KR102335951B1 - High specific impuls, high burning rate, high performance nepe propellant composition - Google Patents

High specific impuls, high burning rate, high performance nepe propellant composition Download PDF

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KR102335951B1
KR102335951B1 KR1020200110735A KR20200110735A KR102335951B1 KR 102335951 B1 KR102335951 B1 KR 102335951B1 KR 1020200110735 A KR1020200110735 A KR 1020200110735A KR 20200110735 A KR20200110735 A KR 20200110735A KR 102335951 B1 KR102335951 B1 KR 102335951B1
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황진옥
민병선
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention relates to a nitrate ester plasticized polyester (NEPE)-based solid propellant composition having high specific impulse, high burning rate, and high performance. An aspect of the present invention provides a solid propellant composition including: metal fuel; an oxidizing agent; a pre-polymer; and an additive, wherein the oxidizing agent includes at least one selected from the group consisting of ammonium perchlorate (AP), ammonium dinitramide (ADN), 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane (HMX), and hexanitrohexaazaisowurtzitane (HNIW).

Description

고비추력, 고연소속도, 고성능 NEPE 추진제 조성물 {HIGH SPECIFIC IMPULS, HIGH BURNING RATE, HIGH PERFORMANCE NEPE PROPELLANT COMPOSITION}High specific thrust, high combustion rate, high performance NEPE propellant composition {HIGH SPECIFIC IMPULS, HIGH BURNING RATE, HIGH PERFORMANCE NEPE PROPELLANT COMPOSITION}

본 발명은 고비추력, 고연소속도 및 우수한 기계적 물성을 갖는 NEPE 계열의 고체 추진제 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a NEPE-based solid propellant composition having high specific thrust, high combustion rate and excellent mechanical properties.

최근 고속으로 비행하는 유도탄의 기술이 비약적으로 발전하고 있으며, 이것은 추진 기관의 발전과 유사한 궤도를 그리고 있다. 즉, 추진 기관의 기술 발전으로 인해 유도탄은 더 큰 운동 에너지를 가지고 더 신속하고 정확하게 목표물에 도달할 수 있게 된 것이다. 이러한 고속 비행 운동체의 추력은 추진 기관에서 비롯되는데, 추진 기관 내부 연소관에서 추진제가 연소됨과 동시에 노즐을 통해 연소 생성물이 배출되면서 생성되는 추력을 통해 고속으로 비행을 할 수 있게 되는 것이다. 이 때 사용되는 추진제의 종류는 연료의 상태에 따라 고체 또는 액체로 나눌 수 있으며, 신속·기동성을 요구하는 무기 체계에서는 일반적으로 고체 추진제가 많이 사용된다.Recently, the technology of guided missiles flying at high speed is developing rapidly, and this is drawing a trajectory similar to the development of propulsion engines. In other words, due to technological advances in propulsion engines, guided missiles have greater kinetic energy and can reach targets more quickly and accurately. The thrust of such a high-speed flying vehicle originates from the propulsion engine, and the propellant is burned in the combustion tube inside the propulsion engine and the combustion product is discharged through the nozzle at the same time to enable flying at high speed through the thrust generated. The type of propellant used at this time can be divided into solid or liquid depending on the state of the fuel, and solid propellants are generally used in weapon systems that require speed and maneuverability.

고체 추진제는 연료, 산화제, 기타 첨가제를 고분자 바인더 또는 프리폴리머에 혼합시킨 후 경화과정을 거치게 된다. The solid propellant undergoes a curing process after mixing fuel, oxidizing agent, and other additives with a polymer binder or prepolymer.

고분자 바인더로는 HTPB(Hydroxyl terminated polybutadiene)가 가장 광범위하게 사용되고 있다. 그러나, HTPB 바인더 기반 고체 추진제의 최대 성능은 비추력(Specific impulse, Isp)이 약 260 s, 연소속도(Burning rate)가 30 ~ 40 mm/s 정도로, 그 이상의 성능을 요구하는 무기 체계에 적용되기에는 한계가 있다. 또한, HTPB 바인더 기반 고체 추진제는 조성(Formulation)에 따라 일부 차이가 있지만, 연소 시 다량의 연기를 발생시켜 적에게 위치가 쉽게 노출되는 단점도 가지고 있다.Hydroxyl terminated polybutadiene (HTPB) is the most widely used polymer binder. However, the maximum performance of the HTPB binder-based solid propellant has a specific impulse (Isp) of about 260 s and a burning rate of 30 ~ 40 mm/s. There are limits. In addition, although the HTPB binder-based solid propellant has some differences depending on the formulation, it also generates a large amount of smoke during combustion, so that the location is easily exposed to the enemy.

따라서, HTPB계 고체 추진제가 갖는 비추력과 연소속도의 한계를 극복할 수 있는 NEPE 계 기반의 고성능 추진제 조성 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a NEPE-based high-performance propellant composition that can overcome the limitations of specific thrust and combustion rate of HTPB-based solid propellants.

전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The above-mentioned background art is possessed or acquired by the inventor in the process of deriving the disclosure of the present application, and it cannot necessarily be said to be a known technology disclosed to the general public prior to the present application.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, HTPB계 고체 추진제의 한계를 극복하기 위해, 고비추력 및 고연소속도를 가지면서 HTPB계와 동등 이상의 기계적 물성을 갖는 NEPE 계열의 고체 추진제 조성물을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to overcome the limitations of HTPB-based solid propellants, while having high specific thrust and high combustion rate, and having mechanical properties equal to or greater than that of HTPB-based NEPE-based propellants. To provide a solid propellant composition.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면은, 금속 연료; 산화제; 프리폴리머; 및 첨가제;를 포함하고, 상기 산화제는, 과산화염화암모늄(Ammonium Perchlorate, AP), 암모늄 디나이트라마이드(ammonium dinitramide, ADN), 1,3,5,7-테트라나이트로-1,3,5,7-테트라조칸(1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane, HMX) 및 헥사나이트로헥사아자이소부르치탄(Hexanitrohexaazaisowurtzitane, HNIW)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인, 고체 추진제 조성물을 제공한다.One aspect of the present invention is a metal fuel; oxidizing agent; prepolymer; and an additive; the oxidizing agent is, ammonium peroxide chloride (Ammonium Perchlorate, AP), ammonium dinitramide (ADN), 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5 , At least one selected from the group consisting of 7-tetrazocane (1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane, HMX) and hexanitrohexaazaisowurtzitane (HNIW) It provides a solid propellant composition comprising a.

