KR101864940B1 - 고폭화약용 단열재 폼 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단열재 폼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고폭화약이 충전되는 탄두 및 유도무기 등의 내면에 적용되어 온도 변화 및 충격 등의 외부 환경으로부터 상기 탄두 및 유도무기 등의 저장성과 생존성을 극대화시키는 고폭화약용 단열재 폼에 관한 것이다.
본 발명의 고폭화약용 단열재 폼은 다공성 입자; 하이드록시기를 포함하는 프리 폴리머; 및 이소시아네이트;를 포함하여 제조되고, 상기 프리 폴리머는 폴리부타디엔계, 폴리에스테르계, 폴리에테르계, 폴리실록산계 또는 플루오르계 중 어느 하나가 적용된 것을 특징으로 한다.

Description

고폭화약용 단열재 폼{THERMAL INSULATION FOAMS FOR HIGH EXPLOSIVE}
본 발명은 단열재 폼에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고폭화약이 충전되는 탄두 및 유도무기 등의 내면에 적용되어 온도 변화 및 충격 등의 외부 환경으로부터 상기 탄두 및 유도무기 등의 저장성과 생존성을 극대화시키는 고폭화약용 단열재 폼에 관한 것이다.
고폭화약이 충전된 탄두 및 유도무기 등은 저장, 운반 및 운용 기간 중 지속적이고 주기적인 외부 온도변화, 화재와 같은 가혹한 환경 및 외부로부터의 충격 등의 외부 환경에 노출된다.
특히 외부 온도변화는 탄두 및 유도무기에 충전된 고폭화약의 변화를 초래함으로써 상기 고폭화약의 저장수명을 단축시킬 뿐 아니라, 화재와 같은 유사 시 화염에 노출되었을 경우 급속/완속 가열에 의한 자연 발화(cook off) 현상이 발생하여 폭발사고로 이어지는 최악의 경우를 초래할 수 있다.
따라서 이를 방지하기 위해 탄두 및 유도무기 등의 내면에 경제적이고 손쉽게 구할 수 있으며 용융 가공성이 우수한 아스팔트(asphalt) 라이너가 적용되고 있다.
그러나 이러한 아스팔트 라이너는 일반적으로 아스팔트에 포함된 약 6%의 황(sulfur)과 약 25%의 광물(mineral matter)이 고폭화약과 양립하지 않는 특성으로 인해 고폭화약과의 화학적 양립성의 문제가 발생하고 있으며, 이는 특히 암모니움 나이트레이트(AN)계 고폭화약에서 현저하게 문제가 되고 있다.
또한, 상기와 같은 양립성의 문제는 탄두 및 유도무기로부터 고폭화약을 분리해내는 분리공정 시 아스팔트 라이너가 포함되지 않은 순수한 고폭화약의 분리가 어려운 문제를 발생시키는 한편, 아스팔트가 TNT 등의 일부 고폭화약의 노화공정을 가속화하여 발열분해를 개시할 수 있는 불안정성을 야기한다는 문제 또한 보고되고 있다.
현재 이러한 문제로 아스팔트 라이너를 대체할 수 있는 물질에 대한 연구가 진행되고 있으며, 하이드록시 터미네이티드 폴리부타디엔(Hydroxyl-terminated polybutadiene, HTPB) 기반의 폴리우레탄 라이너 등이 개발되어 일부 유도무기에 적용되고 있지만 여러 가지 성능적인 측면에서 부족한 문제가 제기되고 있다.
대한민국공개특허 제2016-0094350호
이에 상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 고폭화약이 충전되는 탄두 및 유도무기 등의 내면에 적용되어 온도 변화 및 충격 등의 외부 환경으로부터 상기 탄두 및 유도무기 등의 저장성과 생존성을 극대화시키는 고폭화약용 단열재 폼을 제공하는 데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고폭화약용 단열재 폼은, 다공성 입자; 하이드록시기를 포함하는 프리 폴리머; 및 이소시아네이트;를 포함하여 제조되고, 상기 프리 폴리머는, 폴리부타디엔계, 폴리에스테르계, 폴리에테르계, 폴리실록산계 또는 플루오르계의 프리 폴리머 중 어느 하나가 적용된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하이드록시기를 포함하는 폴리실록산계 프리 폴리머는, 하기 화학식인 것을 특징으로 한다.
