CC BY
56
Mr Mirjan* Petrie,
dipl. ini Vojnotehnieki institut.
Beograd
BONDING AGENSIZA KOMPOZITNA RAKETNA GORIVA
UDC: 621.45.07-6 :167.017 : 532.13]
Rezime:
U radu je analiziran uticaj bonding agensa na mehaničke karakteristike i viskozitet kompozitnih rakelnih goriva na bazi hidroksiterminiranog polibumdiena i toluendiizoeijana-ia, odnosno izoforondiizoeijanata. Komparirana je efikasnost bonding agensa (BA) razlićite strukture: trietilenteiramina (TET), lrtS'(2-metil aziridinil) fosfin oksiđa (MAPO) i N.N’di (2-hidroksie(il)-4,4’dimetilhidantoina (DHE). Efikasnost delovanja bonding agensa utvrdena je na osnovu parametara dobijenih iz testa jednoosnog zatezanja uzoraka (am - zatezna čvrsto-ća pri maksimalnoj sili, eM - relativno izduienje pri maksimalnoj sili i c^- relativno izduienje pri prekidu). Mehanićke karakteristike merene su и temperaturskom podrutju od -5(PC do 50°C. Analiziran je uticaj BA na bninu promene viskoziteta goriva.
Ključne reii: kompozitna goriva. HTPB. mehaničke osobine, bonding agensi, hidantoin.
BONDING AGENTS FOR COMPOSITE ROCKET PROPEIXANTS
Summary:
The paper analyzes the effects of bonding agents on mechanical properties and viscosity of composite rocket propellants based on hydroxiterminated polybutadiene and toluendii20cyanate. i.e. izophorondiizocyanale. The efficiency of bonding agents (BA) of different structure has been compared, including triethylentetramine (TET), tris-(2-methyl azyrinidile) phosphine oxide (MAPO) and N, N-di (2-hydroxiethyf)’4,4-dimethylhydantoine (DHE). The BA efficiency has been determined on the basis of parameters obtained by uniaxial tensile tests (am - tensile strength at maximum force, cm - relathe allongation at maximum force and - relative allongation at fracture). The mechanical properties have been measured at the temperature range from -50°C to 5(PC. The BA effects on propellant viscosity change rates have been analyzed.
Key words: composite propellants, HTPB, mechanical properties, bonding agents, hydantoine.
Uvod
Jedan od najvažnijih zahteva u raz-voju novih sastava kompozitnih raketnih goriva jesu vrednosti mehaničkih karak-teristika, koje se veoma razlikuju u zavi-
snosti od dizajna i primene raketnog mo-tora za koji se gorivo namenjuje. Mogu biti razmatrana dva osnovna tipa motora: sa vezanim pogonskim punjenjem i sa slobodnim pogonskim punjenjem. U pr-vom sludaju je potrebno obezbediti gori-
VOJNOTEHNIČKJ GLASNIK 1/2003.
51
vo koje ima dovoljnu mod istezanja kako bi se izbcglo nastajanje naprslina u pu-njenju, kao posledica različitih koeficije-nata širenja mciala i goriva, a u drugom slučaju primamo je obezbediti dovoljno velike vrednosti čvrstoće punjenja.
Karakteristike goriva pri zatezanju zavise od karakteristika polimera, zaprc-minske frakcije čvrstih Čestica (sadržaj, veličina čestica i raspodcla veličine Česti-ca) i jaCine vezc polimemog veziva i čvr-stih čestica oksidatora i metalnog goriva.
Kreiranje istezanja goriva ргско go-rivno-vezivne komponente može se izve-sti preko stepena terminacijc polimemih lanaca, promenom sadržaja plastifikatora i promenom odnosa umrežavajućeg agensa i produživača lanaca. Jedino se trećim načinom obezbeduju visoke vrednosti efektivnih deformacija. Plastifika-tor, kao intema komponenta, smanjuje gustinu umreženosti polimera. To smanjuje zateznu čvrstoću i modui elastično-sti zbog slabljenja veze izmcdu polimer-nih lanaca, ali povećava istezanje, naro-ćito na niskim temperaturama. Sekundar-ne veze između molckula su poželjne ra-di većc tvrdoće i modula elastičnosti, ali one slabe na višim temperaturama.
