선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 추진제의 제품특성 개선방법에는 NC (Nitrocellulose)를 비롯한 원료를 개량하거나 추진제 자체의 저장특성을 향상시키는 것으로 나눌 수 있다. 본 연구는 단기추진제의 제품특성을 개량하여 저장수명을 향상시킬 목적으로 수행되었다. 그 방법으로서 먼저 무기안정제인 CaCG를 새로이 첨가하고 기존의 유기 안정제인 DPA의 함량을 늘렸으며, 제조공정 중용제추출열탕) 공정조건을 개선하고 이에 따른 역효과로 야기되는 기능특성의 변화를 보완하기 위해 추진제의 구멍 크기를 변경하였다.
제안 방법
- DPA의 함량을 조절하고 CaCCh를 첨가하여 안정제가 저장수명 및 추진제의 기능에 미치는 영향을 관찰하였다. 그리고 열탕공정 (Leaching)의 온도와 추진제의 구멍크기에 따른 영향도 분석하였다.
- 투입하는 DPA의 양을 l.Owt%에서 1.3wt%까지각 O.lwt%씩 증가시키면서 시료를 제조하여 DPA 함량측정, 밀폐폭발시험, 고온노화시험 등을 수행하였다. DPA 투입량을 달리하여 제조한 시료추진제의 제조 직후 DPA의 함량측정 결과를 그림 2에 나타내었다.
- 각 실험조건별로 제조된 시료추진제에 대하여 HPLC(HP-1050, Multi Wave Length Detector, ODS Hypersil 5㎛ Column)로 DPA 함량을, GC로 수분함량을, Atomic absorption spectrophotometer로 CaCQ의 함량을 측정하였다. 밀폐폭발시험기에서 추진제를 연소시켜 시험표준으로 사용되는 기준 (Reference)추진제와의 비교값인 R.
- 본 연구는 단기추진제의 제품특성을 개량하여 저장수명을 향상시킬 목적으로 수행되었다. 그 방법으로서 먼저 무기안정제인 CaCG를 새로이 첨가하고 기존의 유기 안정제인 DPA의 함량을 늘렸으며, 제조공정 중용제추출열탕) 공정조건을 개선하고 이에 따른 역효과로 야기되는 기능특성의 변화를 보완하기 위해 추진제의 구멍 크기를 변경하였다. 이렇게 제조된 시료 추진제에 대하여 고온노화시험, 밀폐폭발시험, 저장수명추정시험 등을 실시하여 기능특성과 저장수명을 규명하였다
- DPA의 함량을 조절하고 CaCCh를 첨가하여 안정제가 저장수명 및 추진제의 기능에 미치는 영향을 관찰하였다. 그리고 열탕공정 (Leaching)의 온도와 추진제의 구멍크기에 따른 영향도 분석하였다. 추진제의 형상은 길이 18mm, 지름 8mm의 다공원통형이며, 그 조성은 표 1과 같다.
- 그리고 추진제 15g을 시험관에 넣어 밀폐시켜 65, 70, 80℃에서 가속노화시키면서 주기적으로 DPA 함량을 측정하여 저장수명의 향상여부를 관찰하였다.
- 단기추진제의 저장수명 향상을 위하여 DPA 함량첨가, CaCCh 첨가, 용제추출온도 추진제의 내부구멍 크기 등을 실험인자로 하여 저장수명과 기능특성에 미치는 영향을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다
- 무기안정제 CaCCh 첨가에 따른 영향을 확인하기 위하여 CaCCh를 0, 0.1, 0.3, 0.5wt% 첨가하였다. 이때 DPA의 투입량은 l.
- 함량을 측정하였다. 밀폐폭발시험기에서 추진제를 연소시켜 시험표준으로 사용되는 기준 (Reference)추진제와의 비교값인 R.Q와 R.F를 측정하여 연소 특성을 확인하였다.
- 77mm인 것으로 확인되었다. 이러한 조건으로 제조된 추진제(opti)와 기존추진제 (pri ; DPA 1.0 wt%, CaCCh 미첨가, 용제추출온도 64℃, 추진제 구멍크기 0.64mm)에 대해 65, 70, 80℃ 에서 가속노화시험을 실시하여 그 결과를 그림 12에 나타내었다. 이러한 결과와 식 (1), (2)를 이용하여 30℃에서 DPA함량이 0.
