JPS609998B2 - 推進薬組成物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧力指数を低下させた推進薬組成物に関し、特
に圧力指数を低下させた高比推力型の推進薬組成物に関
する。

従来から無煙性が要求されるロケット推進薬の分野では
、ニトロセルロース（以下ＮＣと称す）とニトログリセ
リン（以下ＮＧと称す）とを主成分とするダブルベース
推進薬（以下ＤＢ推進薬と称す）が用いられてきた。

近年、要求性能の高度化に伴い、高比推力型の推進薬、
即ち前記主成分に更に過塩素酸アンモニウム（以下ＡＰ
と称す）やシクロトリメチレントリニトラミン（以下Ｒ
ＤＸと称す）等の酸化剤やアルミニウム等の金属粉を主
として含有させたコンポジットモデフアィドダブルベー
ス推進薬（以下ＣＭＤＢ推進薬と称す）が開発され、更
にＤＢ椎進薬あるいはＣＭＤ母推進薬に燃料兼結合剤を
含有させたコンポジツトダブルベース推進薬（以下ＣＤ
Ｂ推進薬と称す）が開発された。

これら推進薬の燃焼速度と燃焼圧力との関係は、一般に
次式で表わされることが知られている。

・ｒ＝ａｐｎ （ここでｒは燃料速度を、ｐは燃焼圧力を、ｎは０圧力
指数を、ａは個々の推進薬における定数を示す）ロケッ
ト推進薬においては、一般にロケットモータの設計や燃
料安定性の面から前記圧力指数ｎは小さいことが望まし
く、特にｎニｏの場合をプタラトー燃焼特性と、またｎ
＜０の場合をメサ燃焼特性と呼び、これらは共に好まし
い特性である。

このような特性を与える燃料触媒として前記ＤＢ推進薬
においては、サリチル酸鉛やステアリン酸鉛等の有機鉛
塩、酸化鉛及び金属鉛を単独０で、若しくは前記の鉛化
合物や金属鉛とサリチル酸銅やステアリン酸鋼等の有機
鋼塩、酸化鋼等の銅化合物や金属鋼等との混合物系で用
いることが知られている（特公昭４９−４９２８号公報
）。このような公知の燃焼触媒は、ＮＣ含有量が多５く
かつ比較的ェネルギ発生量の少ないＤＢ推進薬において
前記の好ましい特性を与える。しかしながらＮＧ含有量
が多いＤＢ推進薬や、前記ＣＭＤＢ椎進薬やＣＤＢ推進
楽のような高比推力型の推進薬においては、前記公知の
燃焼触媒は圧力指数ｎを低下させる効果がないか又は非
常に少なかった。近年、このような高比推力型の推進薬
においても有効に作用して圧力指数ｎを大幅に低下させ
うる燃料触媒が強く求められるようになってきたことか
ら、本発明者等は鋭意研究した結果、特定の有機鋼塩及
び有機鉛塩若しくは無機鉛からなる新規な燃料触媒が前
記要求に合致することを見し、出し本発明を完成した。
Ｚ則ち、本発明は、少なくと
もＮＣとＮＧとを含有する推進薬組成物において、燃料
触媒として安息香酸銅及び有機鉛塩若しくは無機鉛を含
有してなることを特徴とする推進薬組成物である。本発
明に用いられる燃料触媒のうち、有機鉛塩Ｚとしては、
サリチル酸鉛、ステアリン酸鉛、レゾルシン酸鉛、２エ
チルヘキシル酸鉛等を例示することができ、又無機鉛と
してはスズ酸鉛、酸化鉛、金属鉛等を例示することがで
きる。

これらの有機鉛塩及び無機鉛は１種又は２種以上を安息
香２酸鋼と組合わせて用いる。本発明に用いる燃焼触媒
の合計量は、推進薬組成物全量の０．５乃至５重量％が
好ましく「そのうち安息香酸銅の量が推進薬全量の０．
２乃至４重量％であることが好ましい。