Figure 112016091566075-pat00001
상기 화학식에서, R1 또는 R2는 수소, 알킬기, 시클로알킬기 또는 아릴기 중 어느 하나가 적용될 수 있으며, R3 또는 R4는 메틸렌옥사이드, 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드, 아킬렌옥사이드기 중 어느 하나가 적용될 수 있으며, 중합도 n은 1 내지 100의 수이고, 중합도 m은 1 내지 20의 수이다.
또한, 상기 다공성 입자는, 다공성 유리 마이크로 입자 또는 고분자층으로 구성된 박막을 가진 유기물 다공성 마이크로 입자 중 어느 하나 이상이 혼합 적용된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이소시아네이트는, 이소포론 디이소시아네이트, 4,4-메틸렌디아페닐 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 중 어느 하나가 적용된 것을 특징으로 한다.
또한, 디올 연쇄연장제, 가소제, 우레탄 반응촉매 또는 경화촉매를 추가로 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 탄체와 고폭화약의 사이에 위치하는 라이너로 적용되며, 하이드록시 터미네이티드 폴리부타디엔기반의 폴리우레탄보다 열전도도 및 상기 고폭화약과 이루는 계면 접착력이 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고폭화약용 단열재 폼은 아스팔트 라이너 또는 하이드록시 터미네이티드 폴리부타디엔(HTPB) 기반의 폴리우레탄 라이너의 기존 물질에 비해 낮은 열전도도와 높은 열안정성으로 외부 온도변화의 영향을 최소화함으로써, 탄두 및 유도무기의 저장수명을 연장하는 효과와 화재와 같은 유사 시 화염에 노출되었을 경우 고폭화약의 생존시간을 연장함으로써, 자연 발화 현상으로 인한 폭발사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 기존 물질에 비해 우수한 기계적 물성으로 외부로부터 가해지는 충격으로부터 고폭화약의 생존성을 유지하는 효과가 있다.
또한, 상기 기존 물질에 비해 고폭화약과의 양립성이 우수할 뿐 아니라, 고폭화약과의 낮은 계면 접착력으로 고폭화약 내에 기공과 같은 결함의 생성을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 단열재 폼이 적용된 탄두를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예 2 및 실시 예 4의 단열재 폼의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시 예 1 내지 5의 열전도도를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시 예 1 내지 5의 인장시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 5는 HTPB 기반의 폴리우레탄과 폴리실록산계 폴리우레탄의 계면 접착력 시험 결과를 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 5의 계면 접착력 평가한 시편의 접착면을 보여주는 사진이다.
이하, 본 발명의 고폭화약용 단열재 폼을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명하며, 이는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 하는 설명에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예인 단열재 폼(20)이 적용된 탄두(100)를 보여주는 모식도로, 도 1에 도시된 바와 같이, 탄두(100)의 외면을 이루고 있는 탄체(10)와 상기 탄체(10)의 내부에 충전된 고폭화약(30)의 사이에 위치하는 라이너로 적용되어, 상기 탄체(10)의 내면을 따라 단열재 폼(20)이 위치해 있다.
이러한 단열재 폼(20)은 온도변화 및 충격 등의 외부 환경으로부터 고폭화약(30)을 보호함으로써, 탄두(10) 내 고폭화약(30)의 저장성과 생존성을 연장하는 데 중요한 역할을 한다.
도면으로는 도시되어 있지 않지만, 단열재 폼(20)은 탄두(100) 외 다양한 유도무기 등에도 적용될 수 있다.
본 발명의 단열재 폼(20)은 다공성 입자(25), 하이드록시기를 포함하는 프리 폴리머 및 이소시아네이트(isocyanate)를 포함하여 제조되며, 도 1에 도시된 바와 같이 내부에 복수 개의 다공성 입자(25)가 분산되어 있다.