- 그 방법으로서 먼저 무기안정제인 CaCG를 새로이 첨가하고 기존의 유기 안정제인 DPA의 함량을 늘렸으며, 제조공정 중용제추출열탕) 공정조건을 개선하고 이에 따른 역효과로 야기되는 기능특성의 변화를 보완하기 위해 추진제의 구멍 크기를 변경하였다. 이렇게 제조된 시료 추진제에 대하여 고온노화시험, 밀폐폭발시험, 저장수명추정시험 등을 실시하여 기능특성과 저장수명을 규명하였다
- 추진제의 원료를 혼화하는 공정에서 투입된 용제를 추출하는 공정인 용제추출(열탕)공정의 온도를 53, 56, 59, 64℃로 하여 실험을 수행하였다 이때 추진제는 안정제로 유기안정제인 유기안정제 l.lwt%와 무기안정제 CaCQ 0.3wt%를 동시에 투입하였다.
대상 데이터
- NC, DNT(Dinitrotoluene), DBP(Dibuthyl-phthalate), IQSQ, DPA 등의 추진제 원료, 에틸에테르-에틸알코올의 혼합용제 및 CaCG를 재료로 사용하였다. 실험장치는 추진제 제조에 사용되는 생산설비를 이용하였다.
- 그리고 열탕공정 (Leaching)의 온도와 추진제의 구멍크기에 따른 영향도 분석하였다. 추진제의 형상은 길이 18mm, 지름 8mm의 다공원통형이며, 그 조성은 표 1과 같다.
성능/효과
- 2) 추진제 제조시 용제추출공정(열탕공정)의 온도가 낮아질수록 NC의 분해반응이 적게 일어나 저장수명이 길어지며, 추진제가 낮은 온도에서 화학적, 물리적으로 안정화되어 점화초기의 연소속도가 낮아졌다.
- 3) 추진제의 내부 구멍크기가 커지면 이에 따라 연소 표면적이 넓어지므로 연소속도가 증가하였으며, 추진제의 저장수명에는 별 영향이 없음을 알 수 있었다.
- 따라서 CaCCh의 첨가량 결정시 첨가된 양에 비해 저장수명 연장효과가 크면서 R.Q의 감소가 적은 약。3wt% 투입하는 것이 적절할 것으로 판단하였다.
- 3wt%를 첨가하고 용제추출온도가 다른 추진제에 대한 고온노화시험결과를 도시한 것이다. DPA 잔류함량은 용제추출온도가 낮을수록 노화시험이 진행되는 동안 계속 높게 유지되며, 고온 노화가 진행될수록 용제추출온도가 낮은 시료의 안정제 함량과 그 차이가 서서히 커지는 것을 확인하였다 용제추출온도가 낮으면 W. Will 과 A. Sapoznikov의 연구결과即와 용제추출온도별로 제조중 DPA 소모량을 측정한 실험결과에서 확인한 바와 같이 제조과정 중에 추진제의 분해가 적게 일어나므로 추진제 내에 존재하는 질소산화물의 양이 적음을 의미한다 따라서 고온노화시험 초기에 질소산화물의 농도가 낮으므로 노화시험이 진행되는 동안 이들에 의한 자동촉매반응이 적게 일어나고 DPA가 소모되는 양이 적은 것으로 생각되었다. 즉, 용제추출온도가 낮을수록 추진제의 저장성이 좋을 것으로 추정되고 용제추출온도가 낮을 때 잔류 DPA의 함량이 높게 유지되는 것은 제조 과정 중에 추진제 분해반응을 촉진시키는 촉매역할을 하는 NQ를 비롯한 질소산화물이 제조 중에 적게 생성되기 때문이다
- DPA는 추진제의 분해생성물인 NO, NO2를 제거하고, CaCOs은 추진제 분해생성물이 수분과 반응하여 만들어진 H* NC 와 HNQ를 제거하므로 추진제 분해반응을 촉진하는 물질들을 다각적으로 제거하는 것으로 판단되었다. 따라서 DPA와 CaCO이 주진제의 저장수명에 미치는 영향을 확인하는 실험결과를 종합해볼 때, 유기안정제를 추가 투입하여 NO, NG만을 제거하는 것보다는 무기안정제인 CaC(方를 첨가하여 HN03, HN02를 함께 제거하는 것이 효과적으로 추진제의 저장수명을 연장시키는 것으로 판단되었다.