일 실시형태에 따르면, 상기 산화제의 함량은, 40 중량% 내지 70 중량%인 것일 수 있다.According to one embodiment, the content of the oxidizing agent may be 40 wt% to 70 wt%.

일 실시형태에 따르면, 상기 산화제는, 과산화염화암모늄(Ammonium Perchlorate, AP)을 포함하는, 제1 산화제; 및 암모늄 디나이트라마이드(ammonium dinitramide, ADN), 1,3,5,7-테트라나이트로-1,3,5,7-테트라조칸(1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane, HMX) 및 헥사나이트로헥사아자이소부르치탄(Hexanitrohexaazaisowurtzitane, HNIW)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는, 제2 산화제;를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the oxidizing agent, including ammonium peroxide chloride (Ammonium Perchlorate, AP), a first oxidizing agent; and ammonium dinitramide (ADN), 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocan (1,3,5,7-tetranitro-1,3, 5,7-tetrazocane, HMX) and a second oxidizing agent comprising at least one selected from the group consisting of hexanitrohexaazaisowurtzitane (HNIW);

일 실시형태에 따르면, 상기 제1 산화제의 함량은, 상기 고체 추진제 조성물 중, 20 중량% 내지 40 중량%이고, 상기 제2 산화제의 함량은, 상기 고체 추진제 조성물 중, 20 중량% 내지 40 중량%인 것일 수 있다.According to one embodiment, the content of the first oxidizing agent, in the solid propellant composition, is 20% to 40% by weight, and the content of the second oxidizing agent is, in the solid propellant composition, 20% to 40% by weight may be

일 실시형태에 따르면, 상기 산화제의 입자 크기는, 1 ㎛ 내지 400 ㎛ 인 것일 수 있다.According to an embodiment, the particle size of the oxidizing agent may be 1 μm to 400 μm.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 연료는, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the metal fuel may include at least one selected from the group consisting of aluminum (Al), titanium (Ti), and magnesium (Mg).

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 연료는, 5 중량% 내지 20 중량%인 것일 수 있다.According to one embodiment, the metal fuel may be 5 wt% to 20 wt%.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 연료의 입자 크기는, 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛ 인 것일 수 있다.According to one embodiment, the particle size of the metal fuel may be 0.5 μm to 50 μm.

일 실시형태에 따르면, 상기 프리폴리머는, 글리시딜아자이드 폴리머(GAP), 폴리에티렌글리콜(PEG), 폴리카프로락톤(PCL), 하이드록시 종결된 폴리에테르(hydroxyl-terminated polyether, HTPE), 폴리프로필렌 글리콜(PPG), 폴리테트라하이드로퓨란(PTHF), 폴리에틸 아디페이드(PEA) 및 폴리글리콜 아디페이트(PGA)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the prepolymer, glycidyl azide polymer (GAP), polyethylene glycol (PEG), polycaprolactone (PCL), hydroxyl-terminated polyether (hydroxyl-terminated polyether, HTPE), It may include one or more selected from the group consisting of polypropylene glycol (PPG), polytetrahydrofuran (PTHF), polyethyl adipate (PEA), and polyglycol adipate (PGA).

일 실시형태에 따르면, 상기 프리폴리머는, 20 중량% 내지 40 중량%인 것일 수 있다.According to one embodiment, the prepolymer may be 20 wt% to 40 wt%.

일 실시형태에 따르면, 상기 첨가제는, 가소제, 경화제 및 경화촉매로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the additive may include at least one selected from the group consisting of a plasticizer, a curing agent, and a curing catalyst.

일 실시형태에 따르면, 상기 가소제는, 디에틸렌 글리콜 디나이트레이트(DEGDN), 트리메틸 에틸렌 트리나이트레이트(TMETN), 부탄트리올 트리나이트레이트(BTTN) 및 트리에틸렌 글리콜 트리나이트레이트(TEGDN)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 상기 고체 추진제 조성물 중, 1 중량% 내지 20 중량%인 것일 수 있다.According to one embodiment, the plasticizer, diethylene glycol dinitrate (DEGDN), trimethyl ethylene trinitrate (TMETN), butanetriol trinitrate (BTTN) and triethylene glycol trinitrate (TEGDN) consisting of It may include one or more selected from the group, and in the solid propellant composition, 1 wt% to 20 wt%.

일 실시형태에 따르면, 상기 경화제는, 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 다이머 디이소시아네이트(DDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), N-100 (Biuret triisocyanate desmonour) 및 N-3200(Polyfuctional aliphatic isocyanate)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 상기 고체 추진제 조성물 중, 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.According to an embodiment, the curing agent is isophorone diisocyanate (IPDI), dimer diisocyanate (DDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), toluene diisocyanate (TDI), N-100 (Biuret triisocyanate desmonour) and N -3200 (Polyfuctional aliphatic isocyanate) may be included in at least one selected from the group consisting of, and 0.1 wt% to 10 wt% of the solid propellant composition.

일 실시형태에 따르면, 상기 경화촉매는, 트리페닐 비스무스(TPB)를 포함하고, 상기 고체 추진제 조성물 중, 0.005 중량% 내지 1.0 중량%인 것일 수 있다.According to an embodiment, the curing catalyst may include triphenyl bismuth (TPB), and in the solid propellant composition, 0.005 wt% to 1.0 wt%.

일 실시형태에 따르면, 상기 고체추진제 조성물은, 비추력이 265 s 이상이고, 연소속도가 6.9 MPa 압력 조건에서 30 mm/s 내지 60 mm/s인 것일 수 있다.According to an embodiment, the solid propellant composition may have a specific force of 265 s or more and a combustion rate of 30 mm/s to 60 mm/s under a pressure condition of 6.9 MPa.

일 실시형태에 따르면, 상기 고체추진제 조성물은, 인장 강도(Tensile stress)가 9.0 bar 이상이고, 신율(Elongation)이 25 % 이상인 것일 수 있다.According to an embodiment, the solid propellant composition may have a tensile strength of 9.0 bar or more and an elongation of 25% or more.

본 발명에 따른 NEPE 계열의 고체 추진제 조성물은, 기존 HTPB 기반의 고체 추진제에서 구현하기 어려운 265 s 이상의 고비추력 및 30 mm/s 내지 60 mm/s의 고연소속도를 나타내면서, HTPB 기반의 고체 추진제와 유사한 수준의 기계적 물성을 갖는 효과가 있다.The NEPE-based solid propellant composition according to the present invention exhibits a high specific thrust of 265 s or more and a high combustion rate of 30 mm/s to 60 mm/s, which are difficult to implement in conventional HTPB-based solid propellants, It has the effect of having a similar level of mechanical properties.