Disperzija oksidatora u polimemoj matrici daje sastave sa veoma raznolikim karakteristikama. Čvrstoća goriva raste zbog dodatnih sekundamih veza izmedu čestica oksidatora i metala i polimemih lanaca, pa je uslovljena raspoloživom kontaktnom površinom. Odnos krupne i sitne frakcije oksidatora, kao i raspodela veličinc čestica od presudnog su uticaja na mehaničke karakteristike. Podešava-nje raspodele veličine Čestica radi reguli-sanja brzine sagorevanja izaziva prome-ne mehaničkih osobina goriva.
U procesu deformacije goriva naru-šava sc adhezija, pri čemu se oko čestica oksidatora formiraju takozvane vakuole koje menjaju mehanićke osobine. Maksi-mum na krivoj zavisnosti napon - deformacija vczan je za ogoljavanje čestica, odnosno za pojavu koja se u literatim na engleskom jeziku opisuje kao „dewet-ting“. KritiČna deformacija pri kojoj na-staje „dewetting" varira sa temperatu-rom, pošto jačina adhezije izmedu polimera i punioca zavisi od temperature. Bonding agcnsi imaju ulogu da spreče ,,dcwetting“, odnosno da obezbede da se on dogodi pri višim naprezanjima. Me-đutim, ukoliko je njegov sadržaj u gorivu visok, interakcija izmedu punioca i polimera biće velika, tako đa će gorivo imati karakteristike visoko umreženog, krtog materijala umesto željcnog visokoelastič-nog. Imajući to u vidu, veoma je važan izbor tipa i količinc bonding agensa. U njegovom prisustvu sprečava se ispada-nje čcstica oksidatora iz polimeme matri-ce, što vizuelno može titi praćeno pomo-ću elektronskog mikroskopa (1 ].
Bonding agensi vezuju se za poli-mer na različite načine. Oni mogu homo-polimerizovati oko punioca na kome se adsorbuju ili ga prevlače. Ova reakcija ne sprečava ,,dewetting“. Drugačije delova-nje bonding agensa jeste da može hemij-ski reagovati sa oksidatorom, pri čemu se stvara amonijak u sistcmu sa amonijum--perhloralom i obezbeduje dobra veza izmedu veziva i punioca. Takode, postoji mogućnost da se formira hemijski kom-pleks izmedu veziva i punioca.
U svakom slučaju, poželjno je da bonding agensi ostvamju interakciju izmedu veziva i punioca, da su pogodni za korišćcnje sa različitim tipovima polimera i punioca kao i da su bezbedni za rad.
52
VOINOTEtiNlĆKJ Gl.ASNIK 1/2003
Postojc mnogi tipovi bonding agensa, ali oni u potpunosti ne ispunjava-ju zahteve. NajčeSće su korišćeni materi-jali na bazi cijanoamina (2,3-dihidroksi-propil bis-2-cijanoetilamin), metilaziridi-nil fosfin oksida-MAPO (MT4), etanola-mina (cikloheksildietanolamin, trietano-lamin) i amina (trietilentctramin, tetracti-lenpentamin) [2].
Nedostaci koji sc ispoljavaju kod navedenih tipova jcdinjenja su sledeći: jedinjenja bazirana na cijanoaminima su veoma bazna i stvaraju amonijak za vre-ше meSanja sa polimerom, menjaju kon-zistcnciju mase koja postaje ,,suva“ (kon-zistencija Slaga), zahtevaju dužc vreme meSanja i imaju smanjenu rastvorljivost u polimeru. MAPO obezbeduje dodaina mesta razgranjavanja a etanolamini daju mekSa goriva [1].
Hidantoini se javljaju kao novija grupa bonding agensa. Osnovna struktura ovih jedinjenja sadrži struktum imid--amid-urea prcko koje se ostvaruje intcr-akcija izmedu polimera i oksidatora. Funkcionaine grupe na hidantoinu mora-ju biti reaklivne ili kompatibilne sa funk-cionalnim grupama na vezivnoj kompo-ncnti. Često koriSćen je N,N-di (2-hi-droksictil)-4,4-dimetil hidantoin (DHE), koji se vezuje kao kompleks izmedu oksidatora i veziva.
Rastvorljivost ovih jedinjenja u polimeru je dobra, a mehaničkc osobine na niskim temperaturama su poboljšane.
