[논문]TGA를 이용한 RDX의 입자 크기에 따른 열적 분해 특성 연구

범길호; 김승희; 김진석

doi:10.9766/kimst.2012.15.1.081

[국내논문] TGA를 이용한 RDX의 입자 크기에 따른 열적 분해 특성 연구
A Study on Thermal Decomposition of RDX According to the Size using TGA 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.15 no.1, 2012년, pp.81 - 85

범길호 (국방과학연구소 4기술연구본부 2부 고폭화약 연구팀) , 김승희 (국방과학연구소 4기술연구본부 2부 고폭화약 연구팀) , 김진석 (국방과학연구소 4기술연구본부 2부 고폭화약 연구팀)

Abstract ▼ AI-Helper

This work is related to study the thermal decomposition of 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazacylohexane(RDX) by differential scanning calorimeter and thermo-gravimetry with Kissinger's & Iso-conversional method under nonisothermal conditions, with heating rate from 2 to $8^{\circ}C$/min or given heating rate. We calculated and compared activation energy with these two methods. Iso-conversional method is better than Kissinger's method to study decomposition mechanism. We also investigated activation energy and frequency factor by Kissinger's & Iso-conversional method with the influence of particle size. In case of single crystal, Cl-3(large crystal) has better thermal stability than Cl-5(small crystal). The activation energy increased according to the size of the particle size.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

본 연구에서는 DSC와 TGA를 이용하여 열분석실험을 수행하고, 분석방법인 Kissinger's method와 VYZ method로 활성화 에너지와 frequency factor를 계산하였다. 이 결과를 비교 분석하여 RDX의 입자 크기에 따른 활성화 에너지를 계산하였다.
실험에 사용된 RDX의 입자크기는 별도로 측정하지 않았으나 Class-1의 경우 200㎛, Class-3는 370㎛, Class-5는 10㎛ Class-G는 3㎛로 제조되었다. 열분석에 사용된 장비는 Mettler사의 DSC821e와 TGA/SDTA821e를 이용하였으며 승온속도를 2, 4, 8℃/min로 변화시키고, 공기분위기하에서 실험하였다.
열분석 시, sample의 양은 1～2mg 화약이므로, 사용량을 제한하여 사용하였고 sample용기는 DSC의 경우 Al-Crucibles 40ul를 사용하여 closed type에서 실험하였으며, TGA의 경우는 ALU Oxide Crucibles 70ul를 사용하고 opened type에서 실험하였다.
H-RDX에 대하여 승온속도에 따라서 열분해를 측정하였다. Fig.
DSC와 TGA를 이용하여 RDX의 활성화 에너지와 frequency factor를 측정하였다. DSC를 이용할 경우 RDX와 같은 고에너지 분자화약 높은 분해열에 의하여 입자크기에 따른 활성화 에너지의 경향성이 없었 으나, TGA를 이용할 경우 입자크기가 클수록 활성화 에너지가 커짐을 알 수 있었다.

대상 데이터

실험에 사용된 RDX는 (주)한화의 표준 RDX(이하 H-RDX)를 비교 실험하였다. RDX는 Class-1, 3, 5, G를 각각 비교하였다.
RDX는 Class-1, 3, 5, G를 각각 비교하였다. 실험에 사용된 RDX의 입자크기는 별도로 측정하지 않았으나 Class-1의 경우 200㎛, Class-3는 370㎛, Class-5는 10㎛ Class-G는 3㎛로 제조되었다. 열분석에 사용된 장비는 Mettler사의 DSC821e와 TGA/SDTA821e를 이용하였으며 승온속도를 2, 4, 8℃/min로 변화시키고, 공기분위기하에서 실험하였다.

데이터처리

Kissinger's method 결과 값과 VYZ method 결과 값을 비교 분석하였다.