또한, 본 발명에 따른 NEPE 계열의 고체 추진제 조성물은, 종래 고체 추진제 조성물과 비교하여 연소 시 발생되는 연기의 양을 줄일 수 있으며, 극초음속 무기체계 및 고성능 로켓 시스템에 적용 가능한 장점이 있다.In addition, the NEPE-based solid propellant composition according to the present invention can reduce the amount of smoke generated during combustion compared to the conventional solid propellant composition, and has the advantage of being applicable to hypersonic weapon systems and high-performance rocket systems.

이하에서, 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail. However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all modifications, equivalents and substitutes for the embodiments are included in the scope of the rights.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are used for the purpose of description only, and should not be construed as limiting. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or a combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components having a common function will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, descriptions described in one embodiment may be applied to other embodiments as well, and detailed descriptions within the overlapping range will be omitted.

본 발명의 일 측면은, 금속 연료; 산화제; 프리폴리머; 및 첨가제;를 포함하고, 상기 산화제는, 과산화염화암모늄(Ammonium Perchlorate, AP), 암모늄 디나이트라마이드(ammonium dinitramide, ADN), 1,3,5,7-테트라나이트로-1,3,5,7-테트라조칸(1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane, HMX) 및 헥사나이트로헥사아자이소부르치탄(Hexanitrohexaazaisowurtzitane, HNIW)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인, 고체 추진제 조성물을 제공한다.One aspect of the present invention is a metal fuel; oxidizing agent; prepolymer; and an additive; the oxidizing agent is, ammonium peroxide chloride (Ammonium Perchlorate, AP), ammonium dinitramide (ADN), 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5 , At least one selected from the group consisting of 7-tetrazocane (1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane, HMX) and hexanitrohexaazaisowurtzitane (HNIW) It provides a solid propellant composition comprising a.

상기 고체 추진제 조성물은, 고에너지를 갖는 물질인 산화제를 단독으로 또는 혼용하여 포함함으로써, 고비추력을 구현할 수 있는 특징이 있다.The solid propellant composition is characterized in that it can implement high specific thrust by including an oxidizing agent, which is a material having high energy, alone or in combination.

일 실시형태에 따르면, 상기 산화제의 함량은, 40 중량% 내지 70 중량%인 것일 수 있다.According to one embodiment, the content of the oxidizing agent may be 40 wt% to 70 wt%.

상기 산화제의 함량은, 비추력 및 연소속도 향상과 동시에 기계적 물성을 향상시키기 위해 최적화된 함량으로, 만일, 상기 산화제의 함량이 상기 범위 미만일 경우 비추력 및 연소속도가 저하될 수 있고, 상기 범위를 초과할 경우 프리폴리머의 상대적 함량이 감소하여 고체 추진제의 기계적 물성이 저하될 수 있다.The content of the oxidizing agent is an optimized content to improve mechanical properties as well as to improve specific force and combustion rate. In this case, the relative content of the prepolymer may decrease, and thus the mechanical properties of the solid propellant may be deteriorated.

특히, 본 발명에 따른 고체 추진제 조성물은, 산화제의 함량이 60 중량% 이하로 포함됨에도 265 s 이상의 비추력을 가질 수 있는 특징이 있다.In particular, the solid propellant composition according to the present invention is characterized in that it can have a specific force of 265 s or more even when the content of the oxidizing agent is 60% by weight or less.

일 실시형태에 따르면, 상기 산화제는, 과산화염화암모늄(Ammonium Perchlorate, AP)을 포함하는, 제1 산화제; 및 암모늄 디나이트라마이드(ammonium dinitramide, ADN), 1,3,5,7-테트라나이트로-1,3,5,7-테트라조칸(1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane, HMX) 및 헥사나이트로헥사아자이소부르치탄(Hexanitrohexaazaisowurtzitane, HNIW)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는, 제2 산화제;를 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the oxidizing agent, including ammonium peroxide chloride (Ammonium Perchlorate, AP), a first oxidizing agent; and ammonium dinitramide (ADN), 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocan (1,3,5,7-tetranitro-1,3, 5,7-tetrazocane, HMX) and a second oxidizing agent comprising at least one selected from the group consisting of hexanitrohexaazaisowurtzitane (HNIW);

일 실시형태에 따르면, 상기 산화제는, 제1 산화제 및 제2 산화제를 동시에 포함함으로써 고비추력 및 고연소속도 특성이 동시에 구현될 수 있다.According to one embodiment, the oxidizing agent, by simultaneously including the first oxidizing agent and the second oxidizing agent, high specific thrust and high combustion rate characteristics can be implemented at the same time.

일 실시형태에 따르면, 상기 제2 산화제는, 분자 구조 내 산소를 다량으로 포함하고 있어 제1 산화제에 포함된 AP를 일부 대체하는 역할을 할 수 있다. According to one embodiment, the second oxidizing agent may serve to partially replace the AP included in the first oxidizing agent because it contains a large amount of oxygen in the molecular structure.

또한, 이를 통해 제1 산화제 내 포함된 AP의 절대적인 함량을 줄임으로써 추진제 연소 시 발생되는 염소가스의 양을 줄일 수 있어 저연 추진제(minimum smoke)로 적용 가능한 장점이 있다.In addition, by reducing the absolute content of AP contained in the first oxidizing agent through this, the amount of chlorine gas generated during combustion of the propellant can be reduced, so that it can be applied as a low smoke propellant (minimum smoke).

특히, 기존 HTPB계 추진제와 비교하여, 산화제인 AP를 소량으로 소모하면서 고성능을 구현할 수 있으며, AP 연소 시 발생되는 염소가스의 양을 줄일 수 있다.In particular, compared to the existing HTPB-based propellant, high performance can be realized while consuming a small amount of AP, an oxidizing agent, and the amount of chlorine gas generated during AP combustion can be reduced.

일례로, 상기 제2 산화제에 포함된 ADN은 H4N4O4의 화학식을 가진 친환경 고에너지 물질로, 질소, 산소, 수소로만 이루어져 AP 산화제와 달리 연소 시 공해 물질을 배출하지 않는다. 또한, 상기 제2 산화제에 포함된 HNIW는 나이트로아민 계열의 물질 중에서 가장 고에너지 물질로 평가받고 있으며, 밀도 및 생성열이 큰 특징이 있다.For example, ADN included in the second oxidizer is an eco-friendly high-energy material having a chemical formula of H 4 N 4 O 4 , and is composed of only nitrogen, oxygen, and hydrogen, and unlike the AP oxidizer, does not emit pollutants during combustion. In addition, HNIW contained in the second oxidizing agent is evaluated as the highest energy material among nitroamine-based materials, and has a large density and heat of formation.