Korišćenje bonding agenasa naročito je potrebno za goriva i eksplozive na bazi hidroksiterminiranih polibutadiena, s ob-zirom da su ovi polimen slabo polami i da su zbog toga mehaničke osobine veoma slabe. Mehanizam adhezije joS uvek nije potpuno razjašnjen. Pokazano je da je ja-čina adhezije izmedu amonijum perhlora-
ta i HTPB odredena efikasnošću kvaSenja amonijum perhlorata polimerom i veliči-nom kohezivne silc u samom polimeru. U proučavanju načina vezivanja amonijum perhlorata i bonding agensa danas sc kori-sti analitička metoda FTIR (Fourier transform infrared spectrometer) (3). Тако je na osnovu spektralnih promena utvr-deno da se formira vodoniCna veza izmedu amonijum perhlorata i aziridinskog ti-pa bonding agensa (l,!-(fenilen dikarbo-nil)bis(2-metil aziridin)], a jonska u sluča-ju alkiicn poliaminskih derivata (tetraeti-lenpentamin).
Opis eksperimenta
Radi saglcdavanja cfikasnosti delo-vanja bonding agensa homogenizovana su goriva na bazi hidroksiterminiranog polibutadiena (HTPB), masene koncentracije 20% i 80% amonijum perhlorata (AP), bi-modalne smešc čestica sa srednjim prcč-nikomod200 pm i 5 pmuodnosu 1:1.
Kao umrežavajući agens korišćcn je toluendiizoeijanat (TDI) ili izoforondii-zoeijanat (IPDI) pri odnosu ekvivalenata funkcionalnih grupa NCO/OH=0.90. U sastavima je korišćeno 30 masenih delo-va dioktiladipata (DOA) i 1,5 deo fenil-6-naftilamina (F-B-NA) na 100 delova veziva HTPB.
Goriva su homogenizovana na 60°C, a umrcžavana na 70°C.
Ispitivanja mehaničkih karakteristi-ka pri zatezanju obavijena su na kidalici tipa Instron 1122 na JANAF C epruveta-ma, brzinom istezanja 50 mm/min.
Za merenje viskoziteta neumreže-nog goriva korišćen je Brookfieldov HBT viskozimetar, pri brzini okretanja vretena 5 o/min i temperaturi 60°C.
VOJNOTEHNJCKI GLASNIK 1/2003
53
Prema potrebi koriSćen je i kataliza-tor reakcije umrežavanja feriacetilaceto-nat (FeAA).
Za komparaciju efikasnosti bonding agensa (BA) različite strukture na rneha-ničke karakteristike pri istezanju koriSćeni su trietilentetramin (TET), tris (2-metil azi-ridinilfosfin oksid) (МАЮ) i N,N-di(2-hi-droksietil)-4,4-dimetilhidantoin (DHE).
Sastavi goriva kod kojih je obavlje-no ispitivanjc prikazani su u tabeli 1.
Tabela /
Sastavi KRC
Oznaka sastava Tipgmrcži- vafia Tip BA KoliOina BA (mas. %) (ColiCina FeAA. (mas. %)
1661 1 IPDI . .
1662 IPDI DHE 0.50 .
1667 IPDI DHE 0,20 0.004
1668 IPDI DHE 0.10 0.003
1669 IPDI DHE/MAPO 0.10/0.10 0.002
1695 TDI . 0.002
1936 TDI DHE 0.20 0.002
1697 TDI DHE 0.20 0.001
1698 TDI DHE 0.30 0.001
1702 TDI TET 0.10 0.001
1714 TDI TET o.os 0.001
1715 TDI MAPO 0.20 .
1716 TDI TET/MAPO 0.05/0.20 .
1719 TDI DHbMAPO 0.10/0.10 •
Reakcija umrežavanja HTPB poli-шега sa umreživačima TDI i IPDI odvija se dovoljnom brzinom i nije potrebno koristiti katalizator reakcije umrežavanja [4]. Pri upotrebi hidantoina karakteristike neumreženog sastava potpuno se menja-ju. U zavisnosti od količine dodatog DHE menjaju se konzistencija, odnosno reoloSke karakteristike neumreženog go* riva i brzina umrežavanja. Sastav 1662 sa 0,5% DHE ima konzistenciju Šlaga zbog ostvarenih sekundamih veza kojc se ne raskidaju ni pri dodatku IPDI. Ni posle 24 časa proces umrežavanja ne dostiže fazu želiranja, pa je neophodno u sastave
uključiti katalizator reakcije umrežava-nja. Zbog ovakvog efekta uredeni su sastavi sa manjim sadrža.em DHE uz doda-tak FeAA. S obzirom na to da obe ove komponentc uslovljavaju brzinu umrcža-vanja, odnosno stepen umreženosti, me-renja mehaničkih osobina goriva vrSena su za dva intervala.