상기 다공성 입자(25)는 외표면 상의 복수 개의 기공(pore) 및/또는 내부 영역으로의 채널(channel)을 갖는 입자를 말하며, 다공성 유리 마이크로 입자(hollw glass microsphere) 또는 고분자층으로 구성된 박막을 가진 유기물 다공성 마이크로 입자 중 어느 하나 이상이 혼합 적용되는 것이 가장 바람직하나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
특히 상기 다공성 유리 마이크로 입자의 경우는 2 내지 150㎛의 입자 크기, 0.05 내지 0.40g/㎖의 벌크 밀도, 0.05 내지 5㎛의 유리막두께 및 0.05 내지 0.1W/m·K의 열전도도를 갖는 것이 가장 바람직하다.
한편, 상기 고분자층으로 구성된 박막을 가진 유기물 다공성 마이크로 입자의 경우는 열에 의해 팽창된 마이크로 입자와 팽창되기 전 마이크로 입자를 모두 포함한다.
여기서 상기 열에 의해 팽창된 마이크로 입자는 일반적으로 팽창되기 전보다 지름이 3 내지 5배 증가하고 부피가 50 내지 100배 증가하며, 본 발명에서는 10 내지 100㎛의 입자 크기, 는 0.1 내지 1㎛의 고분자층으로 구성된 박막의 두께를 갖는 열에 의해 팽창된 마이크로 입자를 적용하는 것이 가장 바람직하다.
한편, 상기 하이드록시기를 포함하는 프리 폴리머로는 폴리부타디엔(polybutadiene)계, 폴리에스테르(polyester)계, 폴리에테르(polyether)계, 폴리실록산(polysiloxane)계 또는 플루오르(fluorine)계의 프리 폴리머 중 어느 하나가 적용되며, 하이드록시기가 말단에 치환된 폴리실록산계 프리 폴리머 또는 계면에너지가 낮은 플루오르계 프리 폴리머를 적용하는 것이 바람직하다.
여기서 상기 하이드록시기가 말단에 치환된 폴리실록산계 프리 폴리머는 하기 화학식 1을 포함한다.
Figure 112016091566075-pat00002
상기 화학식 1에서, R1 또는 R2는 수소, 알킬기, 시클로알킬기 또는 아릴기 중 어느 하나가 적용될 수 있으며, 서로 상이할 수 있다.
또한, R3 또는 R4는 메틸렌옥사이드, 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드 또는 아킬렌옥사이드기 중 어느 하나가 적용될 수 있으며, 서로 상이할 수 있다.
또한, 중합도 n은 1 내지 100의 수이고, 중합도 m은 1 내지 20의 수이다.
한편, 상기 이소시아네이트(isocyanate)는 이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate, IPDI), 4,4-메틸렌디아페닐 디이소시아네이트(4,4-dimethylenediphenyl diisocyanate, MDI), 톨루엔 디이소시아네이트(toluene diisocyanate, TDI) 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트(hexamethylene diisocyanate, HMDI) 중 어느 하나가 적용되는 것이 바람직하나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 다공성 입자(25), 하이드록시기를 포함하는 프리 폴리머 및 이소시아네이트(isocyanate) 외에도 디올 연쇄연장제, 가소제, 우레탄 반응촉매 또는 경화촉매 등의 첨가제가 추가로 포함하여 제조될 수 있다.
여기서 상기 경화촉매는 철 아세틸아세토네이트(ferric aceylacetonate, FeAA3), 다이부틸 틴 라우레이트(dibutyle tin laurate)를 포함하는 틴(tin)계 경화촉매, 트리페닐 비스무스(triphenyl bismuth) 또는 3,5-다이니트로 살리실산(3,5-dinitrosalicyclic acid) 중 어느 하나 이상이 혼합 적용되는 것이 가장 바람직하나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 단열재 폼(20)은 내부에 포함된 다공성 입자(25)의 중량비가 단열재 폼(20)의 총 중량의 10 내지 90 중량%를 갖는 것이 가장 바람직하며, 이는 다공성 입자(25)의 중량비가 상기 범위를 벗어날 경우 단열재 폼(20)의 성능과 가공성이 저하되기 때문이다.
이하, 본 발명을 비교 예 및 실시 예를 이용하여 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 하기의 비교 예 및 실시 예는 본 발명의 예증을 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다.
