KR101903237B1 - 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제 - Google Patents

소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제에 대한 것으로, 보다 상세하게는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법에 있어서 니트로셀룰로스, 펄프, 수지, 안정제, 용매 및 강도 증가 첨가물을 포함하여 이루어지는 소진성 이격판을 제조하여 준비하는 단계, 추진제용 몰드에 소진성 이격판을 결합한 후 추진제를 충전하고 경화시키는 단계 및 상기 경화된 추진제를 인히비터용 몰더에 다시 결합한 후, 진공분위기 하에서 인히비터(inhibitor)를 도포하고 경화시켜 일체형의 로켓보조추진제를 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 종래의 로켓보조추진제에 있어서 각각의 추진제 그레인 세그먼트를 분리시켜주는 이격판의 소재로 폴리스티렌 대신 높은 연소성과 기계적 강도가 높은 재질의 이격판을 갖고 있어 기계적 강도 부족으로 인한 이격판의 변형과, 연소시 잔사 등이 발생하지 않아 로켓보조추진제의 노즐을 막지 않는 효과가 있다.

Description

소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조 방법 및 상기 방법으로 제조된 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제{METHOD FOR HYBRID SHELL OF INTEGRAL ROCKET ASSISTANCE PROPELLANT OF INCLUDING COMBUSTIBLE SEPARATOR AND HYBRID SHELL OF INTEGRAL ROCKET ASSISTANCE PROPELLANT OF INCLUDING COMBUSTIBLE SEPARATOR MANUFACTURED BY THE METHOD}
본 발명은 사거리 연장포탄의 사거리를 증대시키는 로켓보조추진제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 로켓보조추진제의 추진제 그레인 세그먼트 사이의 공간 유지를 위한 부품인 이격판의 소재를 강도가 높고 높은 연소성을 갖고 있어 추진제 연소 시 잔사가 발생하지 않는 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제에 관한 것이다.
일반적으로 155mm 사거리 연장포탄용 로켓보조추진제는 도 1에 도시된 바와 같이 155mm 사거리 연장포탄의(100)의 하부에 장착되어 항력감소제(30)가 연소한 후, 노즐마개 겸 점화장치(20)가 분리되면서 로켓보조추진제(30)을 연소시켜 포탄에 추가적인 추진력을 부가하여 사거리를 연장시키고자 사용된다.
이와 관련하여 종래의 선행기술문헌으로 대한민국 등록특허 제10-0134834호에는 폴리스티렌(polystyrene) 재질의 이격판을 적용한 155mm 포탄용 일체형 항력감소제 그레인 성형방법에 관한 기술을 제시하고 있다.
그러나 이와 같은 종래의 방법으로 그레인을 제조할 경우 로켓보조추진제는 항력감소제와 달리 길이가 길고 추진제 그레인 세그먼트 간의 간격이 항력감소제보다 좁아 폴리스티렌 이격판의 형상이 항력감소제에 적용되는 형상보다 길이가 길고 두께가 얇아 기계적 강도가 낮은 결과를 가져오게 된다. 이로 인해 종래의 로켓보조추진제에 사용되는 폴리스티렌 재질의 이격판의 강도는 약해져 추진제 그레인 성형 공정 중에서 추진제 그레인의 점도와 같은 유변학적 특징이나 진공분위기 하에서 이격판의 형상이 휨, 부러짐, 위치 이탈 등의 변형되므로 정상적인 추진제 그레인의 성형이 매우 어려운 문제점이 있다.
또한 추진제는 열경화성 특성을 가지고 있기 때문에 추진제의 성형과 경화가 완료된 형상을 다시 조정하기란 불가능하므로 변형된 이격판을 다시 조정하기란 어렵다.
