NO147520B - Kryssbunnet dobbeltbase-drivmiddel. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår kryssbundne dobbeltbase-drivmidler med forbedrede lavtemperaturbelastningsegen-skaper ved høy belastningsgrad, drivmidler som er egnet til bruk i taktiske prosjektiler.

Fremgangsmåter for fremstilling av kryssbundne dobbeltbase-drivmidler er godt kjent i denne teknikk. Et illu-strerende eksempel på en kjent fremgangsmåte for fremstilling av slike drivmidler er beskrevet i US-PS 3.798.090. Dette patent beskriver bruken av forpolymerer av polyglykoladipat og tolylendiisocyanat som kryssbindingsmiddel for nitrocellu-losebestanddelen i drivmidlet. Dette patent beskriver også bruken av visse forpolymerer slik som hydroksyavsluttede polykaprolaktoner og aromatiske og alifatiske diisocyanater som kryssbindingsmidler for nitrocellulose.

Kryssbundne dobbeltbase-XLDB-drivmidler krever en god lavtemperaturbelastningsevne ved meget lave temperaturer for å kunne benyttes praktisk i taktiske prosjektiler for slike formål som luftforsvar. I visse rakettmotorer er det ønskelig med en drivmiddelbelastning ved maksimal spennings-verdi (em) på 6% eller mer ved -54°C ved en høy belastningsgrad (74 tommer/tommer/min).

Lavtemperaturbelastningsevnen for drivmidlet er begrenset av glassdannelsestemperaturen for drivmiddelbinde-midlet. Glassdannelsestemperaturen for et slikt bindemiddel er avhengig av glassdannelsestemperaturen og volumandelen av hver av bindemiddelkomponentene. I de fleste XLDB-drivmidler består bindemidlet av nitrocellulose, forpolymerer slik som polyglykoladipat, energistiske myknere slik som nitroglycerin, forskjellige stabilisatorer og et kryssbindingsmiddel.

Hovedbestanddelen ved XLDB-drivmidler er nitroglycerin som har en glassdannelsestemperatur på -68°C. Glassdannelsestemperaturen for XLDB-drivmidler er høyere enn den for nitroglycerin, hovedsakelig på grunn av de høyere glass-dannelsestemperaturer for polymerene som er innarbeidet i bindemidlet, dvs. +120°C for nitrocellulose og -39°C for polyglykoladipat. Forskjellige forsøk er gjort på å senke glass-

dannelsestemperaturen for bindemidler for XLDB-drivmidler,

og blant de som har hatt begrenset suksess, er slike der nitrocelluloseinnholdet er redusert og nitroglycerinnivået er øket i drivmidlet. Disse forsøk resulterer imidlertid i lavere drivmiddelstyrke på grunn av lavere polymerinnhold i drivmidlet.

Ifølge oppfinnelsen frembringes det et kryssbundet dobbeltbase-drivmiddel som viser utmerkede lavtemperatur-egenskaper. Oppfinnelsen angår således kryssbundne dobbeltbase-drivmidler omfattende nitrocellulose, energetisk nitroestermykner, organisk oksydasjonsmiddel, bindemiddel for polymer og kryssbindingsmidler, idet det som bindemiddel for drivmidlet inneholder nitrocellulose av lakkvalitet inneholdende 12,1-12,6% nitrogen i en vektandel av 0,1-10%, beregnet på vekten av drivmiddelsammensetningen, og forpolymeren er en blanding inneholdende polyglykoladipat med en funksjonalitet på 1,9-4,0, og disse drivmidler karakteriseres ved at forpolymerblandingen videre inneholder polykaprolakton med en hydroksylfunksjonalitet på 2-3 og hvori vektforholdet mellom polyglykoladipat og polykaprolakton ligger i området 5:1 til 1:5, og vekten av forpolymeren utgjør fra 5-25%, beregnet på vekten av drivmiddelsammensetningen.