비교 예 또는 실시 예를 제조하기 위해 사용된 하이드록시 터미네이티드 폴리부타디엔(HTPB)은 국방과학연구소로부터 제공받았으며, 상기 화학식 1의 폴리실록산계 프리 폴리머, 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 및 촉매 등은 시그마 알드리치(Sigma-aldrich) 사로부터 구입하였다.
또한, 다공성 입자(25)인 다공성 유리 마이크로 입자는 Sinosteel Maanshan Institute of Mining Research Co., Ltd 사로부터 구입하였고, 열 팽창된 마이크로 입자(MFL-100MCA) 및 열 팽창되지 않은 마이크로 입자(MSH-320)는 Matsumoto Yushi-Seiyaku Co., Ltd.로부터 구입하였다.
한편, 비교 예 또는 실시 예를 분석하기 위한 평가는 다음과 같은 방법으로 수행되었다.
먼저, 열전도도는 transient hot bridge 법을 이용한 열전도도 측정기(Linseis Thermal Analysis THB-1)를 사용하여 30℃에서 측정하였으며, 최소 3회 이상 측정한 값의 평균을 구하여 결과로 나타내었다.
또한, 기계적 물성의 인장응력, 인장 변형율 및 모듈러스 측정은 DIN-53504 type S2 규격에 맞춰 제작한 시편으로 실험하였으며, 만능물성분석기(Texture Analyzer, TA-HD+1500, Stable Micro System)을 이용하여 측정하였다.
상기 측정 조건은 50mm/min의 cross head speed 및 50kgf의 로드셀(load cell)로 측정하였으며, 최소 3개 이상의 시편을 측정한 값의 평균을 구하여 결과로 나타내었다.
또한, 표면 에너지는 시편 표면의 접촉각 측정을 통하여 계산되었다. Sessile drop method를 적용하여 물을 극성 액체로 CH2I2를 비극성 액체로 각각 사용하여 접촉각 측정기(GSX, Surfacetech Co. Ltd)로 접촉각을 측정하였다. Wu's harmonic mean method를 적용하여 최종적으로 표면에너지를 계산하였다.
먼저, 본 발명의 비교 예는 현재 유도무기 등의 라이너로 사용되는 하이드록시 터미네이티드 폴리부타디엔 기반의 폴리우레탄으로, 하이드록시 터미네이티드 폴리부타디엔(HTPB), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 및 디올 연쇄연장제, 가소제, 우레탄 반응촉매 또는 경화촉매 등의 첨가제를 혼합 또는 합성하여 제조하였다.
다음으로, 본 발명의 실시 예 1 내지 5는 열 팽창된 마이크로 입자, 상기 화학식 1의 폴리실록산계 프리 폴리머, 이소포론 디이소시아네이트(IPDI) 및 디올 연쇄연장제, 가소제, 우레탄 반응촉매 또는 경화촉매 등의 첨가제를 혼합 또는 합성하여 제조하였다.
그리고 이에 따라 제조된 실시 예 1, 2, 3, 4, 5는 각각 순서대로 15, 30, 45, 60, 75vol%의 단열재 폼(20) 내의 열 팽창된 마이크로 입자의 부피비(microsphere content)를 갖는다.
도 2는 실시 예 2와 실시 예 4의 단면을 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 측정한 사진으로, 단열재 폼(20) 내부에 복수 개의 열 팽창된 마이크로 입자가 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 2-(a)의 실시 예 2보다 도 2-(b)의 실시 예 4가 상대적으로 많은 양의 다공성 입자(25)가 단열재 폼 내부에 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.
한편, 하기 표 1은 앞서 제조한 비교 예 및 실시 예 1 내지 5의 열전도도, 인장응력, 인장 변형율, 모듈러스 및 표면에너지를 측정한 결과이다.