Trietilentetramin ostvaruje drugačije veze sa komponentama goriva, katalizuje reakeiju umrežavanja, tako da ne zahteva primenu FeAA.
Rezultati ispltivanja idiskusija
Za ocenu mehanićkih karakteristika goriva razmatrani su parametri dobijeni iz testa jednoosnog zatezanja uzoraka: am - zatezna čvrstoća pri maksimal-noj sili,
em - relativno izđuženje pri maksi-malnoj sili,
Сь - relativno izduženje pri prekidu, E - modul clastičnosti pri istezanju 2% do 4%,
Wb - energija potrebna za prekid, Efikasnost delovanja bonding agensa procenjivana je na osnovu parametara
£b/Em, Дет*, Wb:
A^mx = (®m “ Om У<Im Автх = (Em “ Ещ V £щ n - bez bonding agensa, e - sa bonding agensom.
Efikasnost bonding agensa je veća ukoliko se smanjuje vrednost £t/em, što znači da se poboljšava adhezija polimera i punioca i ako se povedavaju vrednosti Asm*. До mx iwb.
Promene mehaničkih osobina na različitim temperaturama nisu lineame, jer su posledica temperaturske promene
54
VOJNOTHHNlCKIGLASNIK 1/2003.
jačina veza izmedu polimemih lanaca i jačine veze izmedu polimera i oksidato-ra. Zbog rezultujućeg ravnotežnog delo-vanja ovih efekata i cfikasnost bonding agcnsa je temperatumo zavisna.
Rczultati ispitivanja mehaničkih osobina jednoosnim zatezanjem goriva na bazi IPD! umreživača za različite temperature prikazani su u tabelama 2, 3 i 4.
Rezultati pokazuu da referentni sa-stav bez bonding agersa (1661) ima veo-ma niske vrednosti zatezne čvrstoće. DHE u količini od 0,1% i 0,2% na 25°C posle 192 sata umrežavanja ostvaruje povcćanje ove veličine za 22%, odnosno 54%, a istovTemeno povećanje vrednosti izduže-nja za 59%, odnosno 34%. Manjc poveća-nje vrednosti relativnog izduženja za veći
Mehanićke osobine KRG (HTPB/IPDl) na 2S°C
Tabela 2
Sastav Vreme umrcž. (h) o* (daN/cnv) <%) <%) E.« (daN/cnr) Де« V«- <J)
1661 120 3.60 44,3 63.9 20.51 . . 1,44 0,91
192 4.40 31,4 44.0 34.47 . - 1.40 0.76
1667 120 6,33 41,6 46.7 27,30 0.76 -0,06 1.12 0,99
192 6.79 42.1 48.5 28,50 0.54 0,34 US 1.14
1668 120 4,89 58.8 77.0 23,22 0.36 033 1.31 139
192 5.37 50.0 69.4 2937 0.22 0,59 1,39 1.48
1669 120 9,02 44.4 49,1 53.48 1,51 0 l.M * 1.67
192 9.38 56,4 59,0 - ш 0.80 1.05 !-
Mehaničke osobine KRG (HTPB/IPDI) na S0°C
Tabcla 3
Sastav Vreme umrež. (h) Om (daN/cm:) е» (%) (%) ^2-4% (daN/cnr) Дога цЛи w* (J>
1661 120 3.29 42.7 58.1 16.41 . - 1.36 0.74
1667 120 5.49 36,5 40.1 22.41 0.67 -0,14 1.10 0.73
1668 120 4.33 53,4 65.8 18.02 032 035 133 1,06
1669 96 6.66 45,1 47,8 27.46 1,02 0,05 1.06 1.12
192 7,88 40,3 42.1 39.04 1.40 -0,05 1.05 U6
MehaniĆke osobine KRG (HTPB/IPDI) na -4(РС
Tabela 4
Sastav Vreme umrež. (h) о» (daN/cm3) em (%) «ь <%) Em* (daN/cnr) До« A«« еЛ» w. 0)
1661 120 9.95 263 76,7 111.68 I- . 2,93 3.18
192 1236 16.6 54.7 180.94 - - з.зо 2.79
1667 120 16.48 34,6 51.4 116.12 0,65 032 1,48 3.30
192 17,91 34.7 53.9 121.30 0,46 1.09 135 3,81
1668 120 13,84 35.6 76.4 156.68 0,39 036 2,14 •4.61
192 14,51 28.8 65,4 178,55 0.18 0.73 2,27 4.15
1669 96 17,64 39.7 633 215.41 0,77 0.52 1,60 5,07
192 21,68 36,6 53,3 26531 0,77 130 1,46 5.17
VOJNOTEHNlCKI GLASNIK 1/2003.
