KR102055423B1 - 리파이닝 공정을 적용한 고강도 소진탄피의 제조방법 - Google Patents

Abstract

제안기술은 리파이닝 공정을 적용한 고강도 소진탄피의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소진탄피의 강도를 증가시키기 위해 리파이닝(refining) 공정이 추가된 소진탄피의 제조방법에 관한 발명이다.

Description

리파이닝 공정을 적용한 고강도 소진탄피의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING COMBUSTIBLE CARTRIDGE CASE WITH HIGH STRENGTH BY USING REFINING PROCESS}

제안기술은 리파이닝 공정을 적용한 고강도 소진탄피의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소진탄피의 강도를 증가시키기 위해 리파이닝(refining) 공정이 추가된 소진탄피의 제조방법에 관한 발명이다.

일반적으로, 소진탄피는 기존의 대구경 화포에 사용되던 금속탄피 및 약포를 대체하기 위한 수단으로 탄약(추진장약류)에 적용되어 추진제 및 타 구성품을 보관하며 연소 시 추가적으로 에너지를 부가하는 역할을 하는 연소성 탄피이다.

소진탄피는 에너지를 부여하는 질산에스테르화합물인 니트로셀룰로스(NC, Nitrocellulose)와 강도를 보강하는 기능을 주는 펄프, 이들을 접착시키는 접착제 역할을 하는 수지(resin)를 주 원료로 하여 제작된다.

소진탄피는 상기와 같은 원료적 특성으로 인해 기존의 금속탄피에 비해 중량이 가벼우며, 탄 내부에서 완전 연소하여 탄피 회수가 필요없는 장점이 있다.

현재 155mm 자주포의 경우 해외 일부 업체에서는 자동장전 시스템을 채택하고 있으며, 이에 적합한 소진탄피를 적용한 추진장약을 사용하고 있다. 자동장전 시스템은 기계로 장약을 취급하기 때문에 충격 및 변형에 대한 저항이 필요하고, 이를 위해 소진탄피의 강도가 중요하다.

소진탄피는 금속탄피에 비해 경미한 충격에 의한 변형에도 발사가 가능하다는 장점이 있으나, 제품 자체의 강도가 금속에 비해 약하기 때문에 심한 변형 및 손상이 발생할 수 있다.

이는 군 운용 시 취급안정성에 문제를 초래할 수 있으며, 소진탄피의 손상이 발생할 경우 내부 추진제가 노출될 수 있어 보관 및 안정상의 문제를 초래할 수 있다.

미국등록특허 US6910422

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 리파이닝 공정을 적용하여 소진탄피의 강도를 증가시킴으로써 자동장전 시스템에 적합한 고강도 소진탄피를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리파이닝 공정을 적용한 고강도 소진탄피의 제조방법에 있어서,

리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계;

리파이닝 된 펄프에 니트로셀룰로스, 수지, 용매, 안정제를 투입하여 원료 슬러리를 제조하는 단계;

원료 슬러리를 교반하여 숙성시키는 단계; 및

원료 슬러리를 소진탄피로 성형하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계는,

리파이너 장치를 구성하는 탱크에 펄프와 물을 넣는 단계;

두 개의 디스크 칼날로 구성되는 디스크 리파이너의 간격을 조정하여 펄프를 해리시키는 단계; 및

디스크 리파이너의 간격을 좁혀 펄프를 리파이닝시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계 이후 펄프의 여수도는 250~550ml 인 것을 특징으로 한다.

리파이너 장치를 구성하는 탱크에 펄프와 물을 넣는 단계에서,

펄프의 농도는 물의 중량 대비 1~5% 인 것을 특징으로 한다.

리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계에서,

디스크 칼날의 회전 속도는 600~1500rpm 인 것을 특징으로 한다.

디스크 리파이너의 간격을 좁혀 펄프를 리파이닝시키는 단계에서,

리파이너 장치의 부하값은 55~80A인 것을 특징으로 한다.

디스크 리파이너의 간격을 좁혀 펄프를 리파이닝시키는 단계에서,

두 개의 디스크 칼날 사이의 간격인 디스크 리파이너의 간격은 0~1mm인 것을 특징으로 한다.

두 개의 디스크 칼날로 구성되는 디스크 리파이너의 간격을 조정하여 펄프를 해리시키는 단계에서,

리파이너 장치의 부하값은 30~55A인 것을 특징으로 한다.

두 개의 디스크 칼날로 구성되는 디스크 리파이너의 간격을 조정하여 펄프를 해리시키는 단계에서,

두 개의 디스크 칼날 사이의 간격인 디스크 리파이너의 간격은 1~3mm인 것을 특징으로 한다.

