、ポ
ットライフも短くなっており、3.0重量部以上ではスラ
リー粘度、ポットライフ共に測定不能なまでに硬くなっ
ている。一方、本発明の棒状酸化鉄の場合、スラリー粘
度、ポットライフ共に、その変化は極く僅かであり、良
好な製造性を有していることが分かる。
実施例7,8、比較例5,6は、粘結剤量、酸化剤量、助燃剤
量を変えたものであるが、本発明の推進薬は何れも良好
な製造性を示し、又、燃焼速度も従来のものよりも高い
ことが分かる。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】バインダ及び酸化剤を主成分とするコンポ
    ジット固体推進薬において、長さと直径との比が1000以
    下で、かつ長さが10μm以下、直径が0.01μm以上であ
    る棒状酸化鉄を含有することを特徴とするコンポジット
    固体推進薬。
  2. 【請求項2】酸化鉄を含む注型式コンポジット推進薬の
    製造法において、酸化鉄として長さと直径との比が1000
    以下で、かつ長さが10μm以下、直径が0.01μm以上の
    棒状酸化鉄を用いることを特徴とするコンポジット固体
    推進薬の製造方法。
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