JPH07291771A - アジド基及びニトラト基含有固体推進薬 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比推力及び燃焼速度が高く、かつアジド基
及びニトラト基含有ポリマーを含む固体推進薬の圧力指
数を低下させた固体推進薬を提供すること。 【構成】 燃料結合剤の主成分が、アジド基及びニト
ラト基を含有するプレポリマーであり、酸化剤が過塩素
酸アンモニウムである組成物に金属化合物を配合するこ
とを特徴とする固体推進薬。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アジド基を含有する高
エネルギー化されたプレポリマーを用い、これに触媒を
配合することにより燃焼特性を改良した固体推進薬に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の固体推進薬は、酸化剤と燃料成分
からなるコンポジット推進薬と、ニトログリセリンとニ
トロセルロースを主成分とするダブルベース推進薬とに
大別される。

【０００３】コンポジット推進薬に使用される酸化剤と
しては、過塩素酸アンモニウムや硝酸アンモニウム等が
使用され、燃料兼結合剤としては、ポリウレタン、ポリ
ブタジエン等が使用され、その他金属燃料としては、ア
ルミ粉末等が用いられる。このコンポジット推進薬は、
ダブルベース推進薬に比べ高い比推力を有することか
ら、広く利用されている。

【０００４】このコンポジット推進薬をさらに燃焼性能
向上させるために、燃料成分いわゆるバインダーを高エ
ネルギー化したものが用いられるようになった。そのバ
インダーとして現在研究されているものとして、熱分解
により窒素分子を生成して多量の反応熱を放出するアジ
ド基を有するポリマーや、分子内に酸素を多量にもち、
熱分解によって発生ガス量が多いニトラト基を有するポ
リマーがあるが注目されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】過塩素酸アンモニウム
を酸化剤、バインダーにアジド基及びニトラト基を有す
るポリマーを用いた推進薬は、燃焼性能のうち低圧力領
域において燃焼しない、いわゆる不安定燃焼領域が存在
し、また高圧力領域においても圧力指数が極めて高いと
いう問題があった。

【０００６】一般的に燃焼速度ｒは ｒ＝ａＰｎ ａ：定数 Ｐ：圧力 ｎ：圧力指数 の関係が成立することが経験的に知られている。

【０００７】この意味するところは、燃焼圧力を増加す
ることにより燃焼速度が増大するということであるが、
ｎが大きい場合、わずかの圧力上昇で燃焼速度が大きく
変わることを意味する。

【０００８】従って、燃焼圧力の変動を押さえるため燃
焼面積及びノズルスロート面積を極めて正確に維持しな
ければならず、信頼性の高いロケットは得られにくい。

【０００９】これを避けるため、圧力指数ｎは一般に
１．０以下が好ましく、現状０．５以下が固体推進薬と
して用いられている。

【００１０】本発明は、こうした実状の下に、比推力及
び燃焼速度が高く、かつアジド基及びニトラト基含有ポ
リマーを含む固体推進薬の圧力指数を低下させた固体推
進薬を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記の問
題点を考慮し鋭意研究した結果、燃料結合剤の主成分が
アジド基及びニトラト基を含有するプレポリマー、好ま
しくは３，３−ビス（アジドメチル）オキセタンと３−
ニトラトメチル−３−メチロキセタンの共重合体である
燃料結合剤に酸化剤として過塩素酸アンモニウム及び金
属化合物として、８族、１Ｂ、２Ｂ族、５Ａ、６Ａ、７
Ａ族元素の酸化物及び／又は有機金属化合物を配合する
ことにより高比推力で高燃焼速度をもち、かつ圧力指数
を低下できるという特性を見いだし本発明を完成するに
至った。

【００１２】本発明において使用されるアジド基含有プ
レポリマーとしては、アジド基を含有するプレポリマー
であれば、特に制限はなく例えば、３−アジドメチル−
３−メチロキセタン（ＡＭＭＯ）のプレポリマー、グリ
シジルアジドポリマー（ＧＡＰ）、３，３−ビス（アジ
ドメチル）オキセタン（ＢＡＭＯ）のプレポリマー等が
一般的である。また、ニトラト基含有プレポリマーとし
ては、３−ニトラトメチル−３−メチロキセタン（ＮＭ
ＭＯ）のプレポリマー、３，３−ビス（ニトラトメチ
ル）オキセタン（ＢＮＭＯ）のプレポリマー等が一般的
である。

【００１３】この中で、ＢＡＭＯはアジド基の含有量が
最も多く、従って、エネルギーが大きいが、このポリマ
ーは常温で固体である。そこで下記（１）式で表される
ごときニトラト基含有のＮＭＭＯと共重合することによ
り、常温で液状化して（ＵＳＰ ５０９９０４２）、推
進薬としての燃料結合剤として使用可能とする。