따라서, 이들을 혼합 사용할 경우 고비추력 및 고연소속도 특성을 동시에 효율적으로 향상시킬 수 있으며, 환경적인 측면으로도 장점을 가질 수 있다. Therefore, when they are mixed and used, high specific thrust and high combustion rate characteristics can be efficiently improved at the same time, and it can also have advantages in terms of environment.

일 실시형태에 따르면, 상기 제1 산화제의 함량은, 상기 고체 추진제 조성물 중, 20 중량% 내지 40 중량%이고, 상기 제2 산화제의 함량은, 상기 고체 추진제 조성물 중, 20 중량% 내지 40 중량%인 것일 수 있다.According to one embodiment, the content of the first oxidizing agent, in the solid propellant composition, is 20% to 40% by weight, and the content of the second oxidizing agent is, in the solid propellant composition, 20% to 40% by weight may be

만일, 상기 제1 산화제 및 상기 제2 산화제의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우, 비추력 및 연소속도가 저하되거나 연소 시 발생 가스의 양을 증가시킬 수 있다.If the content of the first oxidizing agent and the second oxidizing agent is out of the above range, specific thrust and combustion rate may be reduced or the amount of gas generated during combustion may be increased.

또한, 상기 제1 산화제 및 상기 제2 산화제의 함량은, 비추력과 연소속도를 동시에 향상시키는데 핵심적인 요소로 작용할 수 있다.In addition, the content of the first oxidizing agent and the second oxidizing agent may act as a key factor in simultaneously improving the specific thrust and the combustion rate.

일 실시형태에 따르면, 상기 산화제의 입자 크기는, 1 ㎛ 내지 400 ㎛ 인 것일 수 있다. 상기 산화제의 입자 크기는, 입자의 형태에 따라 직경, 반경, 최대 길이 등일 수 있다.According to an embodiment, the particle size of the oxidizing agent may be 1 μm to 400 μm. The particle size of the oxidizing agent may be a diameter, a radius, a maximum length, etc. depending on the shape of the particle.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 연료는, 알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the metal fuel may include at least one selected from the group consisting of aluminum (Al), titanium (Ti), and magnesium (Mg).

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 연료는, 5 중량% 내지 20 중량%인 것일 수 있다.According to one embodiment, the metal fuel may be 5 wt% to 20 wt%.

일 실시형태에 따르면, 상기 금속 연료의 입자 크기는, 0.5 ㎛ 내지 50 ㎛ 인 것일 수 있다. 상기 금속 연료의 입자 크기는, 입자의 형태에 따라 직경, 반경, 최대 길이 등일 수 있다.According to one embodiment, the particle size of the metal fuel may be 0.5 μm to 50 μm. The particle size of the metal fuel may be a diameter, a radius, a maximum length, etc. according to the shape of the particle.

상기 산화제 및 상기 금속 연료의 입자 크기 범위는, 연소속도와 추진제 혼화 공정성을 최적화하기 위한 범위이다.The particle size ranges of the oxidizing agent and the metal fuel are ranges for optimizing the combustion rate and the propellant mixing processability.

만일, 상기 산화제 및 상기 금속 연료의 입자 크기 범위가 상기 범위 미만일 경우, 서로 뭉쳐져 연소 속도 상승 효과를 기대하기 어려울 뿐만 아니라 점도 상승으로 인해 추진제 혼화 공정에 문제가 발생할 수 있다.If the particle size range of the oxidizing agent and the metal fuel is less than the above range, it is difficult to expect an effect of increasing the combustion rate due to agglomeration and a problem in the propellant mixing process due to the increase in viscosity.

또한, 상기 산화제 및 상기 금속 연료의 입자 크기 범위가 상기 범위를 초과할 경우, 추진제 성능이 저하될 수 있고, 추진제 혼화 공정에서 상기와 유사한 문제가 발생할 수 있다.In addition, when the particle size range of the oxidizing agent and the metal fuel exceeds the above range, the performance of the propellant may be reduced, and problems similar to the above may occur in the propellant mixing process.

일 실시형태에 따르면, 상기 프리폴리머는, 글리시딜아자이드 폴리머(GAP), 폴리에티렌글리콜(PEG), 폴리카프로락톤(PCL), 하이드록시 종결된 폴리에테르(hydroxyl-terminated polyether, HTPE), 폴리프로필렌 글리콜(PPG), 폴리테트라하이드로퓨란(PTHF), 폴리에틸 아디페이드(PEA) 및 폴리글리콜 아디페이트(PGA)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to one embodiment, the prepolymer, glycidyl azide polymer (GAP), polyethylene glycol (PEG), polycaprolactone (PCL), hydroxyl-terminated polyether (hydroxyl-terminated polyether, HTPE), It may include one or more selected from the group consisting of polypropylene glycol (PPG), polytetrahydrofuran (PTHF), polyethyl adipate (PEA), and polyglycol adipate (PGA).

상기 프리폴리머는, 큰 생성열 값(Heat of formation, ΔHf)을 가진 물질을 포함함으로써, 고비추력 및 고연소속도 특성을 구현할 수 있다.The prepolymer may include a material having a large heat of formation (ΔH f ), thereby implementing high specific thrust and high combustion rate characteristics.

구체적으로, 기존에 사용되던 프리폴리머(고분자 바인더)인 HTPB는 밀도가 0.92 g/cm3 이고, 생성열이 -29,700 cal/mol이다. 이와 비교하여, 본 발명의 프리폴리머 성분 중 하나인 GAP는 밀도가 1.29 g/cm3 이고, 생성열이 28,000 cal/mol이다.Specifically, the previously used prepolymer (polymer binder), HTPB, has a density of 0.92 g/cm 3 and a heat of formation of -29,700 cal/mol. In comparison, GAP, which is one of the prepolymer components of the present invention, has a density of 1.29 g/cm 3 and a heat of formation of 28,000 cal/mol.