이론/모형

본 연구에서는 DSC와 TGA를 이용하여 열분석실험을 수행하고, 분석방법인 Kissinger's method와 VYZ method로 활성화 에너지와 frequency factor를 계산하였다.
Vyazovkin method는 kinetic equation에 기초를 둔 advenced isoconversional(AIC) method로서 MAT-LAB 프로그램을 이용하여 계산하였다. 이식은 분해정도에 따른 활성화 에너지 값을 구할 수 있다^[11]
TGA의 data를 Matlab software를 활용하여 선형가열 방식을 이용한 Vyazovkin method를 통해 RDX의 활성화에너지와 Frequency Fator값을 구하였다. Kissinger's method 결과 값과 VYZ method 결과 값을 비교 분석하였다.
DSC의 발열피크온도와 TGA의 일차미분 피크온도를 이용하여 Kissinger method를 이용하여 활성화 에너지와 frequency factor를 RDX의 입자별로 계산하여 Table 2와 3에 나타내었다^[12].
TGA 실험결과를 이용하여 Vyazovkin method로 열분해반응 전반에 걸친 활성화 에너지를 계산하였다. 식 (2)를 MAT-LAB 프로그램을 사용하여 계산한 결과를 Fig.

성능/효과

RDX는 1898년 독일의 Georg Friedrich Henning가 hexamethylenetetramine을 니트로화하여 최초로 합성하였다. 최초 합성 후 RDX는 화약으로서의 사용 가능성 뿐만 아니라 의약품으로서의 사용가능성도 주목을 받았다. RDX는 무색의 결정상의 고체로서 2차 대전에서 사용되었으며, 현재 가장 광범위하게 적용되고 있는 분자화약이다.
DSC와 TGA를 이용하여 RDX의 활성화 에너지와 frequency factor를 측정하였다. DSC를 이용할 경우 RDX와 같은 고에너지 분자화약 높은 분해열에 의하여 입자크기에 따른 활성화 에너지의 경향성이 없었 으나, TGA를 이용할 경우 입자크기가 클수록 활성화 에너지가 커짐을 알 수 있었다. 그러므로 입자가 클수록 화약의 열안정성은 좋을 것으로 판단되며, 분자 화약과 같은 고에너지물질은 TGA를 이용하여 활성화 에너지를 계산하는 것이 더욱 정확한 것으로 판단된다.
DSC를 이용할 경우 RDX와 같은 고에너지 분자화약 높은 분해열에 의하여 입자크기에 따른 활성화 에너지의 경향성이 없었 으나, TGA를 이용할 경우 입자크기가 클수록 활성화 에너지가 커짐을 알 수 있었다. 그러므로 입자가 클수록 화약의 열안정성은 좋을 것으로 판단되며, 분자 화약과 같은 고에너지물질은 TGA를 이용하여 활성화 에너지를 계산하는 것이 더욱 정확한 것으로 판단된다.
VYZ method를 이용하여 연속적으로 활성화 에너지를 계산한 결과 약 10% 분해 반응 시까지는 활성화 에너지가 증가하며 이후 분해반응에서는 autoacceleration 에 의하여 활성화 에너지가 감소하는 경향을 나타내었다. 따라서 VYZ method를 이용하면 분해 메카니즘 및 특성을 연구하는데 더 유리할 것으로 판단된다.

후속연구

그러므로 분자화약과 같은 고에너지물질의 활성화 에너지는 DSC보다 TGA를 이용할 경우 더욱 정확하게 측정할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	RDX는 무엇인가?	최초 합성 후 RDX는 화약으로서의 사용 가능성 뿐만 아니라 의약품으로서의 사용가능성도 주목을 받았다. RDX는 무색의 결정상의 고체로서 2차 대전에서 사용되었으며, 현재 가장 광범위하게 적용되고 있는 분자화약이다. 주로 TNT와 혼합하여 Comp.
	RDX는 어떻게 최초 합성되었는가?	RDX는 1898년 독일의 Georg Friedrich Henning가 hexamethylenetetramine을 니트로화하여 최초로 합성하였다. 최초 합성 후 RDX는 화약으로서의 사용 가능성 뿐만 아니라 의약품으로서의 사용가능성도 주목을 받았다.
	RDX의 합성방법으로 무엇이 있는가?	B등에 사용되나 최근 복합화약의 원료로도 많이 사용되고 있다. 합성방법은 British 방법과 Bachmann 방법이 있으며, 국내에는 British 방법으로 제조하고 있으며, 재결정을 통하여 원하는 크기로 만든다[1].

참고문헌 (13)

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상세보기
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