대한민국 등록특허 제10-0134834호(1998.01.07)
이에 상기와 같은 문제점을 해결하고자 본 발명은 점성을 가지고 있는 바인더에 알루미늄파우더나 베릴륨파우더와 같은 연료와 산화제, 결합제, 용매 및 경화제 등을 주성분으로 한 추진제를 이용하여 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 한 부품으로 추진제 그레인 세그먼트(segment) 사이에 각각의 세그먼트를 분리시켜주기 위해 사용되는 이격판에 있어서, 종래의 폴리스티렌 재질의 이격판에 비해 기계적 강도와, 연소성이 높은 특징을 갖는 소진성 이격판을 사용함으로써, 로켓보조추진제의 이격판 형상의 변형이 없고, 추진제가 연소할 때 잔사를 남지 않도록 하여 로켓보조추진제의 노즐을 막지 않는 특성을 갖는 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 일체형 로켓보조추진제를 제공함을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제에 관한 것으로, 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법에 있어서 니트로셀룰로스(Nitrocellulose), 펄프, 수지, 안정제, 용매 및 강도 증가 첨가물을 포함하여 이루어지는 소진성 이격판을 제조하여 준비하는 단계, 추진제용 몰드에 소진성 이격판을 결합한 후 추진제를 충전하고 경화시키는 단계 및, 상기 경화된 추진제를 인히비터용 몰더에 다시 결합한 후, 진공분위기 하에서 불연의 인히비터(inhibitor) 물질을 도포하고 경화시켜 일체형 로켓보조추진제를 형성하는 단계를 포함한다.
특히, 상기 소진성 이격판을 제조하여 준비하는 단계는 니트로셀룰로스(Nitrocellulose), 펄프, 수지, 안정제 및 용매를 포함하여 원료 슬러리를 제조하는 단계, 상기 원료 슬러리를 슬러리 탱크로 이송한 후, 물로 희석하여 적정 농도가 되도록 고형분 농도가 0.3 내지 0.5 중량% 정도의 농도로 맞추는 단계, 상기 원료 슬러리 또는 상기 물로 희석된 원료 슬러리에 강도 증가 첨가물을 투입하는 단계 및 상기 강도 증가 첨가물이 투입된 상기 원료 슬러리를 펠팅공정으로 습펠트를 제조한 후, 상기 습펠트를 프레스 금형에 넣고 열과 압력을 가하여 최종 제품인 소진성 이격판을 성형하는 성형단계를 포함한다.
상기 소진성 이격판을 제조하여 준비하는 단계에서 소진성 이격판의 원료 슬러리는 원료 슬러리 전체 고형분에 대하여 니트로셀룰로스(Nitrocellulose)는 70 중량% 내지 80 중량%, 펄프와 수지의 합이 20 중량% 내지 30 중량%, 강도 증가 첨가물은 0.1 내지 10 중량%, 나머지 용매 및 안정제를 포함한다.
상기 강도 증가 첨가물은 폴라아크릴아미드(polyacrylamide, PAM), 폴리비닐아민(polyvinylamine, PVAm), 카복시메틸셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 및 양성전분(cationic starches) 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
아울러, 상기 강도 증가 첨가물은 pH가 5.0 내지 8.0이고, 밀도가 1.0 내지 1.1g/cm3이며, 점도가 200~800Pa.S 정도 일 수 있다.
상기 수지는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile Butadiene Styrene, ABS), 폴리우레탄(polyurethane, PU) 및 스티렌-부타디엔(Styrene-Butadiene, SB) 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 안정제로 디페린아민(Diphenylamine, DPA), 에틸센트라라이트(Ethylcentralite, ECL) 및 AKardite Ⅱ 중 어느 하나가 0 중량% 초과 2 중량% 이하로 포함될 수 있다.
한편, 상기 추진제는 알루미늄파우더 및 베릴륨파우더 중에서 선택되는 어느 하나 이상이고, 상기 인히비터 물질로는 하이드록시 터미네이티드 폴리부타디안(hydroxyl-terminated polybutadiene, HTPB)인 것 사용하는 것이 바람직하다.
그리고 앞서 설명한 바와 같이 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법에 따라 70 중량% 내지 80 중량%의 니트로셀룰로스를 함유하고, 펄프와 수지의 함량이 20 내지 30 중량%이며, 이격판의 장기 저장시 안정성을 유지하기 위해 안정제 등이 포함된 소진성 이격판을 포함한 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제가 제조될 수 있다.
또한, 이와 같이 제조된 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제에서 소진성 이격판의 압축강도는 1400kgf 내지 1600kg인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 명세서에서 사용된 사거리 연장포탄용이라는 용어는 다양한 범용 포탄으로 예를 들어 155mm, 105mm 및 120mm 등의 사거리 연장포탄을 의미하며, 본 발명의 사거리 연정포탄용 일체형 로켓보조추진제는 155mm 사거리 연장포탄에 적용되는 일체형 로켓보조추진제에 적용되는 것이 바람직하다.