각 생성열을 살펴보면, HTPB는 음의 값을, GAP는 양의 값을 가지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 각 홑원소에서 HTPB가 만들어질 때 음의 값만큼 열(에너지)이 방출되어 에너지 준위가 낮아지는 것이고, GAP의 경우는 양의 값만큼 열(에너지)이 흡수되어 에너지 준위가 높아지게 되는 것이다. 따라서 생성열이 양의 값을 가지면서 클수록 생성물의 에너지 준위가 높아져서 연소 시 많은 열(에너지)을 발생시킬 수 있다.Looking at each generation sequence, it can be seen that HTPB has a negative value and GAP has a positive value. That is, when HTPB is made from each single element, heat (energy) is released by a negative value to lower the energy level, and in the case of GAP, heat (energy) is absorbed by a positive value to increase the energy level. Therefore, as the heat of formation has a positive value and increases, the energy level of the product increases, so that a lot of heat (energy) can be generated during combustion.

일 실시형태에 따르면, 상기 프리폴리머는, 20 중량% 내지 40 중량%인 것일 수 있고, 바람직하게는, 23 중량% 내지 30 중량%일 수 있다.According to one embodiment, the prepolymer may be 20 wt% to 40 wt%, preferably, 23 wt% to 30 wt%.

만일, 상기 프리폴리머의 함량이 상기 범위를 벗어날 경우 추진제의 기계적 물성, 연소 속도, 비추력 등이 감소될 수 있으며, 이것은 추진제의 성능 저하로 이어질 수 있다.If the content of the prepolymer is out of the above range, mechanical properties, combustion rate, specific force, etc. of the propellant may be reduced, which may lead to deterioration of the performance of the propellant.

특히, 본 발명에 따른 고체 추진제 조성물은, 고에너지를 갖는 NEPE계 프리폴리머를 20 중량% 이상 포함함으로써, 고비추력 특성과 함께 우수한 기계적 물성을 향상시킨 특징이 있다.In particular, the solid propellant composition according to the present invention contains 20 wt% or more of a NEPE-based prepolymer having high energy, thereby improving excellent mechanical properties as well as high specific thrust characteristics.

또한, 고에너지를 갖는 산화제 물질을 특정 함량으로 혼합하여 포함함으로써, 고비추력 및 고연소속도를 동시에 구현한 특징이 있다. In addition, high specific thrust and high combustion rate are realized simultaneously by mixing and including an oxidizing material having high energy in a specific content.

일 실시형태에 따르면, 상기 첨가제는, 가소제, 경화제 및 경화촉매로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.According to an embodiment, the additive may include at least one selected from the group consisting of a plasticizer, a curing agent, and a curing catalyst.

일 실시형태에 따르면, 상기 가소제는, 디에틸렌 글리콜 디나이트레이트(DEGDN), 트리메틸 에틸렌 트리나이트레이트(TMETN), 부탄트리올 트리나이트레이트(BTTN) 및 트리에틸렌 글리콜 트리나이트레이트(TEGDN)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 상기 고체 추진제 조성물 중, 1 중량% 내지 20 중량%인 것일 수 있다.According to one embodiment, the plasticizer, diethylene glycol dinitrate (DEGDN), trimethyl ethylene trinitrate (TMETN), butanetriol trinitrate (BTTN) and triethylene glycol trinitrate (TEGDN) consisting of It may include one or more selected from the group, and in the solid propellant composition, 1 wt% to 20 wt%.

상기 가소제는 상기 함량 범위로 포함되어, 고체 추진제 조성물의 유동특성, 유연성, 탄성 및 가공성을 부여할 수 있다. The plasticizer may be included in the content range to impart flow properties, flexibility, elasticity and processability of the solid propellant composition.

일 실시형태에 따르면, 상기 경화제는, 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 다이머 디이소시아네이트(DDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), N-100 (Biuret triisocyanate desmonour) 및 N-3200(Polyfuctional aliphatic isocyanate)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고, 상기 고체 추진제 조성물 중, 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것일 수 있다.According to an embodiment, the curing agent is isophorone diisocyanate (IPDI), dimer diisocyanate (DDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), toluene diisocyanate (TDI), N-100 (Biuret triisocyanate desmonour) and N -3200 (Polyfuctional aliphatic isocyanate) may be included in at least one selected from the group consisting of, and 0.1 wt% to 10 wt% of the solid propellant composition.

상기 경화제는 상기 함량 범위로 포함되어, 상기 고체 추진제 조성물의 경화 반응이 충분히 이루어지도록 한다.The curing agent is included in the above content range, so that the curing reaction of the solid propellant composition is sufficiently achieved.

일 실시형태에 따르면, 상기 경화촉매는, 트리페닐 비스무스(TPB)를 포함하고, 상기 고체 추진제 조성물 중, 0.005 중량% 내지 1.0 중량%인 것일 수 있다.According to an embodiment, the curing catalyst may include triphenyl bismuth (TPB), and in the solid propellant composition, 0.005 wt% to 1.0 wt%.

상기 경화촉매는, 상기 함량 범위로 포함되어, 상기 고체 추진제 조성물의 경화반응을 촉진한다.The curing catalyst is included in the content range to promote the curing reaction of the solid propellant composition.

일 실시형태에 따르면, 상기 고체 추진제 조성물은, 비추력이 265 s 이상이고, 연소속도가 6.9 MPa 압력 조건에서 30 mm/s 내지 60 mm/s인 것일 수 있다.According to an embodiment, the solid propellant composition may have a specific force of 265 s or more and a combustion rate of 30 mm/s to 60 mm/s under a pressure of 6.9 MPa.

일 실시형태에 따르면, 상기 고체 추진제 조성물은, 비추력이 265 s 이상이고, 연소속도가 6.9 MPa 압력 조건에서 40 mm/s 내지 60 mm/s인 것일 수 있고, 비추력이 265 s 이상이고, 연소속도가 6.9 MPa 압력 조건에서 44 mm/s 내지 60 mm/s인 것일 수 있다.According to an embodiment, the solid propellant composition may have a specific force of 265 s or more, a combustion rate of 40 mm/s to 60 mm/s under a pressure condition of 6.9 MPa, a specific force of 265 s or more, and a combustion rate may be 44 mm/s to 60 mm/s under a 6.9 MPa pressure condition.

기존의 HTPB 계 추진제의 최대 성능은 비추력이 약 260 s, 연소속도가 30 mm/s 내지 40 mm/s 정도이며, 최근 유도탄의 효율과 고성능에 대한 요구가 증가함에 따라 무기 체계에 적용되기에 어려움이 있었다.The maximum performance of the existing HTPB-based propellants is about 260 s with specific thrust and about 30 mm/s to 40 mm/s of combustion speed. there was

이와 비교하여, 본 발명에 따른 NEPE 계 고체 추진제 조성물은, 기존의 HTPB 계 추진제로 구현되지 않는 높은 비추력과 연소속도를 나타냄으로써, 고성능을 요구하는 무기 체계에 적용 가능한 장점을 갖는다.In comparison, the NEPE-based solid propellant composition according to the present invention exhibits high specific thrust and combustion rate, which are not implemented with conventional HTPB-based propellants, and thus has the advantage of being applicable to inorganic systems requiring high performance.