55
sadržaj DHE upućuje na pretpostavku da se -OH grupe iz DHE uključuju u poli-memu mrežu, menjajući stepen umreže-nosti. S drugc strane, zbog visoke polar-nosti tog molekula vcrovatno se ostvaruje jonska veza sa amonijum perhloratom.
Vrednosti povećanja om i em rezultat su jačanja vezc izmedu polimera i oksi-datora. Za različiti stepen umreženosti stanje samog polimera je drugačije, što se odražava i na adheziju sa oksidatorom. Potvrda promene jačine adhezione veze je promena vrednosti Dodatak
DHE u količini od 0,2% za 192 sata umrežavanja menja ovu vrednost sa 1,40 na 1,15, što znači da je povećana defor-macija pri kojoj dolazi do formiranja va-kuola oko čestica oksidatora.
DHE povećava žilavost goriva, Sto je potvrđeno povećanjem vrednosti ener-gije potrcbne za prekid (Wb).
Naročito povoljnom pokazala se kombinacija DHE/MAPO u masenom odnosu 1:1, a u koiičini 0,2%, što je sva-kako rezultat ostvarivanja veza sa poli-merom i oksidatorom. Za 192 časa umre-žavanja porast zatezne čvrstoće u odnosu na nulti sastav iznosi 113%, a izduženja 88%. Značajna interakcija između AP i azihdinskog tipa bonding agensa (MA-PO) rezultat je vodoničnih veza koje se na poviSenoj tcmperaturi raskidaju, pa je i pad karakteristika očekivan. Dobijena je najniža vrednost
Promena karakteristika za uobičajno temperatumo područje eksploatacije, za 120 sati umrežavanja goriva, prikazana je na slikama 1 i 2.
Može se uočiti znatno povećanje zatezne čvrstoće i relativnog izduženja sa pri-menjenim komponentama. Na povećanje zatezne čvrstoće znatnije utiče kombinacija DHE/МАЮ, dok čist DHE u većoj meri povećava izduženje pri maksimalnoj sili.
Pad vrednosti zatezne čvrstoće sa porastom temperature za sve sastave po-tvrduje da je vezivanje bonding agensa u najvećoj meri sekundamog tipa.
Na temperaturi -40°C snižavaju se vrednosti 6m zbog povećane sklupčanosti polimera, što izaziva i lakše odvajanje od oksidatora (vrednosti Sj/ещ veće su nego na sobnoj temperaturi). Istovremeno, zbog jačih veza, koje se prekidaju pri ve-ćem primenjenom пароли, polimer ima mogućnosti da se do prekida više istegne, pa su i vrednosti neznatno veće nego na sobnoj temperaturi.
-00 -50 *40 -50 -10 .10 0 10 20 JO *0 50 60 IQ *0 ♦ M«4I ■ ИА67 TemjKtewM'OA X
SI. I - Temperatuma promena zatezne ćvrstoće KRG HTPB/lPDI (/20 sati umreiavanja)
ш ИШ X M6W
SI. 2 - Temperatuma promena izduienja pri maksimalnoj sili KRG HTPB/lPDI (120 sati umreiavanja)
56
VOJNOTEHNIĆKI CLASNIK 1/2003.
Radi ocene uticaja bonding agensa na procesne karakteristike neophodno je meriti viskozitet goriva. Za livena KRG zahteva se relalivno nizak viskozitet. Viskozitet goriva zavisi od tipa i količine bonding agensa, pored uticaja ostalih komponenata sastava i procesnih pro-menijivih. Tip umrcživača narodito utiče na brzinu promene viskoziteta, jer odre-duje brzinu reakcije umrcžavanja. Vre-menska zavisnost viskoziteta goriva, za sastave sa IPDI, prikazana je na slici 3.