安息香酸銅の量が０．２２重量％未満でかつ有機鉛塩若
しくは無機鉛の量が０．立重量％未満では圧力指数を大
幅に低下させることができないので好ましくなく、又安
息香酸銅の量が４重量％を越え燃料触媒の合計量が５重
量％を越えるとエネルギー的に不活性な燃料触媒が３増
加することになる結果、比推力の低下を招くことになる
ので好ましくない。本発明においては、ＮＣ及びＮＧ成
分以外にも必要に応じてジェチルフタレート、ジオクチ
ルフタレート、トリブチルフオスフエート、トリアセチ
３ン、ジオクチルアジベート、ジオクチルセバケート等
の可塑剤や、ＲＤＸ、シクロテトラメチレンテトラニト
ラミン（ＨＭＫ）、ＡＰ、過塩素酸カリ等の酸化剤や、
アルミニウム等の金属粉や「ジフェニルァミソ等の安定
剤や、末端ィソシァネート生のポリエステル等の燃料兼
結合剤や、豚化剤等を合有することができる。

これらの各成分の配合組成は、通常比推力等の燃焼性能
、機械的物性、安全性、製造性及び老化特性等を考慮し
て決めることが出来る。

例えば高比推力型のＤ凶推進薬の場合は、ＮＣが２５乃
至５０重量％、ＮＧが４０乃至６５重量％、可塑性及び
腰化剤が３乃至１５重量％及び安定剤が０．３乃至５重
量％であり、ＣＭＤ母推進薬の場合は、前記成分全量に
対し外割でＡＰを０乃至４の重量％、ＲＤＸやＨＭＫ等
のニトラミン類を０乃至６の重量％、アルミニウムを０
乃至３の重量％単独又は混合系で添加した組成等であり
、ＣＤＢ推進薬の場合は、更に前記可塑剤及び腰化剤の
量のうち０．３乃至１０重量％を燃料兼結合剤とした組
成等であって、いずれも本発明において特定される燃焼
触媒を０．５乃至５重量％含有した配合組成を例示する
ことができる。本発明の推進薬組成物は、例えば次のよ
うな方法で製造することができる。まずＮＧと可塑剤と
燃焼触媒とを減圧下で混和し「必要ならば酸化剤や金属
粉を添加して混和を続け更に必要ならば燃料兼結合剤を
加えて混和し、次いで安定剤と微粒子状のＮＣを添加し
て減圧下で混和する、混和後、混和物であるスラリーを
減圧下で注型し、加温下でキュアしてＤＢ推進薬、ＣＭ
Ｄ母推進薬又はＣＤ母推進薬を得る。

次に実施例によって本発明を説明する。なお表中の％表
示は重量基準である。実施例 １ 第１表に示す実施例１の配合組成物（ＯＢ推進薬）を以
下のようにして製造した。

ＮＧ３２００のこジヱチルフタレート（ＤＥＰ）８００
夕を加えて燈拝し混和機に入れた。

次いで平均粒径が１０ムの以下のサリチル酸鉛（Ｐｂ−
Ｓａ）２００夕と平均粒径が１０仏の以下の安息香酸銅
（Ｃｕ−Ｂｅ）１００夕とを加えて３０ｏｏで２０分間
減圧で混和を行なった。混和後２ーニトロジフェニルア
ミン（２一ＮＤＰＡ）２００夕を加え、更に微粒子状の
ＮＣ５５００夕を加え４０ｏｏで４び分間減圧下で混和
した。混和後、スラリーを減圧下で注型し、５０００で
１０日間かけて豚化させＤＢ推進薬を得た。この推進薬
からストランド試料を５５本作製し次の方法でストラン
ド試験を行なった。即ち、クロフオード型ストランド装
置を用い、窒素ガス雰囲気下で圧力３０ｋ９・ｆ／のか
ら１０ｋｇ・ｆ′の刻みで１３０ｋｇ・ｆ′のまで各点
５本づつ燃焼させてその燃焼速度を求めた。結果を第１
図の実線で示す。