이러한 본 발명의 소진성 이격판을 포함한 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법으로 제조된 로켓보조추진제는 종래 폴리스티렌 재질의 이격판의 낮은 기계적 강도를 극복하여 로켓보조추진제의 제조공정 상에서 나타나는 이격판의 휨, 부러짐 등의 형상 불량의 발생을 막고, 연소시 잔사가 남지 않도록 할 수 있다. 또한 추진제의 초기 연소 시에 부가에너지를 발생시킬 수 있고, 장기 저장이 가능한 이격판의 재질의 특성으로 인해 종래의 로켓보조추진제보다 향상된 효과를 갖는다.
도 1은 일반적인 155mm 사거리 연장포탄의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소진성 이격판을 포함하는 사거리포탄용 일체형 로켓보조추진제의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소진성 이격판을 포함하는 사거리포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 소진성 이격판 제조 공정을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 소진성 이격판 제조 공정을 상세하게 나타낸 것이다.
본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명의 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 사용되는 '구성 된다', '이루어진다' 또는 '포함 한다' 등의 용어는 명세서 상에 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.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 2는 사거리포탄용 일체형 로켓보조추진제를 나타낸 것으로, 도시된 바와 같이 사거리포탄용 일체형 로켓보조추진제는 사거리 연장 성능을 만족하기 위한 형상으로 셋 이상으로 분리된 동일한 형태의 추진제 그레인 세그먼트(segment) (50)가 모여 하나의 유닛(Unit)으로 구성될 수 있으며, 추진제 그레인 세그먼트 사이에는 각각의 세그먼트 사이의 공간을 유지하여 분리하도록 하는 이격판(separator)(60)이 존재하고, 이러한 추진제 그레인 세그먼트의 외부를 인히비터(inhibitor) 물질(40)로 코팅함으로써 일체로 구성된 로켓보조추진제를 형성한다.
구체적으로 도 2에 도시된 형상을 갖는 본 발명의 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 소진성 이격판을 제조하여 준비하는 단계(S100), 추진제용 몰드에 소진성 이격판을 결합한 후 추진제를 충전 및 경화하는 단계(S200), 및 상기 경화된 추진제를 인히비터(inhibitor)로 도포하고 경회시켜 일체형의 로켓보조추진제를 형성하는 단계(S300)를 포함한다.
추진제용 몰드에 소진성 이격판을 결합한 후 추진제를 충전 및 경화하는 단계(S200)는 소진성 이격판을 설치할 수 있도록 몰드 내부에 홈을 만든 다음, 그 홈에 소진성 이격판을 결합한 후 충진제를 충전한다. 이때 추진제의 충전은 추진제 몰드를 예열한 상태에서 진공분위기 하에서 추진제가 잘 들어갈 수 있도록 진동을 부여하면서 추진제를 충전시킨 후 중심부 형상의 코어를 삽입한다. 이 후 추진제의 고체화가 충분히 이루어질 때까지 추진제 경화를 수행한 후, 추진제 몰드에서 추진제를 해체한다.
여기서 사용되는 추진제로는 알루미늄파우더나 베릴륨파우더와 같은 연료와, 산화제, 결합제, 용매 및 경화제 등을 포함하며, 이는 외부로부터 공기 또는 산소의 공급이 필요 없이 자체 연소가 가능한 조성이 바람직하지만 이에 한정하지 않으며, 당해 기술분야에서 사용될 수 있는 추진제를 다양하게 사용할 수 있다.
그 다음 일체형의 로켓보조추진제를 형성하는 단계(S300)는 상기 추진제를 충전 및 경화하는 단계(S200)에서 형성된 추진제를 인히비터용 몰더에 다시 결합시킨 후 진공분위기 하에서 추진제의 외부면에 불연의 성질을 지닌 인히비터(inhibitor)를 전체적으로 코팅하고 소정의 시간 동안 경화시켜 일체형의 로켓보조추진제를 형성한다.
이때 사용하는 인히비터 물질은 내열성이 우수한 하이드록시 터미네이티드 폴리부타디안(hydroxyl-terminated polybutadiene, HTPB)를 사용하는 것이 바람직하며, 이에 한정되지 않고 불연의 성질의 지닌 재료를 사용할 수 있다.