디스크 리파이너의 간격을 좁혀 펄프를 리파이닝시키는 단계에서, 펄프는 피브릴화(fibrillation) 되는 것을 특징으로 한다.

리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계는 반복되어 진행되는 것을 특징으로 한다.

리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계는 반복되어 진행될 때,

리파이너 장치를 구성하는 탱크에 펄프와 물을 넣는 단계는 반복되지 않는 것을 특징으로 한다.

펄프는 크라프트 펄프(kraft pulp)인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 리파이닝 공정을 적용하여 자동장전 시스템에 적합한 강도의 소진탄피를 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 리파이너 장치.
도 2는 본 발명에 따른 소진탄피에 적용되는 판상형태의 펄프.
도 3은 본 발명에 따른 소진탄피 제조 시 펄프를 해리시키는 단계 이후 펄프의 현미경 측정 사진.
도 4는 본 발명에 따른 소진탄피 제조 시 펄프를 리파이닝시키는 단계 이후 펄프 사진.
도 5는 본 발명에 따른 소진탄피 제조 시 펄프를 리파이닝시키는 단계 이후 펄프의 현미경 측정사진.
도 6은 본 발명에 따른 소진탄피의 압축강도 측정 장치.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 리파이닝 공정을 적용한 고강도 소진탄피의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소진탄피의 강도를 증가시키기 위해 리파이닝(refining) 공정이 추가된 소진탄피의 제조방법에 관한 발명이다.

상기 리파이닝 공정은 고해 공정이라고도 하는 것으로, 원료인 상기 펄프를 두드려서 풀어주는 것뿐만 아니라 상기 원료를 자르고 갈라주며 수화시키는 공정 또한 포함한다. 이를 통해 원료가 털을 일으키거나 물을 많이 흡수하면 다른 원료들과 서로 엉키면서 강도가 증가하게 된다.

상기와 같은 리파이닝 공정이 추가된 본 발명의 소진탄피의 제조방법은,

리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계;

리파이닝 된 상기 펄프에 니트로셀룰로스(NC, Nitrocellulose), 수지, 용매, 안정제 및 강도증가첨가물을 투입하여 원료 슬러리를 제조하는 단계;

상기 원료 슬러리를 교반하여 숙성시키는 단계; 및

상기 원료 슬러리를 소진탄피로 성형하는 단계;를 포함하여 진행된다.

상기 니트로셀룰로스는 소진탄피의 주원료이며, 에너지를 함유하는 물질이다.

상기 펄프는 상기 소진탄피의 뼈대가 되는 것으로 강도를 보강하기 위해 포함되는 것으로, 바람직하게는 크라프트 펄프(kraft pulp)가 적용될 수 있다.

도 1에는 본 발명에 따른 리파이너 장치가 도시되어 있다.

본 발명에 적용된 상기 리파이너 장치는 디스크가 두 개인 싱글 디스크 리파이너이며, 이는 고정되어 있는 디스크(stator)(4) 및 축과 연결되어 회전하는 디스크(rotator)(6)로 구성된다.

두 개의 디스크(4, 6) 칼날 간격(간극) 조절 및 리파이너가 가동될 때 모터로부터 공급받는 에너지를 소비하는 정도인 설비의 부하(A), 디스크(4, 6) 칼날의 회전 속도(RPM), 장치 가동 시간 등 변수를 조절하여 상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계를 설정하게 된다.

상기 리파이너 장치에서 부하(A)는 전류의 세기로 표현되는데, 부하가 높으면 전기의 양이 많아지기 때문에 전류의 세기가 높아지게 되며 단위는 암페어로 표기된다.

본 발명에서는 상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계 진행 시 상기 두 개의 디스크(4, 6) 칼날 사이의 간격은 0~3mm, 설비의 부하는 30~80A, 디스크(4, 6) 칼날의 회전 속도는 600~1500RPM, 장치 가동 시간은 상기 펄프의 양에 따라 5~90분으로 설정된다.

상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계는,

상기 리파이너 장치를 구성하는 탱크에 상기 펄프와 물을 넣는 단계;

두 개의 디스크(4, 6) 칼날로 구성되는 디스크 리파이너의 간격을 조정하여 상기 펄프를 해리시키는 단계; 및

상기 디스크 리파이너의 간격을 좁혀 상기 펄프를 리파이닝시키는 단계;를 포함하여 진행된다.

상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계는 상기 두 개의 디스크(4, 6) 칼날 사이의 간격 조절을 통해 설비의 부하값을 설정하게 되며, 상기 설비의 부하값에 따라 상기 펄프를 해리시키는 단계와 상기 펄프를 리파이닝시키는 단계를 구분하게 된다.