なお第１図におし、て縦軸は燃焼速度（ｒ、側／ｓｅｃ
）の対数を、横軸は燃焼圧力（Ｐ、ｋ９・ｆ／の）の対
数を示す。第１図は各燃焼圧力における平均燃焼速度を
プロットした燃焼圧力〜燃焼速度関係図である。比較例
１ 安息香酸銅に変えサリチル酸鋼を用いた以外は実施例１
に準じてＤＢ推進薬を製造した。

この推進薬を用いて実施例１と同じ試験を行ない得られ
た結果を第１図の破線で示す。実施例 ２
ＺＮＣとＮＧの量を第１表の
実施例２に示す比率に変えた以外は実施例１に準じて高
比推力型のＤＢ推進薬を製造した（なお第１表中の比推
力はＮＡＳＡの特徴数計算プログラムを用いて計算した
値あり、燃焼圧力８０ｋ９・ｆ／のにおける値である）
。

Ｚ得られた推進薬を用いて実施例１と同じ試験を行なっ
た。結果を第２図の実線で示す。比較例 ２ 安息香酸銅に変えたサリチル酸鋼を用いた以外は実施例
２に準じて高比推力型のＤＢ推進薬を製造した。

得られた推進薬を用いて実施例１と同じ試験を行なった
。結果を第２図の破線で示す。実施例 ３サリチル酸鉛
を酸化鉛（Ｐの）に変えた以外は実施例１に準じて第１
表に示される実施例３の配合組成物の高比推力型のＤＢ
推進薬を製造した。

得られた推進薬を用いて実施例１と同じ試験を行なった
。結果を第３図の実線で示す。比較例 ３ 安息香酸銅をサリチル酸鋼に変えた以外は実施例３に準
じて第１表に示される比較例３の配合組成物の高比推力
型のＤＢ推進薬を製造した。

得られた推進薬を用いて実施例１と同じ試験を行なった
。結果を第３図の破線で示す。実施例 ４ 第１表に示す実施例４の配合組成物（ＣＭＤＢ椎進薬）
を以下のようにして製造した。

ＮＧ３９２０のこＤＥＰ６４０夕を加えて燈拝し混和機
に入れ、次いで平均粒径がｌｏＡｍ以下のサリチル酸鉛
１６Ｍと安息香酸銅８０夕とを加え３０００で２０分間
減圧で混和を行なった。

混和後ＲＯＸを２０００夕加えて混和してから２一ＮＤ
ＰＡを１６０夕加え、更に微粒子状のＮＣを３０４０夕
加え４０ｑ０で４び分間減圧下で混和した。混和後、ス
ラリーを減圧下で蓬型し、５０００で１０日間かけて豚
化させてＯＭＤＢ推進薬を得た。この推進薬を用いて実
施例１と同じ試‐験を行なった。結果を第４図の実線で
示す。比較例 ４安息香酸銅をサリチル酸鋼に変えた以
外は実施例４‘こ準じてＣＭＤ母推進薬を製造した。

得られた推進薬を用いて実施例１と同じ試験を行なった
。結果を第４図の破線で示す。実施例 ５ 第１表に示す実施例５の配合組成物（ＣＤＢ推進薬）を
以下のようにして製造した。

ＮＧ６０００のこＤＥＰ４００夕を加えて燈拝し混和機
に入れ、次いで平均粒径がｌｏＡｍ以下のサリチル酸鉛
２００夕と安息香酸銅２００夕とを加え３０ｑｏで２０
分間減圧で混和し、次いで分子量３０００の２官能性の
末端イソシアネートのポリエステル４００夕を加え３０
℃で２０分間混和した後、２一ＮＤＰＡ２００夕及び微
粒子状のＮＣ２６００夕を加え４０℃で４０分間減圧下
で混和した。