구분		 열전도도
(W/m·K)		 기계적 물성 표면에너지
(mN/m)
인장응력
(MPa)		 인장 변형율
(%)		 모듈러스
(MPa)
비교 예 0.189 0.57±0.03 584.5±59.0 0.43±0.01 43.3
실시 예 1 0.138 4.15±0.45 636.4±70.6 4.13±0.15 41.6
실시 예 2 0.120 2.59±0.06 472.7±8.9 4.66±0.10 40.5
실시 예 3 0.095 2.05±0.01 292.6±56.9 4.71±0.08 40.3
실시 예 4 0.080 1.43±0.04 71.8±5.3 4.10±0.11 41.0
실시 예 5 0.061 1.10±0.04 51.4±2.0 3.50±0.09 37.5
열전도도의 경우 실시 예 1 내지 5가 비교 예보다 낮은 값을 갖는 것을 확인할 수 있고, 기존 라이너로 사용되는 아스팔트의 열전도도인 0.75W/m·K와 비교하였을 때도 현저하게 낮은 열전도도를 갖는다는 것을 확인할 수 있다.
이는 본 발명의 단열재 폼(20)이 기존 라이너로 사용되는 하이드록시 터미네이티드 폴리부타디엔 기반의 폴리우레탄과 아스팔트에 비해 단열 성능이 우수하다는 것을 의미하며, 이를 통해 기존 라이너에 비해 더욱 효과적으로 외부 온도변화로 인해 고폭화약(30)의 저장성과 생존성이 저하되는 문제를 최소화하는 효과를 갖는다.
도 3은 실시 예 1 내지 5에 따른 열전도도 변화를 보여주는 그래프로, 실시 예 1에서 5로 갈수록 열전도도의 값이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해 단열재 폼(20) 내의 열 팽창된 마이크로 입자의 부피비가 증가할수록 단열 성능이 더 우수하다는 것을 확인할 수 있다.
따라서 단열재 폼(20) 내의 다공성 입자(25)의 부피 비를 조절함으로써 단열재 폼(20)의 단열 성능을 제어할 수 있다는 것을 알 수 있다.
한편, 기계적 물성의 경우도 실시 예 1 내지 5가 비교 예에 비해 높은 인장응력을 갖는 것을 확인할 수 있고, 최대 약 7배 차이를 보이는 것을 알 수 있다.
이는 본 발명의 단열재 폼(20)이 기존 라이너로 사용되는 하이드록시 터미네이티드 폴리부타디엔 기반의 폴리우레탄에 비해 기계적 물성이 우수하다는 것을 의미하며, 이를 통해 기존 라이너에 비해 더욱 효과적으로 외부 충격으로 인해 고폭화약(30)의 저장성과 생존성이 저하되는 문제를 최소화하는 효과를 갖는다.
도 4는 실시 예 1 내지 5에 따른 인장시험의 결과를 보여주는 그래프로, 실시 예 1에서 5로 갈수록 인장응력이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해 단열재 폼(20) 내의 열 팽창된 마이크로 입자의 부피비가 증가할수록 기계적 물성이 낮아지는 경향을 확인할 수 있었고, 단열재 폼(20) 내의 다공성 입자(25)의 부피비를 조절함으로써 단열재 폼(20)의 기계적 물성을 제어할 수 있다는 것을 알 수 있다.
한편, 표면에너지의 경우 실시 예 1 내지 5가 비교 예에 비해 낮은 값을 갖는 것을 확인할 수 있다.
이러한 낮은 표면에너지는 단열재 폼(20)이 탄두(100)에 적용되었을 때, 고폭화약(30)과의 낮은 계면 접착력을 형성하는데 기여하게 된다.
실제로 도 1에 도시된 바와 같이, 라이너는 탄체(10)와 고폭화약(30)의 사이에 위치하여 고폭화약(30)과의 접착계면을 형성하게 되는데, 이 때 계면 접착력이 높게 되면 고폭화약(30) 내에 기공과 같은 결함의 생성을 야기하고, 또 추후 탄두(100)로부터 고폭화약(30)을 분리하는 분리공정 시 순수한 고폭화약(30)을 분리해내는 데 어려운 문제가 발생한다.
따라서 라이너가 고폭화약(30)과의 낮은 계면 접착력을 형성하는 것은 낮은 열전도도 및 높은 기계적 물성 등과 함께 라이너에게 요구되는 중요한 특성이다.