【００１４】

【化１】

【００１５】なお、このプレポリマー共重合体にオキセ
タンやテトラヒドロフラン等の第３成分を加えて共重合
することもでき、このような第３成分を加えたものでも
よい。

【００１６】添加する金属化合物は、８族、１Ｂ、２Ｂ
族、５Ａ、６Ａ、７Ａ族の元素の酸化物及び／又はフェ
ロセン誘導体、フタロシアニン誘導体のような有機金属
化合物が用いられる。前記８族元素としては、鉄、コバ
ルト、ニッケルが好ましく、１Ｂ族元素としては、銅、
銀が好ましく、２Ｂ族元素としては亜鉛が好ましく、５
Ａ族元素としてはバナジウムが好ましく、６Ａ族元素と
してはクロムが好ましく、また、７Ａ族元素としてはマ
ンガンが好ましい。特に、各種の鉄酸化物が好ましく例
えば酸化第二鉄、四三酸化鉄が特に好ましい。また、ｎ
−ブチルフェロセン、２，２−ビス（エチル フェロセ
ニル）プロパン等のフェロセン誘導体も好ましい。その
添加量は、固体推進薬に対して外割で０．１〜６％、好
ましくは１〜３％であり、０．１％以下より少ないと有
効でなくなり、また６％以上加えると効果が減少する。

【００１７】

【実施例】以下に、本発明を実施例によって具体的に説
明する。

【００１８】表１に示す組成により各種推進薬を製造し
た。アジド基及びニトラト基含有プレポリマーとして
は、ＢＡＭＯ／ＮＭＭＯをモル比で７対３の共重合体を
用いた。

【００１９】まず、プレポリマーと硬化触媒、架橋剤、
可塑剤及び硬化剤を加温で混合し、その中に燃焼触媒を
添加し、さらに過塩素酸アンモニウムを投入したのち混
合・脱泡した。硬化は、６０℃で約７日間行った。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１に示す各種推進薬を用いて、以下の方
法により燃焼速度等を調べた。

【００２２】固体推進薬を外径７ｍｍφ、長さ７０ｍｍ
の円筒に切り出し円筒状の側面に、約１ｍｍ厚さの樹脂
層（燃焼制御層）を形成し、試料を作製した。このよう
な試料は、ストランド推進薬と一般に呼ばれる。

【００２３】ストランド推進薬の一端より約１０ｍｍの
所に点火用のニクロム線を通し、また一端から２０ｍｍ
と６０ｍｍの箇所にヒューズ線を通した。

【００２４】ニクロム線によりストランド推進薬を圧力
容器内に密閉し加圧下で着火燃焼させ２本のヒューズ線
が切断した時間差でヒューズ線間（ここでは４０ｍｍ）
を除した値として、燃焼速度とする。

【００２５】この測定は加圧下で行うが、燃焼容器とス
トランド推進薬燃焼中に一定厚に保つために十分な容量
をもつ蓄圧器とが連結されたストランド燃焼器を用い、
燃焼容器中にストランド推進薬をセットし、所定圧に窒
素ガスで加圧したのち着火するものとする。

【００２６】得られた各種推進薬の燃焼速度を表２に示
す。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、燃料結合剤の主成
分がアジド基及びニトラト基を含有するポリマーである
固体推進薬において、成分として金属酸化物を含むこと
により以下の特長を有することが判明した。

【００２９】１．圧力１１Ｍｐａ以下においても、燃焼
が安定となる。

【００３０】２．圧力指数が、０．０５〜０．１７と極
めて低く、本試験圧力範囲においてはプラトー現象が発
現している。

【００３１】このプラトー現象は、通常はダブルベース
推進薬でよく認められるが、コンポジット推進薬におい
ては極めてまれであり、特に金属酸化物を配合した場合
においてプラトー現象が見られることは、本発明で発見
されたことがらである。 ３．燃焼速度についても、約２．５倍に増加しており、
固体推進薬の利用拡大が望める。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿南 敏行 大分県大分市大字里2620番地 旭化成工業 株式会社内 (72)発明者 甲斐 竜巳 大分県大分市大字里2620番地 旭化成工業 株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料結合剤の主成分が、アジド基及びニ
   トラト基を含有するプレポリマーであり、酸化剤が過塩
   素酸アンモニウムである組成物に金属化合物を配合する
   ことを特徴とする固体推進薬。
2. 【請求項２】 プレポリマーが、３，３−ビス（アジド
   メチル）オキセタンと３−ニトラトメチル−３−メチロ
   キセタンの共重合体であることを特徴とする請求項１記
   載の固体推進薬。
3. 【請求項３】 金属化合物が周期律表の８族、１Ｂ、２
   Ｂ族、５Ａ、６Ａ、７Ａ族の元素の酸化物及び／又は有
   機金属化合物であることを特徴とする固体推進薬。