混和後、スラリーを減圧下で洋型し、５０ｑＣで１０日
間かけて腰化（硬化）させＣＯＢ推進薬を得た。この推
進薬を用いて実施例１と同じ試験を行なった。結果を第
５図の実線で示す。比較例 ５安息香酸銅をサリチル酸
鋼に変えた以外は実施例５に準じてＣＤＢ推進薬を製造
した。

得られた推進薬を用いて実施例１と同じ試験を行なった
。結果を第５図の破線で示す。第１表 Ｇ注） ＮＣ：ニトロセルロース、ＮＧ：ニトログリセ
リン、ＤＥＰ：ジェチルフタレート、燃料兼結合剤：分
子量３０００の２官能性末端ィソシァネートのポリエス
テル、２−ＮＤＰＡ：２−ニトロジフェニルァミン、Ｒ
ＤＸ：シクロトリメチレントリニトラミン、Ｐｂ−Ｓａ
：サリチル酸鉛、Ｐｂ○：酸化鉛、Ｃｕ【Ｂｅ：安息香
酸銅、Ｃｕ−Ｓａ：サリチル酸銅※比推力は特徴数計算
にょり求めた値 前記式で示されるｎ指数は、燃焼圧力 ｐ と燃焼速度
（ｒ）とを両対数軸にとってプロットした時の傾きで示
されることから各実施例（実線）と比較例（破線）の傾
きを図面でみると以下のことが明らかである。

まず実施例１〜３（比較例１〜３）はＤＢ推進薬の例で
あって、第１表に示されるように実施例２及び３（比較
例２及び３）は、高比推力型を、実施例１（比較例１）
は、それ程高比推力型でない例を示している。

第１図において、本発明で特定される燃焼触媒を用いた
実施例１及び公知の燃焼触媒を用いた比較例１とも高圧
部においてメサ燃焼特性を示しているが、その傾きは明
らかに実施例１の方が大であり、かつ、メサ燃焼領域が
広い。

又第２図においては、本発明で特定される燃焼触媒を用
いた実施例２は高圧部でメサ燃焼特性を示しているのに
対し、公知の燃焼触媒を用いた比較例２では傾き３の低
下がみられない。又第３図においては、公知の燃焼触媒
を用いた比較例３でも高圧部で傾きが低下しているもの
の、本発明で特定される燃焼触媒を用いた実施例３の方
がその低下が著しく、メサ燃焼特性を示しているし、又
全体的にも比較例３よりも傾きが低くなっている。第４
図は、ＣＭＤ母推進薬の例を示したものであり、公知の
燃焼触媒を用いた比較例４よりも本発明で特定される燃
焼触媒を用いた実施例４の方が高圧部にかけての傾きが
著しく低くほぼプラトー燃焼特性を示している。

又第５図は、ＣＤＢ推進薬の例を示したものであるが、
公知の燃焼触媒を用いた比較例５よりも本発明で特定さ
れる燃焼触媒を用いた実施例５の方が全体に傾きが低く
ｎ指数が低下していることがわかる。

以上の実施例の結果から明らかなように本発明は、特定
の燃焼触媒を用いることによってｎ指数を大幅に低下さ
せた推進薬組成物であって、特に高比推力型の推進薬組
成物において、その効果が顕著である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図はＤＢ推進薬の燃焼圧力−燃焼速度関係
図であり、第４図及び第５図はＣＭＤＢ推進薬及びＣＤ
Ｂ推進薬の燃焼圧力−燃焼速度関係図である。 各図中実線は実施例を破線は比較例を示す。第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくともニトロセルロースとニトログリセリンと
   を含有する推進薬組成物において、安息香酸銅及び有機
   鉛塩若しくは無機鉛を含有してなることを特徴とする推
   進薬組成物。 ２ 安息香酸銅及び有機鉛塩若しくは無機鉛の合計量が
   推進薬組成物全量の０．５乃至５重量％である特許請求
   の範囲第１項に記載の推進薬組成物。 ３ 安息香酸銅の量が推進薬組成物全量の０．２乃至４
   重量％である特許請求の範囲第２項に記載の推進薬組成
   物。