도 5 내지 6은 기존 라이너로 사용되는 HTPB 기반의 폴리우레탄과 본 발명의 단열재 폼(20)에 적용되는 상기 화학식 1의 폴리실록산계 프리 폴리머를 적용한 폴리실록산계 폴리우레탄이 고폭화약과 이루는 계면 접착력을 실험한 결과를 보여주는 그래프와 사진이다.
상기 계면 접착력 실험은 일반적으로 고폭화약을 구성하는 고분자로 널리 사용되고 있는 하이드록시 터미네이티드 폴리부타디엔(HTPB) 기반의 폴리우레탄을 사용하여 진행하였다.
상기 계면 접착력 실험을 위한 시편은 다음과 같은 방법으로 제조하였다.
2mm 두께의 HTPB 기반의 폴리우레탄과 폴리실록산계 폴리우레탄의 시편 위에 각각 고폭화약의 대체물질인 HTPB 기반의 폴리우레탄을 직접 부어 경화시켜 2층 구조의 HTPB 기반의 폴리우레탄-HTPB 기반의 폴리우레탄 시편과 폴리실록산계 폴리우레탄-HTPB 기반의 폴리우레탄 시편을 제작하였으며, 이 때 접착면을 제외한 부분에서 접착이 발생하지 않도록 방지하였다.
이후 만능시험기를 통해 상기 HTPB 기반의 폴리우레탄-HTPB 기반의 폴리우레탄 시편과 폴리실록산계 폴리우레탄-HTPB 기반의 폴리우레탄 시편의 인장시험을 실시하였고, 이를 통해 각각의 접착면이 완전히 분리되는데 필요한 힘인 계면 접착력을 측정하였다.
도 6-(a)는 HTPB 기반의 폴리우레탄-HTPB 기반의 폴리우레탄 시편의 인장시험 결과이고, 도 6-(b)는 폴리실록산계 폴리우레탄-HTPB 기반의 폴리우레탄 시편의 인장시험 결과이다.
HTPB 기반의 폴리우레탄-HTPB 기반의 폴리우레탄 시편은 약 220.41N/m의 계면 접착력을 갖는 것을 확인하였고, 반면에 폴리실록산계 폴리우레탄-HTPB 기반의 폴리우레탄 시편은 상기 220.41N/m의 약 1/5배인 약 44.78N/m의 계면 접착력을 갖는 것을 확인하였다.
즉, HTPB 기반의 폴리우레탄-HTPB 기반의 폴리우레탄 시편에 비해 폴리실록산계 폴리우레탄-HTPB 기반의 폴리우레탄 시편의 경우가 낮은 계면 접착력을 갖는다는 것을 알 수 있었다.
이를 통해 실제 고폭화약(30)과 이루는 계면 접착력 또한 기존 라이너로 적용되는 HTPB 기반의 폴리우레탄에 비해 본 발명의 단열재 폼(20)에 적용되는 폴리실록산계 폴리우레탄이 낮은 계면 접착력의 값을 가질 것으로 예측할 수 있다.
또한, 실제 인장시험 후 상기 두 시편의 모습을 보여주는 도 7에서도 알 수 있듯이, 도 6-(a)의 HTPB 기반의 폴리우레탄-HTPB 기반의 폴리우레탄 시편은 분리된 접착면의 거칠기가 매우 거친 것을 볼 수 있으며, 이는 상호 침투에 의한 접착이 발생하여 계면 접착력이 상승하였기 때문이다.
반면에, 도 6-(b)의 폴리실록산계 폴리우레탄-HTPB 기반의 폴리우레탄 시편은 분리된 접착면의 거칠기가 매끄러운 것을 볼 수 있다.
이렇듯 계면 접착력의 차이를 보이는 것은 표면에너지의 차이 때문이며, 표면에너지가 낮을수록 고폭화약(30)과의 낮은 계면 접착력을 형성하게 되는 것이다.
즉, 본 발명의 단열재 폼(20)은 기존 라이너로 사용되는 하이드록시 터미네이티드 폴리부타디엔(HTPB) 기반의 폴리우레탄에 비해 낮은 표면에너지를 가지고, 이로 인해 고폭화약(30)과의 낮은 계면 접착력을 형성함으로써 고폭화약(30)내에 기공과 같은 결함의 생성을 최소화하고, 또 탄두(100)로부터 고폭화약(30)을 분리하는 분리공정 시 분리된 고폭화약(30)의 순도를 높이는 효과가 있다.
