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문제 정의
- 본 연구는 추진제의 자연분해 현상에 가장 큰 요인으로 작용하는 저장온도 및 저장 습도가 추진제의 저 장수명에 미치는 영향을 고찰하였으며, 현재 군에 보급/운용 중인 155MM 자주포 K9 추진장약 K676/ K677용 추진제 KW30A1 을 대상으로 하였다.
가설 설정
- 1) 니트로화(Nitration) 반응은 0차 비가역 반응이다.
제안 방법
- 155MM 자주포 K9용 추진장약 K676/K677을 온습도 순환챔버에서 온도 80℃, 90℃, 100℃ 및 상대 습도 60%, 75%, 90% 조건에서 추진제 K部30A1의 잔류 안정제함량(EC)이 약 0.2%에 도달할 때까지 가속노화시험을 실시하면서 적정 간격으로 잔류안정 제 함량을 측정하였으며, 추진제 제조공정도 및 추진 제 KM30A1 국방규격에서 규제하고 있는 조성을 그림 6 및 표 2에 나타냈다.
- 기존 양산품 제조에 사용되는 생산설비 및 장치를 이용하여 추진제 KM30A1, 점화제 및 소진 탄피를 제조하였으며, 추진장약 K676/K677의 충전/결합은 점화관에 점화제를 결합한 후 소진 탄피와 점화 관을 결합하고 추진제를 충전한 후 소진 탄피 뚜껑을 결합하여 제조하였다.
- 동일한 방법으로 구하고자 한 각 온도 및 습도 조건별로 반응속도상수(kD을 구한 후 추진제 분해반응식 (식 4)로부터 각 저장온도 및 저장 습도 조건별 저장 수명을 추정하였으며, 저장수명 추정 결과 및 온도/습 도와 저장수명과의 관계를 표 15 및 그림 10에 나타냈다.
- 또한 추진제의 잔류안정제 함량분석 결과를 토대로 0차 분해반응식, Eyring equation 및 Berthelot equation을 이용하여 저장수명을 추정하고 저정온도 및 저장 습도와 저장수명과의 관계를 고찰하였다.
- 본 연구에서는 155MM 자주포 K9용 추진장약 K676 및 K677용 추진제 K泌30A1에 대해 저장온도 및 저장 습도를 변경하여 가속노화시험을 실시하고, 각 온도/습도 조건에서 저장 기간에 따른 잔류 안정제함량 분석 결과로부터 0차 반응속도 식, Eyring equation 및 Berthelot equation을 이용하여 저장수명 추정 및 저장온도저장 습도와 저장수명 관계를 고찰하였다.
- 국내·외 추진제의 저장수명에 대한 연구는 주로 안정제(EC)함량을 기준으로 추진제의 저장수명한계 도래 여부를 판정하고 있으며, 잔여 저장수명은 EC 함량 감소속도로부터 추정한다. 본 연구에서는 온도(80℃, 90℃, 100℃) 및 습도(RH60%, 75%, 95%) 조건을 변경하여 가속 노화 시키면서 EC 함량 감소속도를 실험적으로 구하고 그 결과를 이용해 저장수명을 추정하였다.
- 본 연구에서는 추진제의 저장온도 및 습도와 저장 수명과의 관계를 고찰하기 위한 추진제의 저장수명추정 방법은 각 온도/습도 조건에서 저장 기간에 따른 잔류 안정제 함량으로부터 각 조건별 반응속도상수 (ki) 을 구한 다음 Eyring equation을 이용하여 습도 상수(B)와 -Ea/RT+lnko를 구하고, 다시 Berthelot equation을 이용하여 ko을 구하여 추진제 분해반응식으로부터 저장수명을 추정하였다. 추진제 저장수명 추정 결과로부터 추진제 KM30A1의 저장온도 및 저 장 습도와 저장수명과의 관계를 고찰하였다.
- 시험 방법은 추진장약 K676/K677을 온습도 챔버에서 온도 조건 80℃, 90℃, 100℃, 각 온도에서 상대습도 60%, 75%, 90%에서 잔류 안정제 (Ethylcentralite) 함량이 추진제 폐기단계 기준인 0.2%에 도달할 때까지 가속 노화시키면서 잔류안정제 함량을 분석한 후 추진제 분해반응식, Eyring equation 및 Berthelot equation을 이용하여 저장수명을 추정하고 그 결과로부터 저장온도 및 저장 습도와 저장수명의 관계를 고찰하였다.
- 각 실험 조건에서 온 습도 순환 시험을 실시한 시료에 대해 HPLC(HP-1050, Multi Wave Length Detector, ODS Hypersil 5㎛ Column)S. 안정제 함량을 분석하였다.
- 추진장약 K677용 추진제 KNI30A1의 저장 온도/습 도 조건별 저장수명 추정은 추진장약 K676용 추진제 KM30A1의 저장수명추정 방법과 동일하게 가속 노화 시험에서 얻어진 잔류 안정제 함량으로부터 1차 회귀 직선식, Eyring equation, Berthelot equation 및 추진제 분해반응식을 이용하여 저장 온도/습도 조건별로 저장수명을 추정하였다.