상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계를 설명하면, 먼저상기 리파이너 장치를 구성하는 탱크에 상기 펄프와 물을 넣는 단계에서는 도 1에 도시된 원료투입부(2)를 통해 상기 탱크에 상기 펄프와 물을 넣게 된다. 이때 상기 펄프는 도 2에 도시된 바와 같은 판상형태이며, 상기 펄프의 농도는 상기 물의 중량 대비 1~5% 인 것이 바람직하다.

이후 상기 펄프를 해리시키는 단계에서 상기 두 개의 디스크(4, 6) 칼날 사이의 간격인 상기 디스크 리파이너의 간격은 1~3mm로 조정되고, 상기 리파이너 장치의 부하값은 30~55A가 된다.

상기 펄프를 해리시키는 단계에서는 판상형태의 상기 펄프 또는 니트로셀룰로스를 물에 풀어주게 되는 것으로, 상기 물과 상기 펄프를 상기 두 개의 디스크(4, 6) 칼날 사이로 통과시켜 원료배출부(8)를 통해 배출시키게 된다.

이때 상기 펄프는 도 3에 도시된 바와 같은 상태가 된다.

상기 펄프를 해리시키는 단계가 종료되면 상기 펄프를 리파이닝시키는 단계에서 상기 디스크 리파이너의 간격은 0~1mm로 조정되고, 상기 리파이너 장치의 부하값은 55~80A가 된다. 상기 디스크 리파이너의 간격이 0mm로 조정되는 경우, 상기 두 개의 디스크(4, 6) 칼날 사이에 홈이 파여 있기 때문에 상기 디스크 리파이너의 간격 사이로 물과 펄프가 통과할 수 있게 된다.

상기 펄프를 해리시키는 단계에서 상기 원료배출부(8)를 통해 배출된 상기 펄프는 상기 펄프를 리파이닝시키는 단계에서 상기 원료투입부(2)로 재투입되고 간격이 좁아진 상기 두 개의 디스크(4, 6) 칼날 사이로 통과되어 상기 원료배출부(8)를 통해 배출된다.

상기 펄프는 상기 펄프를 리파이닝시키는 단계에서 상기 두 개의 디스크(4, 6) 칼날 사이를 지나면서 갈라지고 잘라져 여수도가 점차 낮아지게 되며, 상기 원료배출부(8)를 통해 배출된 상기 펄프는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 피브릴화(fibrillation)된다.

상기와 같이 진행되는 상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계는 1회 이상 반복 진행되는데, 상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계가 반복되어 진행될 때, 상기 리파이너 장치를 구성하는 탱크에 상기 펄프와 물을 넣는 단계는 1회에만 진행될 뿐 2회 진행부터는 반복 진행되지 않는다.

또한, 상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계가 반복 진행될 때, 상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계의 N+1회 진행 시 상기 펄프를 해리시키는 단계에서의 상기 디스크 리파이너의 간격과 설비의 부하값은, 상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계의 N회 진행 시 상기 펄프를 리파이닝시키는 단계에서의 상기 디스크 리파이너의 간격과 설비의 부하값을 유지하게 된다.

또한, 상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계가 반복 진행될 때, 상기 펄프를 리파이닝시키는 단계가 종료될 때마다 상기 펄프의 여수도를 확인한다.

즉, 장치 가동 시간이 늘어나고, 상기 두 개의 디스크(4, 6) 사이의 간격이 좁아 질수록 상기 펄프 및 니트로셀룰로스의 여수도가 낮아지게 되며, 여수도가 낮아질수록 소진탄피의 압축강도는 증가하게 된다.

하지만 여수도가 일정 기준 이하로 낮아지게 되면 압축강도가 일정 기준 이상으로 높아지게 되며, 이에 따라 소진탄피가 파손되거나 소진탄피의 몰딩 작업 후 크랙이 발생할 수 있기 때문에 자동장전에 적합한 소진탄피 강도를 설정하여 여수도의 범위를 관리해야 한다.

표 1에는 여수도의 범위에 따른 압축강도의 변화가 도시되어 있다.

구 분	실시예 1	실시예 2	실시예 3
칼날 간격(mm)	0~1	0~1	0~1
고해 시간(분)	10~20	30~50	60~80
여수도(ml)	600~650	250~550	150~200
압축강도(kgf)	7,00~1,000	1,400~1,800	2,000 이상

표 1의 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3은 동일한 양의 상기 펄프에 서로 다른 상기 펄프를 리파이닝시키는 단계에서의 장치 가동 시간을 설정하여 제작된 소진탄피의 실험값이다.

상기 소진탄피는 상기 펄프를 리파이닝시키는 단계에서의 장치 가동 시간을 서로 다르게 설정하여 얻어진 각각의 리파이닝 된 상기 펄프에 상기 원료 슬러리를 제조하는 단계, 상기 원료 슬러리를 교반하여 숙성시키는 단계 및 상기 원료 슬러리를 소진탄피로 성형하는 단계를 적용하여 제작되었다.