결론적으로, 본 발명의 단열재 폼은 낮은 열전도도를 가지고, 이로 인해 단열 성능이 우수함으로써, 외부 온도변화로부터 탄두 및 유도무기의 저장수명을 연장함과 동시에 화재와 같은 유사 시 화염에 노출되었을 경우 고폭화약의 생존시간을 연장함으로써 자연 발화 현상으로 인한 폭발사고를 방지하는 효과가 있다.
또한, 상기 단열재 폼은 기존 라이너로 적용되는 고분자 물질에 비해 우수한 기계적 물성으로 외부 충격으로부터 고폭화약의 생존성을 유지하는 효과가 있다. 또한, 상기 단열재 폼은 고폭화약과의 낮은 계면 접착력으로 고폭화약내에 결함의 생성을 최소화하고 탄두로부터 분리된 고폭화약의 순도를 높이는 효과가 있다.
한편, 지금까지 설명한 본 발명의 단열재 폼(20)을 제조하는 방법은 다음과 같다.
용매 하에서 하이드록시기를 포함하는 프리 폴리머와 다공성 입자(25)를 혼합하는 제 1혼합단계; 40 내지 70℃의 온도에서 감압하여 수분 및 기포를 제거하면서 혼합하는 제 2혼합단계; 20 내지 40℃의 온도에서 이소시아네이트를 첨가하고 기포를 제거하면서 혼합하는 제 3혼합단계; 경화촉매를 첨가하여 혼합하는 제 4혼합단계; 및 40 내지 100℃의 온도에서 경화시키는 경화단계;를 포함하여 진행된다.
본 발명인 고폭화약용 단열재 폼의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.
아울러 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 즉, 본 명세서에서, ‘구성된다.’, ‘이루어진다.’ 또는 ‘포함한다.’ 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계 들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 탄두
10 : 탄체
20 : 단열재 폼
25 : 다공성 입자
30 : 고폭화약

Claims (6)

  1. 다공성 입자;
    하이드록시기를 포함하는 폴리실록산계 프리 폴리머; 및
    이소시아네이트;를 포함하여 제조되고,
    상기 하이드록시기를 포함하는 폴리실록산계 프리 폴리머는,
    하기 화학식인 것을 특징으로 하는 고폭화약용 단열재 폼.
    Figure 112018005538600-pat00010

    상기 화학식에서,
    R1 또는 R2는 수소, 알킬기, 시클로알킬기 또는 아릴기 중 어느 하나가 적용되고,
    R3 또는 R4는 메틸렌옥사이드, 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드 또는 아킬렌옥사이드기 중 어느 하나가 적용되며,
    중합도 n은 1 내지 100의 수이고, 중합도 m은 1 내지 20의 수이다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 입자는,
    다공성 유리 마이크로 입자 또는 고분자층으로 구성된 박막을 가진 유기물 다공성 마이크로 입자 중 어느 하나 이상이 혼합 적용된 것을 특징으로 하는 고폭화약용 단열재 폼.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이소시아네이트는,
    이소포론 디이소시아네이트, 4,4-메틸렌디아페닐 디이소시아네이트, 톨루엔 디이소시아네이트 또는 헥사메틸렌 디이소시아네이트 중 어느 하나가 적용된 것을 특징으로 하는 고폭화약용 단열재 폼.
  5. 제1항에 있어서,
    디올 연쇄연장제, 가소제, 우레탄 반응촉매 또는 경화촉매를 추가로 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 고폭화약용 단열재 폼.
  6. 제1항에 있어서,
    탄체와 고폭화약의 사이에 위치하는 라이너로 적용되며,
    하이드록시 터미네이티드 폴리부타디엔기반의 폴리우레탄보다 열전도도 및 상기 고폭화약과 이루는 계면 접착력이 낮은 것을 특징으로 하는 고폭화약용 단열재 폼.

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