- CaCQ?가 추진제 분해반응의 촉매역할을 하는 질산(HN03), 아질산(HNQ)과 반응하는 속도가 DPA와 NO, NO2와 반응하는 속도와 비교하여 거의 유사하거나 느린 것으로 판단되어졌다.
- 77mm로 하는 것이 적절한 것으로 판단되었다. 그리고 이러한 조건의 추진제에 대해 저장수명 추정시험을 실시한 결과, 저장수명이 기존 추진제와 비교하여 약 2배 연장되는 효과를 얻었다.
- 그림 2에서 추진제 원료 혼화단계에서 투입한 DPA의 양에 비해 성형과정 및 용제추출과정을 거쳐 제조된시료추진제 속에 포함되어 있는 DPA의 함량이 적은 데 이는 추진제의 제조 과정 중에 DPA가 추진제에서 분해되어 나오는 NO, NO2 등의 분해생성물과 반응하여 유도체(Derivative)로 변환되어 소멸되었기 때문이다'4同. 그리고 최초 투입된 dpa양과 완성추진제의 DPA 함량은 1차 관계가 성립하며, 그 기울기가 1보다 작은 0.91 로 나타나 초기 투입된 DPA의 양이 많을수록 제조 과정 중에 소멸되는 DPA의 양이 증가함을 보여주고 있다. 즉, 추진제가 제조 과정 중 고온에 노출되는 용제추출공정 및 건조과정에서 생성되는 NO, NQ와 DP®} 반응할 때 DPA의 농도에 비례하여 반응속도가 증가하는 것으로 판단할 수 있다.
- 판단되었다. 따라서 DPA와 CaCO이 주진제의 저장수명에 미치는 영향을 확인하는 실험결과를 종합해볼 때, 유기안정제를 추가 투입하여 NO, NG만을 제거하는 것보다는 무기안정제인 CaC(方를 첨가하여 HN03, HN02를 함께 제거하는 것이 효과적으로 추진제의 저장수명을 연장시키는 것으로 판단되었다.
- Q가 증가하였다. 따라서 추진제 연소속도는 추진제 구멍의 지름이 클수록 증가함을 확인하였다.
- CaCQj의 첨가량이 많은 시료가 DPA의 함량이 높은 것을 알 수 있으며 특히 고온노화시간이 길어질수록 CaCQ? 첨가량이 많은 시료와 그렇지 않은 시료간에 DPA의 함량차이가 점차 커지는 것을 알 수 있다. 따라서, CaCQ를 많이 첨가할수록 추진제의저장수명이 증가하는 것으로 판단되어지며, 이는 Bruin, Pauw 등의 추진제에서 발생하는 분해생성물을 CaCCh을 이용해 제거하여 얻은 결과와 같았다⑻ 제조 과정에서의 DPA함량 변화를 확인한 실험 결과에서는 CaCQ의 첨가가 별 영향을 미치지 않았지만 고온노화시험에서는 CaCQj가 첨가되면 DPA 잔류함량의 감소정도가 현저히 줄어들었다. 이것은 화학반응식 (4), ⑸와 같이 CaCQ가 추진제 내에 있는 HN03, HNQ와 반응하여 제거하는 것을 알 수 있다
- 실험을 통해 추진제로서 적용가능한 기능특성을 나타내면서 저장수명을 연장할 수 있는 적정조건은 DPA l.lwt%, CaCCh 0.3wt%, 용제추출온도 56℃, 추진제 구멍크기 0.77mm인 것으로 확인되었다. 이러한 조건으로 제조된 추진제(opti)와 기존추진제 (pri ; DPA 1.