제작된 상기 소진탄피는 폭 60mm의 링 형태로 가공되었으며, 도 6의 UTM(Universal Testing Machine)을 이용하여 압축강도를 측정하였다.

표 1에 도시된 바와 같이, 상기 펄프를 리파이닝시키는 단계에서의 장치 가동 시간이 늘어날수록 상기 펄프의 여수도가 낮아지는 것을 확인하였다.

실시예 3과 같이 여수도가 200ml 이하일 경우 소진탄피의 압축강도가 일정 기준 이상으로 높아져 제품으로 제작했을 시 파손 또는 몰딩 작업 후 크랙이 발생하였다.

또한, 실시예 1과 같이 여수도가 600~650ml 일 경우 상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계를 적용하지 않은 소진탄피와 유사한 수준의 압축강도를 갖는 소진탄피가 제작되었다.

따라서, 자동장전 시스템에 적합한 압축강도의 소진탄피를 만들기 위해서는 실시예 2와 같이 상기 펄프의 여수도를 250~550ml로 설정하여 제조하는 것이 바람직하다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

2 : 원료투입부
4 : 디스크(stator)
6 : 디스크(rotator)
8 : 원료배출부

Claims (13)

1. 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계;
   리파이닝 된 상기 펄프에 니트로셀룰로스, 수지, 용매, 안정제를 투입하여 원료 슬러리를 제조하는 단계;
   상기 원료 슬러리를 교반하여 숙성시키는 단계; 및
   상기 원료 슬러리를 소진탄피로 성형하는 단계;를 포함하며,
   상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계는,
   상기 리파이너 장치를 구성하는 탱크에 상기 펄프와 물을 넣는 단계;
   두 개의 디스크 칼날로 구성되는 디스크 리파이너의 간격을 조정하여 상기 펄프를 해리시키는 단계; 및
   상기 디스크 리파이너의 간격을 좁혀 상기 펄프를 리파이닝시키는 단계;를 포함하며,
   상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계는,
   상기 펄프가 털을 일으키거나 물을 많이 흡수하면 다른 원료들인 니트로셀룰로스, 수지, 용매, 안정제와 서로 엉키면서 강도가 증가하도록 상기 펄프를 자르고 갈라주며 수화시키는 단계;를 포함하며,
   상기 디스크 리파이너의 간격을 좁혀 상기 펄프를 리파이닝시키는 단계에서, 상기 펄프는 피브릴화(fibrillation) 되며,
   상기 펄프는 크라프트 펄프(kraft pulp)이며,
   상기 디스크 리파이너는 싱글 디스크 리파이너이고, 상기 싱글 디스크 리파이너는 고정되어 있는 제 1 디스크 및 축과 연결되어 회전하는 제 2 디스크로 이루어지며,
   상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계 이후 상기 펄프의 여수도는 250~550ml이고,
   상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계에서,
   상기 디스크 칼날의 회전 속도는 600~1500rpm 인 것을 특징으로 하는 리파이닝 공정을 적용하며,
   상기 디스크 리파이너의 간격을 좁혀 상기 펄프를 리파이닝시키는 단계에서,
   상기 두 개의 디스크 칼날 사이의 간격인 상기 디스크 리파이너의 간격은 0~1mm이고,
   상기 두 개의 디스크 칼날로 구성되는 디스크 리파이너의 간격을 조정하여 상기 펄프를 해리시키는 단계에서,
   상기 리파이너 장치의 부하값은 30~55A이고,
   상기 두 개의 디스크 칼날로 구성되는 디스크 리파이너의 간격을 조정하여 상기 펄프를 해리시키는 단계에서,
   상기 두 개의 디스크 칼날 사이의 간격인 상기 디스크 리파이너의 간격은 1~3mm인 것을 특징으로 하는 리파이닝 공정을 적용한 고강도 소진탄피의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 리파이너 장치를 구성하는 탱크에 상기 펄프와 물을 넣는 단계에서,
   상기 펄프의 농도는 상기 물의 중량 대비 1~5% 인 것을 특징으로 하는 리파이닝 공정을 적용한 고강도 소진탄피의 제조방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,
    상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계는 반복되어 진행되는 것을 특징으로 하는 리파이닝 공정을 적용한 고강도 소진탄피의 제조방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 리파이너 장치를 이용하여 펄프가 리파이닝되는 단계는 반복되어 진행될 때,
    상기 리파이너 장치를 구성하는 탱크에 상기 펄프와 물을 넣는 단계는 반복되지 않는 것을 특징으로 하는 리파이닝 공정을 적용한 고강도 소진탄피의 제조방법.
13. 삭제

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