로켓보조추진제에 있어서 복수의 추진제 그레인의 사이에는 이격판(separator)이 결합되어 상호 밀접한 영향을 미치는 경우가 많다. 그러나 종래의 폴리스테렌 재질의 이격판은 강도가 약하여 로켓보조추진제의 공정 상에서 그 형상유지가 제대로 이루어 지지 못하고, 낮은 연소성으로 인해 잔사가 남아 로켓보조추진제의 노즐을 막는 문제점을 나타내는 경우가 많다.
따라서 본 실시예에서는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제를 제조하는 공정 상에서 이격판을 얇은 두께에서도 높은 강도를 갖고있어 이격판 형태의 변형이 발생하지 않고 또한 높은 연소성을 지님으로써 추진제가 연소 시 초기에 완전 연소되어 초기 연소 에너지가 소폭 증가되고, 또한 이격판이 연소하는 과정과 연소가 종료되었을 때 잔사가 발생하지 않는 특성을 갖는 재질로 이루어지는 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제를 제조할 수 있다.
소진성 이격판 제조하여 준비하는 단계(S100)는 이하 도 4와 도 5를 참고로 상세하게 설명하기로 한다.
도 4에서처럼 소진성 이격판을 제조하여 준비하는 단계(S100)는 니트로셀룰로스(nitrocellulose), 펄프, 수지, 안정제, 용매 및 강도 증가 첨가물을 포함하여 원료 슬러리를 제조하는 단계(S110), 원료 슬러리를 물로 희석하여 적정 농도로 맞추는 단계(S120), 원료 슬러리 또는 물로 희석한 원료 슬러리에 강도 증가 첨가물을 투입하는 단계(S130) 및 강도 증가 첨가물이 투입된 우너료 슬러리를 펠팅공정에서 소진성 이격판으로 성형하는 단계(S140)를 포함하여 이루어진다.
원료 슬러리의 원료 소재로 니트로셀룰로스(nitrocellulose)는 이격판에서 요구하는 높은 연소성을 갖도록 하기 위한 소재로, 이와 같은 니트로셀룰로스는 솜과 유사한 형상의 에너지 물질로 화약의 역할을 한다.
펄프는 이격판의 뼈대가 되는 것으로 강도를 보강하기 위해 포함된다. 펄프는 천연펄프, 바람직하게는 크라프트 펄프(kraft pulp)가 사용될 수 있다.
수지(resin)는 니트로셀룰로스와 펄프를 접착시키는 가소제 역할을 위해 포함된다. 이러한 수지는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile Butadiene Styrene, ABS), 폴리우레탄(polyurethane, PU) 및 스티렌-부타디엔(Styrene-Butadiene, SB) 중에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
안정제(stablitizer)는 이격판의 장기저장 안정성을 유지하기 위해 포함되는 것으로, 본 발명의 이격판의 소재로 사용하는 니트로셀룰로스(Nitrocellulose, NC)는 -C-O-NO2기를 가진 질산에스테르 화합물로 온도와 습도 등 여러 환경 조건과 수분 등의 요인에 의해 열분해 및 가수분해 반응과 같은 자연분해 현상이 발생되므로 이를 방지하기 위해 니트로셀룰로스보다 질소산화물과 훨씬 친화력이 강한 알카리성 물질인 안정제로 디페린아민(Diphenylamine, DPA), 에틸센트라라이트(Ethylcentralite, ECL) 및 AKardite Ⅱ 중에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다.
용매는 안정제를 녹이기 위한 것으로, 앞서 제시된 안정제는 소수성의 유기물질로 물에 녹지 않으나 유기용매에는 녹는 성질을 갖고 있다. 따라서 본 발명에서 사용하는 용매는 바람직하게 알코올, 에테르 등의 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 원료 슬러리를 제조하는 단계(S110)는 도 5에 도시된 바와 같이, 이격판의 에너지 물질인 니트로셀룰로스(nitrocellulose)와 펄프를 해리기(Beater)(110)에 장입하고, 해리기(110)의 강력한 물살을 이용하여 해리시켜 균일하게 혼합된 니트로셀룰로스와 펄프를 원료제조탱크(120)으로 옮긴다.
원료제조탱크(120)에서는 앞서 해리된 니트로셀룰로스와 펄프에 수지(resin), 안정제 및 용매 등의 원료들을 투입하고 교반시켜 원료 슬러리를 제조한다.