상기 연소속도는, 상기 고체 추진제 조성물을 경화한 후 측정된 것일 수 있다.The combustion rate may be measured after curing the solid propellant composition.

일 실시형태에 따르면, 상기 고체 추진제 조성물은, 인장 강도(Tensile stress)가 9.0 bar 이상이고, 신율(Elongation)이 25 % 이상인 것일 수 있다.According to an embodiment, the solid propellant composition may have a tensile strength of 9.0 bar or more and an elongation of 25% or more.

일 실시형태에 따르면, 상기 고체 추진제 조성물은, 인장 강도(Tensile stress)가 9.5 bar 이상일 수 있고, 바람직하게는, 10 bar 이상일 수 있다.According to one embodiment, the solid propellant composition, the tensile strength (Tensile stress) may be 9.5 bar or more, preferably, it may be 10 bar or more.

일 실시형태에 따르면, 상기 고체 추진제 조성물은, 신율(Elongation)이 28 % 이상일 수 있고, 바람직하게는, 30 % 이상일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40 % 이상일 수 있다.According to an embodiment, the solid propellant composition may have an elongation of 28% or more, preferably, 30% or more, and more preferably 40% or more.

일반적으로, NEPE계 추진제 조성물은 HTPB계 추진제 조성물보다 기계적 물성이 떨어지게 되는데, 이는 추진제의 기계적 물성이 프리폴리머 자체의 물성과 경화 특성에 의존하기 때문이다.In general, the NEPE-based propellant composition has lower mechanical properties than the HTPB-based propellant composition, because the mechanical properties of the propellant depend on the physical properties and curing properties of the prepolymer itself.

이와 비교하여, 본 발명에 따른 고체 추진제 조성물은, NEPE계 추진제 조성물임에도 HTPB계 추진제 조성물과 유사하거나 그 이상 수준의 기계적 물성을 갖는 특징이 있다.In comparison, the solid propellant composition according to the present invention has mechanical properties similar to or higher than that of the HTPB-based propellant composition, even though it is a NEPE-based propellant composition.

상기 인장강도 및 신율은, 상기 고체 추진제 조성물을 경화한 후 측정된 것일 수 있다. The tensile strength and elongation may be measured after curing the solid propellant composition.

본 발명에 따른 고체 추진제 조성물은, 극초음속 무기체계 및 고성능 유도탄에 적용될 수 있으며, 추진 기관은 물로 전반적인 무기 시스템 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 큰 추력이 필요한 위성 발사체의 대형 로켓용 추진제로도 적용이 가능하다.The solid propellant composition according to the present invention can be applied to hypersonic weapon systems and high-performance guided missiles, and the propulsion engine can improve overall weapon system performance with water. In addition, it can be applied as a propellant for large rockets of satellite launch vehicles that require large thrust.

이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of Examples and Experimental Examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the content of the present invention is not limited to the following examples.

<실시예> 고체 추진제 조성물의 제조<Example> Preparation of solid propellant composition

금속 연료, 프리폴리머, 산화제를 혼합하여 고체 추진제 조성물을 제조하였다.A solid propellant composition was prepared by mixing the metal fuel, prepolymer, and oxidizing agent.

각 실시예 조성물의 구체적인 성분 및 함량을 표 1에 나타내었다.Specific components and contents of each Example composition are shown in Table 1.

금속 연료metal fuel 프리폴리머prepolymer 산화제oxidizer 실시예 1Example 1 Al 15 중량%Al 15 wt% GAP 23.5 중량%GAP 23.5 wt% AP 20 중량%
ADN 20 중량%
HMX 20 중량%
AP 20 wt%
ADN 20% by weight
HMX 20% by weight
실시예 2Example 2 Al 16 중량%Al 16 wt% GAP 28 중량%GAP 28 wt% AP 26 중량%
ADN 30 중량%
AP 26 wt%
ADN 30% by weight
실시예 3Example 3 Al 16 중량%Al 16 wt% GAP 28 중량%GAP 28 wt% AP 26 중량%
ADN 30 중량%
AP 26 wt%
ADN 30% by weight
실시예 4Example 4 Al 16 중량%Al 16 wt% GAP 28 중량%GAP 28 wt% AP 21 중량%
ADN 35 중량%
AP 21 wt%
ADN 35 wt%
실시예 5Example 5 Al 16 중량%Al 16 wt% GAP 28 중량%GAP 28 wt% AP 21 중량%
ADN 35 중량%
AP 21 wt%
ADN 35 wt%
실시예 6Example 6 Al 16 중량%Al 16 wt% GAP 23.5 중량%GAP 23.5 wt% AP 40 중량%
HMX 20 중량%
AP 40 wt%
HMX 20% by weight
실시예 7Example 7 Al 16 중량%Al 16 wt% GAP 23.5 중량%GAP 23.5 wt% AP 30 중량%
HMX 30 중량%
AP 30 wt%
30% by weight of HMX
실시예 8Example 8 Al 16 중량%Al 16 wt% GAP 23.5 중량%GAP 23.5 wt% AP 20 중량%
HMX 40 중량%
AP 20 wt%
HMX 40 wt%
실시예 9Example 9 Al 16 중량%Al 16 wt% GAP 28 중량%GAP 28 wt% AP 30 중량%
HNIW 26 중량%
AP 30 wt%
HNIW 26 wt%
실시예 10Example 10 Al 16 중량%Al 16 wt% GAP 23.5 중량%GAP 23.5 wt% AP 20 중량%
HNIW 40 중량%
AP 20 wt%
HNIW 40 wt%

<실험예 1> 고체 추진제 조성물의 비추력 및 연소속도 측정<Experimental Example 1> Measurement of specific force and combustion rate of solid propellant composition

실시예를 통해 제조된 고체 추진제 조성물의 비추력 및 연소속도를 측정하였다.Specific thrust and combustion rate of the solid propellant composition prepared in the Examples were measured.