I tillegg kan drivmidlet inneholde fra 25-75% oksydasjonsmiddel, fra 0-20% metallbrennstoff, fra 10-60% eksplosiv nitroestermykner og mindre mengder stabilisatorer, ballistiske modifikasjonsmidler og kryssbindingsmidler.

Polyglykoladipatet som kan benyttes ved drivmidlet ifølge oppfinnelsen, er en væske med en molekylvekt innen området 1500-4000 og er hydroksyavsluttet med en funksjonalitet mellom 1,9 og 4,0. Polyglykoladipater som tilfredsstil-ler de oevenfor angitte kjemiske krav, er kommersielt til-gjengelige fra flere firmaer.

Polykaprolakton som kan benyttes i drivmidlet ifølge oppfinnelsen, har en molekylvekt innen området 500-3000, er basert på epsilon-kaprolakton og har en hydroksylfunksjonalitet på 2-3. Polykaprolaktonet som kan benyttes, har et smeltepunkt på ca. 60°C og kan lett blandes med nitrocellulose og polyglykoladipat. Et egnet polykaprolakton som kan benyttes, er kommersielt tilgjengelig under betegnelsen "NIAX Polyol PCP".

Nitrocellulosen som kan benyttes i drivmidlet iføl-ge oppfinnelsen, er en lakk-kvalitet- eller tilsvarende nitrocellulose med et nitrogeninnhold fra 12,1-12,6% og med et viskositetsområde målt i oppløsning som følger: fra en viskositet på 3-4 sek. for en oppløsning av 20% nitrocellulose-konsentrasjon til en viskositet på 5-6,5 sek. for en 12,2%-ig oppløsning. Viskositeten måles ved fallende kule der man som oppløsningsmiddel benytter en blanding omfattende 20 vekt-% etylacetat, 25 vekt-% denaturert etylalkohol og 55 vekt-% toluen.

De følgende eksempler skal illustrere det kryssbundne dobbeltbase-drivmiddel ifølge oppfinnelsen. I eksemplene og i beskrivelsen' og- kravene er prosentandelene; på vekt-basis hvis intet annet er sagt.

Eksempel 1

Et drivmiddel ifølge oppfinnelsen fremstilles som følger. Lakk-kvalitetnitrocellulose inneholdende 12,1% N, nitroglycerin, polyglykoladipat, polykaprolakton og stabi-liseringsmidler blandes sammen i 3 dager ved 60°C for å oppnå en forblanding. Denne forblanding overføres til en større blanding og cyklo-tetrametylentetranitramin (HMX) tilsettes til forblandingen i tre like store deler hvoretter ballistiske modifiseringsmidler tilsettes i en sats med en herde-katalysator. Oppslemmingen som stammer fra tilsetning av HMX-faststoffer og andre faststoffer til drivmiddelmaterial-et, blandes i 5 min ved 43,3°C etter at hver andel av fast-stoffene er tilsatt til blanderen. Etter at alle faststoffer er tilsatt, blir drivmiddeloppslemmingen blandet i 1 time under vakuum ved et trykk under 15 mm Hg ved 32,2°C. Heksa-metylendiisocyanat (kryssbindingsmiddel) tilsettes til drivmiddeloppslemmingen, og denne vakuumblandes i ytterligere 20 min ved 32,2°C vet et trykk under 15 mm Hg. Drivmidlet støpes deretter i ønskede former og herdes i 10 dager ved 49°C.

Eksemplene 2- 5

Blandeprosedyren som er angitt i eks. 1 ovenfor, gjentas for å fremstille drivmiddelsammensetninger med vari-erende mengder bindemiddelforpolymer, og de resulterende drivmidler prøves ved en belastningsgrad på 74 tomme/tomme/ min ved 25°C og -54°C. Resultatene ved denne utprøving er angitt i tabell I. Eksemplene 2a, 3a og 4a er kontrolleksemp-ler der drivmidlet ikke inneholder polykaprolakton i binde-middelf orpolymeren. Eksemplene 2b, 3b, 4b og 4c er drivmiddelsammensetninger ifølge oppfinnelsen og er ført opp for direkte sammenligning med eksemplene 2a, 3a hhv.'4a. Eksemplene 5a og 5b viser virkningen av forholdet mellom polyglykoladipat og polykaprolakton på belastningsegenskapene for det resulterende drivmiddel ved -54°C og ved høy belastningsgrad.