이때, 안정제는 용매에 용해한 후, 소수성인 안정제가 물을 용매로 하는 원료 슬러리에서 용해되지 못해 석출되어 분리하는 것을 막기 위한 방법으로서 용매에 용해된 안정제를 해리된 니트로셀룰로스와 펄프에 분사투입방법으로 투입한 후 고루 교반하여 원료 슬러리를 제조한다.
상기 제조된 원료 슬러리는 고형분 총 중량에 대하여 니트로셀룰로스 70 중량% 이상 80 중량% 미만, 펄프와 수지의 합이 20 내지 30 중량%, 나머지 용매와 안정제의 성분을 갖도록 한다.
니트로셀룰로스가 원료 총 중량에 대하여 70중량% 미만으로 포함되면 나머지 성분들이 상대적으로 많아지게 되어 소진성 연소판의 연소 후 잔사가 많아지는 문제가 있고, 80 중량% 이상이면 펄프의 함량이 상대적으로 부족해 강도 확보가 어렵다.
그리고 펄프와 수지의 합은 20 중량% 미만으로 포함되면 이격판의 강도를 확보하기 어렵고, 반대로 30 중량%를 초과하면 이격판의 강도는 높아지나, 순간 화력으로 연소하는 이격판의 특성상 연소 장애가 발생하여 연소시 이격판의 잔사가 남게 된다. 또한 수지는 가소제 역할을 하므로 많은 양이 함유되면 이격판의 강도가 높아지나 연소를 어렵게 한다. 그러므로 펄프와 수지의 합이 상기 제시된 범위를 벗어나면 로켓보조추진제 하단에 설치된 노즐을 막는 문제가 발생할 수 있다.
안정제는 0 초과 2 중량% 이하로 함유될 수 있으며, 바람직하게는 0.2 내지 2 중량%를 함유할 수 있다. 원료 슬러리의 조성에서 안정제의 함량이 0.2 중량 미만은 안정제의 함량이 매우 낮아 안정제의 효과가 불충분하여 소진성 이격판의 안정성이 저하되고, 안정제의 함량이 2.0%에 이루기까지는 함량증가에 따라 안정화 효과가 증대되나 만약 2 중량%를 초과하면 오히려 안정도가 감소하는 경향이 있어 소진성 이격판의 성능에 영향을 줄 수 있다.
그 다음 상기 원료 슬러리를 제조하는 단계(S110)에서 제조된 원료 슬러리를 물로 희석하여 적정 농도로 맞추는 단계(S120)는 원료 슬러리를 슬러리 탱크(130)으로 옮긴 원료 슬러리를 이후 공정으로 펠팅공정이 용이하도록 물로 희석하여 적정 온도로 맞추는 과정이다.
이때, 물로 희석한 원료 슬러리는 고형분 농도가 0.3 내지 0.5%이며, 바람직하게 고형분 농도는 0.4%이다. 물로 희석한 원료 슬러리 중 고형분 농도가 0.3% 미만이면 펠팅공정에서 1차 가성형시 습펠트 성형에 소요되는 시간이 길어지고, 0.5%를 초과하면 가성형된 습펠트의 각 부위별 성분 균일성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.
그 다음 단계로 원료 슬러리에 강도 증가 첨가물을 투입하는 단계(S130)는 슬러리 탱크(130)에 보관된 원료 슬러리 또는 물로 희석한 원료 슬러리에 강도 증가 첨가물을 투입하는 단계이다. 여기서 강도 증가 첨가물은 니트로셀룰로스와 펄프의 결합력을 높여 강도를 증가시키기 위해 투입된다.
상기 강도 증가 첨가물은 일종의 지력증강제(strength agent)로 펄프 간의 공극을 메우고, 물 속에서 음전하를 띠고 있는 펄프와 니트로셀룰로스 사이에 이온결합 또는 수소결합을 형성하여 펄프와 니트로셀룰로스가 균일하고 강하게 결합되도록 결합력을 높임으로써 이격판의 강도를 향상시키는 것이다.
만약 원료 슬러리는 고형분 총 중량에 대하여 강도 증가 첨가물은 0.1 중량% 미만으로 첨가되면 그 작용이 미비해 원하는 강도가 확보하기 어려우며, 반대로 10 중량%를 초과하면 강도는 더 향상될 수 있으나 제조된 이격판이 완전 연소되지 않고 잔사가 발생할 수 있다.