비추력 값은 NASA에서 개발한 CEA(Chemical equilibrium with applications) 코드를 이용하여 계산하였으며, 밀도 비추력은 추진제의 밀도와 비추력을 곱한 값이다. 또한, 추진제의 연소속도는 경화된 추진제를 적절한 사이즈의 시편으로 가공한 후 Strand burner 장비를 활용하여 측정하였다. 측정 결과를 표 2에 나타내었다.The specific force value was calculated using the CEA (Chemical equilibrium with applications) code developed by NASA, and the density specific force is the product of the density of the propellant and the specific force. In addition, the combustion rate of the propellant was measured using a strand burner equipment after processing the cured propellant into a specimen of an appropriate size. The measurement results are shown in Table 2.

비추력
(S)
non-power
(S)
밀도 비추력
(g/cm3·s)
density specific force
(g/cm 3 s)
연소속도 @ 6.9MPa
(mm/s)
Burning speed @ 6.9MPa
(mm/s)
실시예 1Example 1 270.7270.7 494.6494.6 44.344.3 실시예 2Example 2 269.6269.6 473.6473.6 32.732.7 실시예 3Example 3 269.6269.6 474.3474.3 31.431.4 실시예 4Example 4 267.0267.0 468.7468.7 30.430.4 실시예 5Example 5 270.4270.4 474.6474.6 29.429.4 실시예 6Example 6 267.0267.0 494.5494.5 53.1553.15 실시예 7Example 7 268.8268.8 497.6497.6 50.2850.28 실시예 8Example 8 271.3271.3 499.2499.2 45.4445.44 실시예 9Example 9 268.0268.0 491.2491.2 53.0353.03 실시예 10Example 10 271.4271.4 513.5513.5 47.1047.10

표 2를 참조하면, 실시예 모두에서 265s 이상의 비추력을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 모두에서약 30 mm/s 이상의 연소 속도를 나타내는 것을 확인할 수 있고, 특히, 실시예 1, 6 내지 10에서는 40 mm/s 이상의 연소속도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, it can be seen that the specific force of 265s or more was exhibited in all of the Examples. In addition, it can be seen that all of the Examples exhibit a combustion rate of about 30 mm/s or more, and in particular, Examples 1, 6 to 10 can confirm that a combustion rate of 40 mm/s or more is exhibited.

실시예 1 내지 5의 결과를 참고하여 보면, 산화제인 ADN의 함량이 증가함에 따라 비추력 값이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 다만, 연소속도는 동시에 증가하지 않았다. 또한, 산화제로 AP, ADN, HMX를 모두 사용한 실시예 1에서 비추력과 연소속도가 가장 높은 값을 나타냈음을 확인할 수 있다.Referring to the results of Examples 1 to 5, it can be seen that the specific force value increases as the content of the oxidizing agent ADN increases. However, the combustion rate did not increase at the same time. In addition, it can be seen that in Example 1, in which AP, ADN, and HMX were all used as oxidizing agents, the specific thrust and the combustion rate showed the highest values.

이를 통해, 산화제로 AP, ADN 이외에 HMX와 같은 다른 나이트로 아민 계열의 물질을 첨가할 경우, 비추력과 연소속도를 동시에 효과적으로 증진시킬 수 있음을 이해할 수 있다.Through this, it can be understood that when another nitroamine-based material such as HMX is added as an oxidizing agent in addition to AP and ADN, specific force and combustion rate can be effectively improved at the same time.

실시예 6 내지 8의 결과를 참고하여 보면, 나이트로 아민 계열의 물질인 HMX의 양이 증가함에 따라 비추력이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 HMX의 생성열이 크기 때문에 연소 시 많은 에너지가 방출되어 연소실 내부 온도를 증가시키고, 이로 인해 비추력이 상승하는 것이다. 한편, HMX의 양이 증가함에 따라 연소속도는 감소하였는데 이는 AP의 양이 상대적으로 감소했기 때문이다.Referring to the results of Examples 6 to 8, it can be seen that the specific force increases as the amount of HMX, which is a nitroamine-based material, increases. This is because the heat of generation of HMX is large, so a lot of energy is released during combustion to increase the temperature inside the combustion chamber, which increases specific force. On the other hand, as the amount of HMX increased, the combustion rate decreased because the amount of AP decreased relatively.

실시예 9 및 10의 결과를 참고하여 보면, HNIW의 양이 증가함에 따라 비추력의 값은 커지고, 연소속도는 소폭 감소하는 것을 확인할 수 있다.Referring to the results of Examples 9 and 10, it can be seen that as the amount of HNIW increases, the value of specific force increases and the combustion rate decreases slightly.

<실험예 2> 고체 추진제 조성물의 기계적 물성 측정<Experimental Example 2> Measurement of mechanical properties of solid propellant composition

고체 추진제 조성물의 기계적 물성을 확인하기 위해, 실시예 8 내지 10의 인장강도와 신율을 측정하였다. 측정 결과를 표 3에 나타내었다.In order to confirm the mechanical properties of the solid propellant composition, the tensile strength and elongation of Examples 8 to 10 were measured. The measurement results are shown in Table 3.

비추력(s)specific force(s) 인장강도(bar)Tensile strength (bar) 신율(%)Elongation (%) 실시예 8Example 8 271.3271.3 9.99.9 2828 실시예 9Example 9 268.0268.0 9.59.5 4444 실시예 10Example 10 271.4271.4 10.610.6 3333

표 3을 참조하면, 실시예 8 내지 10의 고체 추진제 조성물은 9.5 bar 이상의 인장강도 및 28 % 이상의 신율을 나타내는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the solid propellant compositions of Examples 8 to 10 exhibited a tensile strength of 9.5 bar or more and an elongation of 28% or more.

특히, 실시예 9 및 10은 30 % 이상의 신율을 나타냈고, 실시예 9는 44 % 이상의 신율을 나타냈음을 확인할 수 있다.In particular, it can be seen that Examples 9 and 10 exhibited an elongation of 30% or more, and Example 9 exhibited an elongation of 44% or more.

이를 통해 본 발명에 따른 고체 추진제 조성물은, 고비추력 및 고연소속도 뿐만 아니라 우수한 기계적 물성 또한 확보하였음을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the solid propellant composition according to the present invention secures excellent mechanical properties as well as high specific thrust and high combustion rate.