Na nivo viskoziteta znatno utide i sadržaj DHE i katalizatora reakcije umre-žavanja. Sastav 1662 sa 0,5% DHE ima visoke vrednosti viskoziteta, mada ne sa-drži FeAA. S obzirom na to da je zbog DHE neophodan katalizator reakcije umrežavanja, koji bi samo ubrzao reakci-ju t povećao vrednosti viskoziteta, po-željno je koristiti manje kolidine DHE. Sa kolidinom DHE 0,2% ostvaruje se po-godna livljivost. Vrednosti su jo5 bolje ako se koristi kombinacija DHE/MAPO. PodeSavanjem kolidine DHE i FeAA mo-že se vrSiti korekcija promene viskoziteta
■ 4*1662 X i-1669
SI. 3 - Vremenska zavisnost prividnog viskoziteta na 60°C
sa vremenom, odnosno „pot life44. Pre dodatka umreživača gcrivo sa DHE ima lo5u livljivost zbog jake polame intcrak-cije izmedu DHE i -OH grupa iz polime-ra. Kada se doda izocijanat, -OH grupe formiraju derivate izocijanata razbijajuci vodonidne veze, pri demu se obnavlja fluidnost sastava.
Na isti nadin razmatrani su rezultati ispitivanja mehanidkih osobina goriva na bazi HTPB/TDl, koji su prikazani u tabe-lama 5 i 6.
U obzir su uzeta dva pcrioda umre-žavanja zbog uticaja DHE na brzinu umrežavanja i neophodnost upotrebe ka-taiizatora reakcije umrežavanja. Sastav sa 0,30% DHE i 0,001% FeAA (S-1698) ne obezbeduje dovoljan stepen umreže-nosti goriva, pa su vrednosti zatezne dvr-stoće veoma niskc, čak niže u odnosu na nulti sastav. Proces umrežavanja znatno je usporen u prisustvu odredenc količine DHE, pa bi bilo potrebno utvrditi neop-hodnu količinu FeAA.
Nulti sastavi sa dva tipa umreživača bez bonding agensa veoma se razlikuju u modi istezanja i modulu elastičnosti, što je posledica strukture umreživača. Sastav sa TDi ima vrednost izduženja pri maksi-malnoj sili 12,7%, a sa IPDI 31,4% na kraju procesa umrežavanja. Dodatak 0,10 mas. % odnosno 0,20% DHE u sastavu na bazi HTPB/TDI izaziva povećanje zatezne čvrstoće i do 34% uz povećanje iz-duženja 239%, dime se umanjuje znaCaj tipa umreživača na vrednost ovih karak-teristika na sobnoj temperaturi, odnosno vrednosti zatezne čvrstode i izduženja za oba tipa umreživača postaju bliske.
Za razliku od DHE, aminski tip (TET) i aziridinski tip (MAPO) bonding agensa imaju mnogo veći uticaj na pove-
VOJNOTEHNlCKI GLASNIK 1/2003.
57
Mehaničke osobine KRG (HTPB/TDI) na 25°C
Tabela 5
Sastav Vreme umrež. (h) <7» (daN/cm1) Em (%) «*. 1 ^ (%) |(daN/cm:) До«, ДЕп» Ц/Ет w> (J>
1695 72 4,41 16,1 22,7 42,47 - • 1,41 0.38
144 4.37 12,7 19.1 49,31 - - 1.50 0.32
1693 96 5,57 49.4 63,5 26,15 036' 2,07' 1,28 0,98
144 5,84 43.1 51,5 28.49 0,34 2.39 1.19 1.11
1697 96 4.95 43,2 54.1 253 0,12' 1.68' 135 1,06
144 5,55 44,5 58,7 28,4 0,27 2.50 1.32 136
1698 96 3.11 69,5 106,9 14,89 -039' 3.32' 1.54 1.31
120 3,19 65,3 107.1 13.00 - - . 1.34
192 3,73 59,4 84,4 16,83 - - . 1.27
216 3,53 58,6 81,5 16,36 -0,191 3,6 lJ 1,39 1.13
1702 96 10.14 16,0 16.6 79,48 1,29' 0 1,03 0,52
168 9.99 18,0 18,6 64.56 l,26: 0,12! 1.03 0.57
1714 72 8,56 133 14.6 86,00 0,94 -0,17 1.09 0,40
144 8,25 9.8 10.3 107,46 0.88 -0,22 1.05 0,26
1715 72 10,70 20,0 21.0 81,13 1.42 034 1,05 0,74