강도증가 첨가물의 pH는 5.0 내지 8.0이고, 밀도는 1.0 내지 1.1g/m3이며, 점도는 200 내지 800 mPa.S인 것이 바람직하다. 그리고 강도 증가 첨가물은 고분자 물질이므로 화학적 안정성과 후속하는 펠팅공정에서의 고열 및 압력에 대한 형상 안정성을 위해 상기 제시된 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 강도 증가 첨가물은 원료제조탱크(120)에 투입하거나 슬러리 탱크(30)에 투입하여 원료 슬러리에 포함할 수 있다.
강도 증가 첨가물은 니트로셀룰로스나 펄프 등에 비해 미량으로 포함된다. 따라서 다량의 원료를 제조하는 해리기(110)에 강도 증가 첨가물을 투입하면 강도 증가 첨가물이 어느 한쪽으로 휩쓸려 전체적으로 원하는 조성을 고루 얻기가 어렵게 된다.
니트로셀룰로스나 펄프 등 다량 함유되는 성분의 경우 원료 제조 단계에서 혼합하여도 균일 혼합이 가능하나, 미량 포함되는 성분의 경우 제품 성형 전 슬러리 단계에서 포함해야 최종 원하는 조성을 얻을 수 있다.
따라서, 최종 제품이 원하는 조성을 갖도록 펠팅공정 전 원료제조탱크(120)에 보관된 원료 슬러리, 슬러리 탱크(130)로 이송된 원료 슬러리, 펠팅조(140)로 이송된 원료 슬러리 중 어느 한 곳에 강도 증가 첨가물을 투입힌다.
강도 증가 첨가물은 용수에 희석시켜 원료 슬러리에 투입할 수 있으며, 정량펌프 등을 이용해 연속적으로 원료 슬러리에 투입하여 균일 혼합이 가능하도록 할 수 있다.
강도 증가 첨가물 투입 과정에서 원료제조탱크(120), 슬러리 탱크(130) 및 펠팅조(140) 내의 원료 슬러리는 균일한 혼합을 위해 교반 과정이 수행될 수 있다.
소진성 이격판으로 성형하는 단계(S140)는 강도 증가 첨가물이 투입되고 물로 희석된 원료 슬러리를 펠팅공정에서 이격판으로 성형하는 단계이다.
펠팅공정은 펠팅조(140)의 예비 성형 공정으로 원료 슬러리 중 고형분을 진공흡착하여 습펠트로 1차 가성형하여 습펠트를 제작하는 과정과, 1차 가성형된 습펠트를 프레스에 고온의 금형(150)에 몰딩하여 열간가압성형으로 최종 성형품인 이격판으로 성형하는 과정을 포함하여 이루어진다.
이때 진공흡착 시 진공은 600 내지 740mmHg일 수 있다. 습펠트의 수분함량은 50 내지 65% 정도 일 수 있다.
금형 온도는 100 내지 150℃이며, 바람직하게는 120℃이다. 금형 온도가 100℃ 미만이면 제조된 이격판이 파손될 수 있으며, 150℃를 초과하면 금형의 온도가 너무 높아 이격판의 연소되는 특성이 증가하여 안정상의 위험이 있다.
후처리 공정(160)으로서, 성형된 이격판에서 버(burr)를 제거하면 본 발명의 소진성 이격판의 제조가 완료된다. 이 후처리 공정은 버(burr)를 제거하여 최종 성형된 소진성 이격판 제품의 표면을 도장 작업 또는 코팅방식으로 인해 코팅이 추가로 진행될 수도 있다.
상술된 바와 같이 제조된 소진성 이격판은 70 중량% 이상의 니트로셀룰로스를 함유하고, 펄프와 수지의 함량이 20 내지 30 중량%이며, 이격판의 장기저장 및 안정성을 유지하기 위해 안정제가 포함된 것이다.
아울러 상기 강도 증가 첨가물로 폴라아크릴아미드(polyacrylamide, PAM), 폴리비닐아민(polyvinylamine, PVAm), 카복시메틸셀룰로오스(carboxylmethyl cellulose, CMC) 및 양성전분(cationic starches) 중 어느 하나 이상을 포함하는 고분자 물질이다. 이 폴라아크릴아미드(PAM), 폴리비닐아민(PVAm), 카복시메틸셀룰로오스(CMC) 및 양성전분(cationic starches)은 이온 결합을 통한 결합력의 증가 특성을 갖는다. 여기서 사용되는 양성전분은 양이온과 음이온을 모두 갖고 있는 양쪽성 전분을 의미한다.