- 이러한 결과 등을 종합하면, 추진제의 기능 특성을 그대로 유지시키면서 저장수명을 향상 시키려면 CaCCh 0.3wt%를 첨가하고 용제추출온도를 56℃, 추진제 구멍크기를 0.77mm로 하는 것이 적절한 것으로 판단되었다. 그리고 이러한 조건의 추진제에 대해 저장수명 추정시험을 실시한 결과, 저장수명이 기존 추진제와 비교하여 약 2배 연장되는 효과를 얻었다.
- 즉, 노화시험기간 중 각 시료들의 안정제 함량 감소율은 초기 투입된 DPA의 함량이 많을수록 높아지는 것을 알 수 있다. 이러한 실험 결과로부터 DPA를 추가하여 투입할 때 저장수명에 미치는 영향을 고찰해 보면 저장기간이 짧을 경우에는 DPA를 추가투입하는 것이 효과적으로 저장성을 향상시킬 수 있으나 저장기간이 길어질 경우에는 초기에 많은 양의 DPA를 투입하더라도 저장 중에 DPA 함량이 빨리 감소하므로 일정기간이 경과한 후에는 그 효과가 저하될 것으로 예측할 수 있다.
- 제조 후 일정기간이 경과된 추진제에 대하여 저장 탄약 신뢰성 평가{ASRP, Ammunition Stockpile Reliability ProgramX 수행한 결과, 추진제의 잔류안정제 함량이 많이 저하되었음을 확인하였다. 추진제의 잔류 안정제 함량이 저하되면 추진제의 급속한 분해반응으로 자연발화의 위험성이 있을 뿐 아니라, 수명 연한이 조기에 도래하여 순기비용이 증가하게 된다.
- 그림 4에서 DPA의 초기투입량이 많은 경우 고온노화가 진행되는 동안 DPA 함량이 다른 시료에 비해 높은 수준을 유지하고는 있으나, 시간 경과에 따라 다른 시료와의 함량 차이가 서서히 감소함을 알 수 있다. 즉, 노화시험기간 중 각 시료들의 안정제 함량 감소율은 초기 투입된 DPA의 함량이 많을수록 높아지는 것을 알 수 있다. 이러한 실험 결과로부터 DPA를 추가하여 투입할 때 저장수명에 미치는 영향을 고찰해 보면 저장기간이 짧을 경우에는 DPA를 추가투입하는 것이 효과적으로 저장성을 향상시킬 수 있으나 저장기간이 길어질 경우에는 초기에 많은 양의 DPA를 투입하더라도 저장 중에 DPA 함량이 빨리 감소하므로 일정기간이 경과한 후에는 그 효과가 저하될 것으로 예측할 수 있다.
- 91 로 나타나 초기 투입된 DPA의 양이 많을수록 제조 과정 중에 소멸되는 DPA의 양이 증가함을 보여주고 있다. 즉, 추진제가 제조 과정 중 고온에 노출되는 용제추출공정 및 건조과정에서 생성되는 NO, NQ와 DP®} 반응할 때 DPA의 농도에 비례하여 반응속도가 증가하는 것으로 판단할 수 있다.
- F가 모두 감소하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 추진제의 총에너지 및 초기연소속도가 감소하므로 DPA 함량을 늘리는 것은 추진제의 기능특성에 좋지 않음을 확인하였다.
- 추진제의 구멍크기를 달리하여 시험해 본 결과 추진제 구멍크기가 저장수명에 미치는 영향은 없는 것으로 나타났다. 그리고 밀폐폭발시험 결과 추진제 구멍 크기가 클수록 그림 11에 나타낸 바와 같이 R.
- Q의 감소는 추진제의 선형연소속도가 감소되어 나타난 현상으로 판단할 수 있다. 추진제의 선형연소속도 감소는 용제추출온도가 낮을수록 추진제의 활성화 정도가 낮은 것에서 비롯된 것으로 생각되었다.
- 추진제의 저장수명 향상을 위해 제조시 용제추출온도를 낮추고 CaCQ을 0.3wt% 추가할 경우, R.F는 유사하지만 R.Q가 감소되는 것을 확인하였다. 추진제의 연소초기 질량연소속도를 의미하는 R.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.