96 11.00 20,3 21.1 8330 1,51 0.10 1,04 0,76
1716 72 9,76 14,0 15.1 83.40 131 -0.13 1,08 0.45
1716* 72 7,85 11,8 12,5 84.90 - - 1,06 0.31
1719 72 10,31 34,3 36.4 53.15 1.34 1.13 1.06 1,31
144 11,05 38,2 40,4 52.82 1.52 2,01 1.06 1.56
1 До«*. Де** ratunito ргсгг.а nultom usUvu zs umretavanje od 72 £asa ’ Дот. ДСм raćunaio prana nultom sasuvu n umrežavanjc od 144 £азэ * Sasuv ijpiun na $0°C
Mchaničke osobine KRG (HTPB/TDI) na -5<PC
Tabela 6
Sascav Vreme umrež. (h) o« (daN/cmJ) E. <%) Eb <%) (daN/cnv) До», ДЕ-и ЕъЧ. wfc 0)
1695 72 14,54 14,9 40.5 164,67 - • • 2.19
144 13.46 14.8 363 152.71 - - 1.79
1693 96 18.68 25,7 62,7 155,06 038' 0,73' 2.44 4.99
144 1935 253 51.0 197.98 0.43 0.71 2.02 4,12
1697 96 17,29 22,9 60.7 187,93 0.19' 0,54' 2,65 4,57
144 18,42 22,8 56,7 200,34 037 0.54 2.49 4.47
1715 72 19,30 11.9 33,8 295,29 0,32 -030 2.84 2,79
96 19.48 12.4 30,4 278.12 0,45: -0,16: 2.45 2,52
1716 72 21,82 14.3 25.0 265,73 0,50 -0.04 1.75 2,17
1719 72 21,04 26.0 52.4 233.65 0,45 0,74 2,01 5,04
144 22.42 26.1 48.3 227,9 0,67 0.76 1.85 4.72
1 Двм> ДСт računato prema nultom sastavu га umrcžavanjc od 72 («а 1 Дога. Лео« raćunaio prema nultom sastavu a umrctevanje od 144 ćasa
58
VOJNOTEHNIČKIGLASNIK 1/2003.
ćanje zatezne Čvrstoće goriva sa zane-marljivim uticajem na izduženje goriva. Tip dodatka i njegova kolidina uslovlja-vaju način vezivanja i formiranje struktu-ге koja je odgovoma za vrednosti meha-ničkih karakteristika.
TET u količini od 0,05% (š-1714) povećava zateznu čvrstoću 88% i snižava izduženje 22%, dok za 0,10% (š-1702) povcćava zateznu čvrstoću 126% i izdu-ženjc 12%.
MAPO u količini od 0,20% (б-1715) povećava zateznu čvrstoću 151% i izduženje 10%. Oba ova dodatka ostva-ruju jaku adheziju polimera sa oksidato-гош, Sto se potvrduje znatnim sniženjem vrednosti
Kombinacija TET i MAPO (б-1716) ima isti uticaj kao pojedinačne komponente.
I kod goriva na bazi HTPB/TDI po-tvrdena je posebna efikasnost kombinaci-je DHE i MAPO bonding agensa. Po 0,10% svakog dodatka (Š-1719) izaziva povećanje zatezne čvrstoće 152% i izdu-
♦ 5-1695 Д5-1697 X4-1716
□ 5-1693 XS-1715 #5-1719
TcmpcnturafC)
$1. 4 - Temperaturna promena zatezne ćvrsioće KRG HTPBfTDl
♦ i-1695 Ai-1697 жб-1716 #«-1693 #4-1719
S\. 5 - Temperaturna promena izduienja pri так-simalnoj sili KRG HTPB/TDl
Sl. 6 - Vremenska zavisnoit prividnog viskoziteta za KRG HTPB/TDlna 60°C
ženja pri maksimalnoj sili 201%, Sto predstavlja veliko poboljšanjc karakteristika istezanja.
Uticaj primenjenih dodataka na vrednosti zatezne čvrstoće i izduženja pri maksimalnoj sili na različitim tempcratu-rama prikazan je na slikama 4 i 5.Najve-ća vrednost zatezne čvrstoće, kao i najve-ća vrednost Да^, ostvarena je sa upotre-
VO/NOTEHNIĆKIGLASNIK 1/2003
59
bom kombinacije DHE/MAPO. Postig-nute su značajne vrednosti istezanja na -506C za DHE i kombinaciju DHE/MAPO, ali u apsolutnoj vrednosti manjc ne-go za IPDI, Što je i očekivano. Sa dodaci-ma MAPO i ТБТ postignuta su znatna poboljšanja zatezne čvrstoće goriva bez poboIjSanja vrednosti izduženja goriva.