이처럼 강도 증가 첨가물 포함되어 이격판의 강도를 향상시킴과 동시에 연소 시 잔사가 남지 않도록 한 것이다.
이하 본 발명의 소진성 이격판 제조방법을 실시예 1을 통해 상세하게 설명하기로 한다.
실시예 1은 도 5에 도시된 바와 같이, 이격판의 에너지 물질인 니트로셀룰로스와 펄프를 해리기(110)에 장입하고 해리기(110)에서 강력한 물살로 해리시킨 후, 해리된 니트로셀룰로스와 펄프를 원료제조탱크(120)로 옮긴다.
원료제조탱크(120)에서는 앞 공정에서 해리한 니트로셀룰로스와 펄프에 용매에 녹인 안정제와 수지를 투입하고 교반시켜 원료 슬러리를 제조한다.
제조된 원료 슬러리는 고형분 총 중량에 대하여 니트로셀룰로스 70 중량%, 펄프와 수지의 합 28 중량%, 나머지 용매와 안정제의 성분을 갖도록 하였다.
다음으로, 제조된 슬러리 원료는 슬러리 탱크(30)로 보내고 펠팅이 용이하도록 물로 희석하여 적정 농도로 약 0.4%의 농도로 만든다.
슬러리 탱크(130)에 보관된 원료 슬러리는 펠팅조(40)로 이송된 후 계속적으로 펠팅조(140)와 순환시킬 수 있다.
강도 증가 첨가물은 원료제조탱크(120) 또는 슬러리 탱크(130) 또는 펠팅조(140)의 원료 슬러리에 투입할 수 있다. 강도 증가 첨가물은 용수에 희석시켜 투입할 수 있으며, 정량펌프 등을 이용해 연속적으로 투입할 수 있다. 강조 증가 첨가물의 투입량은 원료 슬러리 전체 고형분의 0.1~10 중량%이다. 강도 증가 첨가물은 양성전분을 사용하였다.
펠팅공정에서는 금형을 펠팅조(140)의 원료 슬러리 속에 담가 원료 슬러리 고형분을 진공흡착하여 습펠트로 1차 가성형하고, 1차 가성형한 습펠트를 프레스에서 고온의 금형(150)으로 몰딩하여 이격판의 성형을 완료한다. 금형 온도는 120℃로 유지하였다.
성형된 이격판에서 버(burr)를 제거하여 제조를 완료하였다.
상술한 실시예 1의 방법에 의해 제조된 이격판의 강도를 알아보고자 제조된 이격판을 폭 60mm의 링 형태로 가공한 후 ASTM D695에 의거하여 UTM(Universal Testing Machine)으로 압축하여 압축강도를 측정하였다.
아래의 표 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 소진성 이격판과 비교예 1로 종래에 사용되고 있는 폴리스티렌 재질의 이격판의 압축강도를 다수 회 측정하여 그 범위를 비교하여 나타낸 것이다.
구분 압축강도(kgf)
비교예 1 1.0~7.0
실시예 1 1400~1600
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 소진성 이격판에서 측정된 압축강도는 1400kgf 내지 1600kgf 범위로, 이는 비교예 1의 기존 폴리스티렌 이격판에 비해 압축강도가 대폭 상향된 것이다.
또한, 비록 결과는 도시되지는 않았지만 이격판의 연소특성을 실험한 결과 순간 연소 과정에서 연소가 종료되었을 때 실시예 1에 따라 제조된 본 발명의 소진성 이격판은 잔사(재)가 남지 않음을 확인할 수 있었다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제에서 로켓보조추진제의 한 부품인 소진성 이격판은 압축강도가 1400kgf 내지 1600kgf의 강도로, 이는 기존 폴리스티렌 재질의 이격판은 압축강도가 최대 7kgf 수준이고 굽힘 강도가 최대 1.2kgf 정도의 수준임을 비교하면 매우 높은 기계적 강도의 상승효과를 얻을 수 있어, 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제를 제조함에 있어 이격판의 변형을 일으키지 않는다.