I eks. 2b ble ca. 20 vekt-% av polyglykoladipatet

i eks, 2a erstattet med polykaprolakton. -54°C-belastningen ved maksimal spenning for drivmidlet i eks. 2b øket fra 19% til 25%, og belastningen ved brudd øket fra 40 til over 105%.

I eks. 3b ble 20% av polyglykoladipatet i eks. 3a erstattet med polykaprolakton. Belastning ved maksimal spenning ved -54°C for drivmidlet i eks. 3b øket fra 12% til 21% over drivmidlet ifølge eks. 3a, og belastningen ved brudd øket fra 14,5% til 57%.

I eks. 4b og 4c ble polyglykoladipat erstattet med forskjellige mengder polykaprolakton. Belastning ved maksimal spenning og belastning ved brudd øket med økende konsen-trasjoner av polykaprolakton i drivmidlene ifølge eks. 4b og 4c sammenlignet med kontrolldrivmidlet, nemlig det ifølge eks. 4a.

Eksemplene 6- 9

Det ble fremstilt fire drivmidler ved å følge den prosedyre som er angitt i eks. 1. Eksemplene 6 og 7 repre-senterer tidligere kjente drivmidler. Eksemplene 8 og 9 er drivmidler ifølge oppfinnelsen. Eksemplene 7 og 9 viser begge høybelastningsevne ved -54°C og lavere glassomdannings-temperaturer (Tg, °C) enn drivmidlene ifølge teknikkens stand. Drivmiddelsammensetningene, belastningen ved maksimal spenning og glassomdanningstemperaturen er angitt i tabell II.

Drivmidlene ifølge oppfinnelsen slik de er beskrevet ovenfor kan inneholde forskjellige oksydasjonsmidler, energetiske nitroestermyknere, brennstoffer, kryssbindingsmidler, stabilisatorer og andre komponenter som vanligvis benyttes i XLDB-drivmidler. Således kan drivmidlene ifølge oppfinnelsen inneholde organiske eller uorganiske oksydasjonsmidler og blandinger derav slik som cyklotetrametylentetra-nitramin (HMK), cyklotrimetylentrinitramin, ammoniumper-klorat, natriumperklorat o.l.; metallbrennstoffer slik som partikkelformig aluminium; energetiske nitroestermyknere slik som nitroglycerin, dietylenglykoldinitrat, trietylol-etantrinitrat o.l.; kryssbindingsmidler slik som heksametyl-endiisocyanat; toluendiisocyanat; isoforondiisocyanat;

og lysindiisocyanat; samt ethvert av de stabiliseringsmid-ler og ballistiske modifiseringsmidler som vanligvis benyttes i kryssbundne dobbeltbase-drivmidler.

Claims (2)

1. Kryssbundet dobbeltbase-drivmiddel omfattende nitrocellulose, energetisk nitroestermykner, organisk oksydasjonsmiddel, bindemiddel for polymer og kryssbindingsmidler, idet det som bindemiddel for drivmidlet inneholder nitrocellulose av lakkvalitet inneholdende 12,1-12,6% nitrogen i en vektandel av 0,1-10%, beregnet på vekten av drivmiddelsammensetningen, og forpolymeren er en blanding inneholdende polyglykoladipat med en funksjonalitet på 1,9-4,0, karakterisert ved at forpolymerblandingen videre inneholder polykaprolakton med en hydroksylfunksjonalitet på 2-3 og hvori vektforholdet mellom polyglykoladipat og polykaprolakton ligger i området 5:1 til 1:5, og vekten av forpolymeren utgjør fra 5-25%, beregnet på vekten av drivmiddelsammensetningen.

2. Drivmiddel ifølge krav 1, karakterisert ved at polykaprolaktonet har en hydroksylfunksjonalitet på 2.