이상과 같이 실시예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described as described above, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

Claims (16)

금속 연료;
산화제;
글리시딜아자이드 폴리머(GAP)를 포함하는, 프리폴리머; 및
가소제, 경화제 및 경화촉매로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는, 첨가제;를 포함하는, 고체 추진제 조성물로서,
상기 산화제는, 과산화염화암모늄(Ammonium Perchlorate, AP)을 포함하는, 제1 산화제; 및 암모늄 디나이트라마이드(ammonium dinitramide, ADN), 1,3,5,7-테트라나이트로-1,3,5,7-테트라조칸(1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocane, HMX) 및 헥사나이트로헥사아자이소부르치탄(Hexanitrohexaazaisowurtzitane, HNIW)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는, 제2 산화제;를 포함하고,
상기 제1 산화제의 함량은, 상기 고체 추진제 조성물 중, 20 중량% 내지 40 중량%이고,
상기 제2 산화제의 함량은, 상기 고체 추진제 조성물 중, 20 중량% 내지 40 중량%이며,
상기 프리폴리머는, 20 중량% 내지 40 중량%이고,
상기 가소제는, 디에틸렌 글리콜 디나이트레이트(DEGDN), 트리메틸 에틸렌 트리나이트레이트(TMETN), 부탄트리올 트리나이트레이트(BTTN) 및 트리에틸렌 글리콜 트리나이트레이트(TEGDN)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고,
상기 경화제는, 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 다이머 디이소시아네이트(DDI), 헥사메틸렌 디이소시아네이트(HDI), 톨루엔 디이소시아네이트(TDI), N-100 (Biuret triisocyanate desmonour) 및 N-3200(Polyfuctional aliphatic isocyanate)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하고,
상기 경화촉매는, 트리페닐 비스무스(TPB)를 포함하는 것인,
고체 추진제 조성물.
metal fuel;
oxidizing agent;
prepolymers, including glycidylazide polymer (GAP); and
A solid propellant composition comprising; an additive comprising at least one selected from the group consisting of a plasticizer, a curing agent, and a curing catalyst,
The oxidizing agent, including ammonium peroxide chloride (Ammonium Perchlorate, AP), a first oxidizing agent; and ammonium dinitramide (ADN), 1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocan (1,3,5,7-tetranitro-1,3, 5,7-tetrazocane, HMX) and a second oxidizing agent comprising at least one selected from the group consisting of hexanitrohexaazaisowurtzitane (HNIW);
The content of the first oxidizing agent is, in the solid propellant composition, 20% by weight to 40% by weight,
The content of the second oxidizing agent is, in the solid propellant composition, 20% by weight to 40% by weight,
The prepolymer is 20% to 40% by weight,
The plasticizer is at least one selected from the group consisting of diethylene glycol dinitrate (DEGDN), trimethyl ethylene trinitrate (TMETN), butanetriol trinitrate (BTTN) and triethylene glycol trinitrate (TEGDN) including,
The curing agent is isophorone diisocyanate (IPDI), dimer diisocyanate (DDI), hexamethylene diisocyanate (HDI), toluene diisocyanate (TDI), N-100 (Biuret triisocyanate desmonour) and N-3200 (Polyfuctional aliphatic isocyanate) ) comprising at least one selected from the group consisting of,
The curing catalyst, including triphenyl bismuth (TPB),
A solid propellant composition.
제1항에 있어서,
상기 산화제의 함량은,
40 중량% 내지 70 중량%인 것인,
고체 추진제 조성물.
According to claim 1,
The content of the oxidizing agent is
40% to 70% by weight,
A solid propellant composition.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 산화제의 입자 크기는,
1 ㎛ 내지 400 ㎛ 인 것인,
고체 추진제 조성물.
According to claim 1,
The particle size of the oxidizing agent is,
1 μm to 400 μm,
A solid propellant composition.
제1항에 있어서,
상기 금속 연료는,
알루미늄(Al), 티타늄(Ti) 및 마그네슘(Mg)으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것인,
고체 추진제 조성물.
According to claim 1,
The metal fuel is
Which comprises at least one selected from the group consisting of aluminum (Al), titanium (Ti) and magnesium (Mg),
A solid propellant composition.
제1항에 있어서,
상기 금속 연료는,
5 중량% 내지 20 중량%인 것인,
고체 추진제 조성물.
According to claim 1,
The metal fuel is
5% to 20% by weight,
A solid propellant composition.
제1항에 있어서,
상기 금속 연료의 입자 크기는,
0.5 ㎛ 내지 50 ㎛ 인 것인,
고체 추진제 조성물.
According to claim 1,
The particle size of the metal fuel is,
0.5 μm to 50 μm,
A solid propellant composition.
제1항에 있어서,
상기 프리폴리머는,
폴리에티렌글리콜(PEG), 폴리카프로락톤(PCL), 하이드록시 종결된 폴리에테르(hydroxyl-terminated polyether, HTPE), 폴리프로필렌 글리콜(PPG), 폴리테트라하이드로퓨란(PTHF), 폴리에틸 아디페이드(PEA) 및 폴리글리콜 아디페이트(PGA)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더 포함하는 것인,
고체 추진제 조성물.
According to claim 1,
The prepolymer is
Polyethylene glycol (PEG), polycaprolactone (PCL), hydroxyl-terminated polyether (HTPE), polypropylene glycol (PPG), polytetrahydrofuran (PTHF), polyethyl adipide ( PEA) and polyglycol adipate (PGA) that further comprises one or more selected from the group consisting of,
A solid propellant composition.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 가소제는, 상기 고체 추진제 조성물 중, 1 중량% 내지 20 중량%인 것인,
고체 추진제 조성물
According to claim 1,
The plasticizer is, in the solid propellant composition, 1 wt% to 20 wt%,
solid propellant composition
제1항에 있어서,
상기 경화제는, 상기 고체 추진제 조성물 중, 0.1 중량% 내지 10 중량%인 것인,
고체 추진제 조성물.
According to claim 1,
The curing agent is, in the solid propellant composition, 0.1 wt% to 10 wt%,
A solid propellant composition.
제1항에 있어서,
상기 경화촉매는, 상기 고체 추진제 조성물 중, 0.005 중량% 내지 1.0 중량%인 것인,
고체 추진제 조성물.
According to claim 1,
The curing catalyst is, in the solid propellant composition, 0.005 wt% to 1.0 wt%,
A solid propellant composition.
제1항에 있어서,
비추력이 265 s 이상이고,
연소속도가 6.9 MPa 압력 조건에서 30 mm/s 내지 60 mm/s인 것인,
고체 추진제 조성물.
According to claim 1,
specific force of 265 s or more,
The combustion rate is 30 mm / s to 60 mm / s under 6.9 MPa pressure conditions,
A solid propellant composition.
제1항에 있어서,
인장 강도(Tensile stress)가 9.0 bar 이상이고,
신율(Elongation)이 25 % 이상인 것인,
고체 추진제 조성물.
According to claim 1,
Tensile stress is 9.0 bar or more,
Elongation (Elongation) is 25% or more,
A solid propellant composition.
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