- 본 연구에서는 추진제의 저장온도 및 습도와 저장 수명과의 관계를 고찰하기 위한 추진제의 저장수명추정 방법은 각 온도/습도 조건에서 저장 기간에 따른 잔류 안정제 함량으로부터 각 조건별 반응속도상수 (ki) 을 구한 다음 Eyring equation을 이용하여 습도 상수(B)와 -Ea/RT+lnko를 구하고, 다시 Berthelot equation을 이용하여 ko을 구하여 추진제 분해반응식으로부터 저장수명을 추정하였다. 추진제 저장수명 추정 결과로부터 추진제 KM30A1의 저장온도 및 저 장 습도와 저장수명과의 관계를 고찰하였다.
대상 데이터
- 본 연구 대상인 추진장약 K676/K677용 추진제 KNB0A1의 제조에 사용되는 안정제는 EthylcentraHte 를 사용하고 있으며, 안정제 (EC) 의 역할은 1) 자유 라디칼 제거 (Free Radical Scavenger), 2)산화방지 제 (Antioxidant), 3) 항생 물 작용제 (Anti biological Agent) 등이 있다.
- 본 연구대상은 155MM 추진장약 K676/K677용 추 진 제 KW30A1은 다기 추진제로 조성은 NC (Nitrocellulose), NG(Nitroglycerine), NIGU (Nitroguanidine) 등을 에너지원으로 하고 섬광감소 및 저장 안정성 향상을 위해 황산칼륨(K2SQ), EC (Ethylcentralite) 등을 포함하여 제조하고 있으며, 다른 추진제와 마찬가지로 저장 기간이 경과함에 따라 자연분해 특성을 갖고 있다.
데이터처리
- 각 실험조건에서 얻어진 추진장약 K676용 추진제 KM30A1의 잔류 안정제 함량으로부터 1차 회귀직선 식을 이용하여 저장온도/습도 조건별 반응속도상수 (ki) 을 구하고 Eyring equation을 이용하여 습도 상 수(B) 및 -Ea&RT뉘n(ko) 값을 구한 후 Berthelot equation 및 추진제 분해반응식으로부터 저장 온도/ 저 장 습도별 저 장수명을 추정하였으며 , 추진장약 K676 용 추진제 KM30A1의 가속노화시험에서 저장 기간에 따른 잔류 안정제함량 분석 결과를 그림 7에 나타냈다.
성능/효과
- 2) Tri-NO2-EC 이상의 중간유도체는 안정제로써 효력이 약하므로 무시한다.
- 4%. 56.7%, 추진 장약 K677용 추진제는 66.4%, 62.2%, 57.4%로 추진 장약 K677용 추진제의 저장수명 감소율이 다소 큰 것으로 나타났다.
- 4%. 56.7%, 추진장약 K677용 추진제의 저 장수명 감소율은 66.4%, 62.2%, 57.4%로 나타났다.
- 둘째, 저장수명은 저장온도/저장 습도가 증가할수록 급격히 감소하였으며 온도 증가에 따른 저장수명 감소율은 습도 증가에 따른 저장수명 감소율의 약 7배로 훨씬 크게나타 났고, 저온 영역에서는 온도/습도가 저장수명에 미치는 영향이 크게 나타났으나, 고온 영역에서는 습도의 영향보다 온도의 영향이 지배적인 것으로 나타났다.
- 또한, 동일 저장 온도에서 저장 습도가 50% 증가할 때 저장수명 감소율은 0℃, 20℃, 40℃, 60℃에서 추진장약 K676용 추진제는 62.1%, 52.3%, 39.7%, 243%, 추진장약 K677용 추진제는 63.0%, 53.2%, 41.0%, 22.5%로 고온 영역 보다는 저온 영역에서 저장 수명 감소율이 크게 나타났다.
- 또한, 온도 및 습도가 증가할수록 급격하게 저장 수 명이 짧아지는 경향을 보였으며, 저온 영역에서는 습 도가 높을수록 저장수명이 급격하게 짧아지나, 고온 영역에서 저장수명은 습도 변화에 큰 차이를 나타내지 않았다(그림 11 참조).
- 또한, 저장온도와 저장수명의 관계(그림 15)는 동일저장온도에서 상대습도가 50% 증가할 때 저장수명 감소율은 온도가 낮을수록 저장수명 감소율이 크고 저장온도가 높을수록 저장수명 감소율이 작게 나타났다.
- 본연구결과로는 첫째, 저장온도/습도 변화에 따른 저장수명은 추진장약 K677용 추진제의 저장수명이 추진장약 K676용 추진제의 저장수명보다 다소 길게 나타났다.
- 셋째, 동일 저장 습도(RHO%, RH50%, RH100%)에서 저장온도가 10℃ 증가할 때 저장수명 감소율은 추 진장약 K676용 추진제는 65.5%, 61.4%. 56.
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