또한, 본 발명의 소진성 이격판은 원료 총 중량에 대하여 70 내지 80 중량%의 니트로셀룰로스를 함유하고, 펄프와 수지 함량이 20 내지 30 중량%이며, 추진제에 적용된 이격판의 장기저장 시 안정성을 유지하기 위해 안정제 및 강도 증가 첨가물 등을 포함하는 바, 이는 기존의 폴리스티렌 이격판에 비해 강도를 향상시킴과 동시에 이격판이 연소 시에 잔사가 발생하지 않는 특성을 갖는 재질의 소진성 이격판을 제공함으로서, 이를 셋 이상으로 분리된 추진제 그레인 세그먼트 사이에 배치하여 이격판의 강도부족으로 인한 변형으로 인해 로켓보조추진제의 성형 공정에서의 적용 불가능함을 극복할 수 있는 효과가 있음을 알 수 있다.
앞서 살펴본 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시예일뿐, 전술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것이 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.
10 : 항력감소제 20 : 노즐마개 겸 점화장치
30 : 로켓보조추진제 40 : 인히비터 물질
50 : 추진제 60 : 이격판
100 : 사거리연장용 포탄 110 : 해리기
120 : 원료제조탱크 130 : 슬러지 탱크
140 : 펠팅조 150 : 금형
160 : 후처리

Claims (12)

  1. 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법에 있어서,
    니트로셀룰로스(Nitrocellulose), 펄프, 수지, 안정제, 용매 및 강도 증가 첨가물을 포함하여 이루어지는 소진성 이격판을 제조하여 준비하는 단계;
    추진제용 몰드에 소진성 이격판을 결합한 후 추진제를 충전하고 경화시키는 단계; 및
    상기 경화된 추진제를 인히비터용 몰더에 다시 결합한 후, 진공분위기 하에서 불연의 인히비터(inhibitor)를 도포하고 경화시켜 일체형의 로켓보조추진제를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 소진성 이격판을 제조하여 준비하는 단계는,
    원료 슬러리 전체 고형분에 대하여, 니트로셀룰로스(Nitrocellulose)는 70 중량% 내지 80 중량%, 펄프와 수지의 합이 20 중량% 내지 30 중량%, 폴라아크릴아미드(polyacrylamide, PAM) 및 폴리비닐아민(polyvinylamine, PVAm) 중에 선택되는 어느 하나 이상의 강도 증가 첨가물을 0.1 내지 10 중량%, 나머지 용매 및 안정제를 포함하는 원료 슬러리를 제조하는 단계;
    상기 원료 슬러리를 슬러리 탱크로 이송한 후, 물로 희석하여 적정 농도로 맞추는 단계;
    상기 원료 슬러리 또는 상기 물로 희석된 원료 슬러리에 강도 증가 첨가물을 투입하는 단계; 및
    상기 강도 증가 첨가물이 투입된 상기 원료 슬러리를 펠팅공정으로 습펠트를 제조 한 후, 상기 습펠트를 프레스 금형에 넣고 열과 압력을 가하여 최종 제품인 소진성 이격판을 성형하는 성형단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 강도 증가 첨가물은 pH가 5.0 내지 8.0 인 것을 특징으로 하는 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 강도 증가 첨가물은 밀도가 1.0 내지 1.1g/cm3인 것을 특징으로 하는 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 강도 증가 첨가물은 점도가 200~800Pa.S인 것을 특징으로 하는 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 물로 희석한 원료 슬러리는 고형분 농도는 0.3 내지 0.5 중량%인 것을 특징으로 하는 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 안정제로 디페린아민(Diphenylamine, DPA), 에틸센트라라이트(Ethylcentralite, ECL) 및 AKardite Ⅱ 중 어느 하나가 0 중량% 초과 2 중량% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 추진제는 알루미늄파우더 및 베릴륨파우더 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 인히비터는 하이드록시 터미네이티드 폴리부타디안(HTPB)인 것을 특징으로 하는 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제의 제조방법.
  12. 제1항, 제5항, 제6항, 제7항, 제8항, 제9항, 제10항 및 제11항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 소진성 이격판을 포함하는 사거리 연장포탄용 일체형 로켓보조추진제가 제조되며,
    상기 소진성 이격판의 압축강도는 1400kgf 내지 1600kg인 것을 특징으로 하는 소진성 이격판을 포함하는 사거리연장포탄용 일체형 로켓보조추진제.
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