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가설 설정
- 1) 니트로화(Nitration) 반응은 0차 비가역 반응이다.
제안 방법
- 가 첨가되지 않은 추진제와 첨가된 추진제 15g을 시험관 튜브에 넣고 밀폐 시킨 후 온도 65, 70, 80℃에서 가속 노화 시험을 실시하였다. 가속 노화 시험을 실시하면서 잔류 안정제 함량이 약 0.2%에 도달될 때까지 일정 간격으로 잔류 안정제 함량을 HPLC(HP-1050, Multiwave Length Detector, ODS Hypersil 5㎛ Column)를 이용하여 분석하였다. 추진제의 저장 수명은 잔류 안정제 함량 분석 결과를 토대로 0차 분해 반응식 및 Arrhenius 식을 이용하여 예측하였으며 CaCO3가 첨가되지 않은 추진제와 첨가된 추진제와의 관계를 고찰하였다.
- 추진제의 저장 수명은 잔류 안정제 함량 분석 결과를 토대로 0차 분해 반응식 및 Arrhenius 식을 이용하여 예측하였으며 CaCO3가 첨가되지 않은 추진제와 첨가된 추진제와의 관계를 고찰하였다. 또한 CaCO3 첨가에 따른 탄도 특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 발사 시험을 실시하였으며 CaCO3가 첨가되지 않은 추진제는 정부 수락시험용 시험탄으로 CaCO3가 첨가된 추진제는 가온탄으로 시험하였다.
- 무기 안정제 CaCO3가 첨가되지 않은 추진제와 첨가된 추진제 15g을 시험관 튜브에 넣고 밀폐 시킨 후 온도 65, 70, 80℃에서 가속 노화 시험을 실시하였다. 가속 노화 시험을 실시하면서 잔류 안정제 함량이 약 0.
- 본 연구에서는 탄도 특성에 영향을 주지 않는 0.3%의 무기 안정제 CaCO3를 첨가한 추진제를 대상으로 각 온도 조건에서 가속 노화 시간에 따른 잔류 안정제 함량으로부터 반응 속도 상수(k1)를 구한 다음 Arrhenius 식을 이용하여 k0을 구하여 추진제 분해 반응식으로부터 저장 수명을 예측하여 기준 추진제의 저장 수명과 비교하였다.
- 시료의 제작은 양산품 제조에 사용되는 생산 설비 및 장치를 이용하여 단기 추진제 KM6 및 KM1에 무기 안정제 CaCO3 0.3%을 첨가하였다.
- 시험 방법은 155MM 추진 장약용 추진제 KM6와 105MM 및 155MM 추진 장약용 추진제 KM1에 무기 안정제 CaCO3 0.3%를 투입하고, 일정 온도(65, 70, 80℃)에서 일정 시간 동안 가속 노화시켜 안정제 함량 감소 정도를 측정, Arrhenius식을 이용하여 기준 추진제와의 저장 수명 관계를 고찰하였다.
- 3%을 첨가하였다. 이때 추진제의 균일한 혼화를 위하여 최소 혼화 작업 요구량인 100kg을 제조하였으며, 단기 추진제의 형상 및 특성, 조성은 그림 4 및 표 1～2와 같고 시료 제조 공정은 그림 5와 같다.
- 제조된 추진제를 MIL-STD-286C에 의해 조성에 대한 함량 분석과 폭발 시험, 밀폐 용기시험(Closed Bomb Test) 등을 실시하여 추진제의 특성을 비교하 였다.
- 2%에 도달될 때까지 일정 간격으로 잔류 안정제 함량을 HPLC(HP-1050, Multiwave Length Detector, ODS Hypersil 5㎛ Column)를 이용하여 분석하였다. 추진제의 저장 수명은 잔류 안정제 함량 분석 결과를 토대로 0차 분해 반응식 및 Arrhenius 식을 이용하여 예측하였으며 CaCO3가 첨가되지 않은 추진제와 첨가된 추진제와의 관계를 고찰하였다. 또한 CaCO3 첨가에 따른 탄도 특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 발사 시험을 실시하였으며 CaCO3가 첨가되지 않은 추진제는 정부 수락시험용 시험탄으로 CaCO3가 첨가된 추진제는 가온탄으로 시험하였다.
- )를 구할 수 있으며 그 결과는 표 7과 같다. 표 7에서 구해진 k0와 Ea로부터 원하는 온도에서의 속도 상수를 구하여 저장 온도 조건 25℃ 및 30℃에서의 반응 속도 상수 k를 구하였다.
대상 데이터
- 본 연구 대상인 155MM 추진 장약 KM119A1용 추진제(KM6) 및 KM4A2용 추진제(KM1)와 105MM 추진 장약 KM67용 추진제(KM1)는 단기 추진제로 조성은 NC를 에너지원으로 하고 섬광 감소 및 저장 안정성 향상을 위해 황산칼륨(K2SO4), DPA (Diphenylamine) 등을 포함하여 제조하고 있으며, 저장 기간이 경과됨에 따라 자연 분해 특성을 갖고 있다.
성능/효과
- 2) Mono-와 di- 화합물은 총안정제 함량으로 사용되고, N-nitroso 화합물은 총안정제함량에 포함하지 않는다.
- 3) 공기 중의 O2 및 발생되는 NO2의 농도가 안정제의 농도보다 월등히 커서 반응 진행 중에 O2 및 N2 농도는 불변한다.
- 4) Shift 반응은 분자 내부의 전위 반응이므로 반응 단계를 무시한다.
- 질산염에스테르 화합물인 NC을 주원료로 사용하는 단기 추진제에 저장 수명 향상을 위하여 무기 안정제 CaCO3 0.3%를 첨가한 결과 단기 추진제의 기본적인 특성 및 탄도 성능상의 문제점은 없는 것으로 나타났으며, 저장 수명은 저장 온도 30℃에서 155MM KM119A1 추진제(KM6)는 26.9년에서 55.2년, 155MM KM4A2 추진제(KM1)는 29.2년에서 58.4년, 105MM KM67 추진제(KM1)는 20.5년에서 39.8년으로 약 2배 증가하였다.
- 추진제 변색 시간 및 폭발 시간 측정은 표 4와 같이 추진제의 열 안정도 측정 시험으로 기준 및 개선 추진제 모두 규격 요구 조건을 만족하였다
- 3% 첨가에 따른 성능 시험 요구 조건 및 시험 결과를 표 9, 10에 나타냈다. 표 10에서 보는 바와 같이 기준 추진제와 개선 추진제 모두 규격의 요구 조건을 만족하였으며 성능상 문제점은 없는 것으로 판명되었다.
- 표 7로부터 얻어진 결과를 토대로 25℃ 및 30℃에서 DPA 함량이 0.2%에 이르는 저장 수명을 계산하면 표 8과 같으며 무기 안정제 CaCO3 첨가에 따른 저장 수명은 약 2배 정도 증가하는 것으로 나타났다.
후속연구
- 이러한 노력 모두 어느 정도 자연 분해를 지연시킬 수 있으나, 장기간 경과 되면 그 효과는 점차 소멸되기 마련이므로 수명 연장을 위한 추가적인 연구가 필요 하였으며 무기 안정제를 별도로 추가하는 방안을 고려하게 되었다.
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