Sa slike 5 vidi se da DHE znatno po-većava izduženje na svim temperaturama, МАЮ samo na sobnoj temperaturi, a TET nc utičc značajnije na promenu ove veličinc. U reološkom smislu sastavi sa primenjenim bonding agensima potpuno su prihvatijivi za izradu goriva postupkom livenja. DHE snižava vrednosti viskoziteta, kao i brzinu promene viskoziteta. Ovo sniženjc $e jasno vidi na slici 6 za sastave 5-1693, 5-1697, 5-1698 u odnosu na nulti sastav 5-1695. U ovu gropu spada i sastav sa kombinacijom MAPO/TET.
Najniže vrednosti viskoziteta dobije-ne su ako se koristi sam MAPO ili njego-va kombinacija sa DHE (S-1715 i 5-1719).
Zaključak
U radu je dokazano da je za pobolj5a-nje mehaničkih osobina pri istezanju goriva na bazi AP/HTPB neophodno koristiti odredene dodatke (bonding agense) koji doprinose uspostavljanju jačih veza izme-du polimera i čvrstih komponenata. Hemij-ska struktura dodataka odreduje stepen poboIjSanja mehaničkih osobina KRG.
Utvrdeno je da DHE znatno pobolj-5ava kvalitet goriva u opsegu temperature primene goriva, od -50°C do 50°C. Njegovo korišćenje zahteva da se pri umrežavanju sa IPDI ili TDI koristi kata-
lizator reakcije umrcžavanja, FeAA ili njemu sličan po aktivnosti.
Sa primenom DHE vrednosti izdu-ženja goriva pri maksimalnoj sili na sobnoj temperaturi su u oblasti od 40% do 50% za oba korišćena tipa umreživača. Na taj način znatno je umanjen značaj razlike u njihovoj strukiuri, koja ima ve-liki uticaj na vrednosti mehaničkih osobina. Za primenjene količine DHE pobolj-Sanje istezanja pri maksimalnoj sili je do 60% za goriva umrcžavana IPDI-om, od-nosno do 250% za goriva umrcžavana TDI-om.
Suprotno DHE, aminski (TET) i azi-ridinski (MAPO) bonding agensi u gori-vu sa TDI umreživačem povećavaju zate-znu čvrstoću i do 150%, uz beznaCajnu promenu vrednosti istezanja goriva.
Utvrdena je posebna efikasnost kombinacije DHE/MAPO kod goriva sa oba tipa umreživača. Kod sastava na bazi HTPB/IPDI ostvarena su poboljšanja zatezne čvrstoće za 113%, a izduženja pri maksimalnoj sili 80%, dok kod sastava na bazi HTPB/TD1 ove vrednosti iznose 152% i 201%.
Pored promene apsolutnih vrednosti istezanja goriva ostvareno je poboljšanje sile adhezije polimera i punioca, 5to uslo-vljava pomeranje „dewetting" procesa prema viSim silama, a ito je potvrdeno smanjenjem vrednosti
Analizirani sastavi sa oba tipa umre-živača i primenjenim dodacima imaju povoljne vrednosti viskoziteta koje obez-beduju primenu tehnologije livenja. U re-ološkom smislu najpovoljnija je kombinacija DHE/MAPO, sa kojom analizirani sastav sa 80 mas. % ЛР u periodu od 90 minuta ostvaruje viskozitet do 300 Pa s.
60
VOJNOTEHNČKI GLASNIK 1/2003.
Dobijeni rezultati pokazuju da pri-menjeni dodaci znatno poboljšavaju me-haničke osobine kompozitnih raketnih goriva na bazi HTPB prepolimera, kao i da obezbeđuju takve reološke osobine koje omogućavaju izradu ovih goriva tehnologijom livenja.
Litrratuni:
(1) Consaga, J.: Dimethyl Hydantoin Bonding Agents in Solid Propellants. US Pat. 1980, no. t. p. 214.928.
|2| Sokolov, M.; VujCić. M.: Utica; saguva na karakleristikc ph istezanju goriva na bazi hkrokiuerminiranog polibuu-diena. 1983. OP-235, st 17.
(3) Keiichi. II.; Akin, I.; Enhancement of Matrix/Fiiler Adhesion in HMX/HTPB Compoaic Propellant. Propellants. Explosives. Pyrotechnics, 198$. no 10. p 176.
(4) Sokolov, M.: Kompozitna rakena goriva na bazi hidroksi-lenniniranih polibutadicna. 1981. Tl-612. ft. 27.
VOJNOTEHNlCKl GLASNIK 1/2003.
6i
