[논문]니트로글리세린의 이동과 안정제(DPA, ECL)에 의한 소진탄피 저장수명 연구

임호영; 장일호; 서지현; 정용근; 조민수; 한창호

doi:10.9766/kimst.2019.22.4.509

니트로글리세린의 이동과 안정제(DPA, ECL)에 의한 소진탄피 저장수명 연구
The Study on the Shelf Life of the Combustible Cartridge Case by the Stabilizer(DPA, ECL) and Migration of Nitroglycerin 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.22 no.4, 2019년, pp.509 - 516

임호영 (국방기술품질원 품질경영본부) , 장일호 (국방기술품질원 품질경영본부) , 서지현 (육군 탄약지원사령부 탄약기술연구소) , 정용근 (육군 탄약지원사령부 탄약기술연구소) , 조민수 ((주)한화 여수사업장 품질보증 2팀) , 한창호 ((주)한화 여수사업장 품질보증 2팀)

Abstract ▼ AI-Helper

It is well known that nitroglycerin(NG) may evaporate and migrate from the triple base propellant grains in storage. This physical process makes it double base environment to the CCC(combustible cartridge case) which is based on nitrocellulose(NC) without NG. Meanwhile, it is not appropriate to use diphenylamine(DPA) as a stabilizer for CCC in this double base environment because of incompatibility between DPA and NG. So we estimated the shelf life to study the effect of NG migration from propellant to CCC by following the procedures in the STANAG 4257. And we found out that CCC with ethylcentralite(ECL) has 7.5 years longer shelf life than with DPA, when NG migrates to CCC from triple base propellant grains.

주제어

표/그림 (20)

그림 Fig. 1. Procedure of making specimen for accelerated aging test
그림 Fig. 2. Procedure of making specimen
그림 Fig. 3. Chamber for accelerated aging test
그림 Fig. 4. Consumption of DPA in CCC
그림 Fig. 5. Consumption of DPA in CCC with TBP
표 Table 1. Accelerate aging test conditions of CCC
표 Table 2. Consumption of DPA in CCC
그림 Fig. 6. Consumption of ECL in CCC
그림 Fig. 7. Consumption of ECL in CCC with TBP
표 Table 3. Consumption of DPA in CCC with TBP
표 Table 4. Reaction rate constants of the consumption of DPA on the temperature
표 Table 5. Consumption of ECL in CCC
표 Table 6. Consumption of ECL in CCC with TBP
그림 Fig. 8. Arrhenius plot of the reaction rate constants of the DPA consumption in CCC
그림 Fig. 9. Arrhenius plot of the reaction rate constants of the DPA consumption in CCC with TBP
그림 Fig. 10. Arrhenius plot of the reaction rate constants of the ECL consumption in CCC
표 Table 7. Reaction rate constants of the consumption of ECL on the temperature
표 Table 8. Kinetic parameters of the consumption of DPA
그림 Fig. 11. Arrhenius plot of the reaction rate constants of the ECL consumption in CCC with TBP
표 Table 9. Kinetic parameters of the consumption of ECL

AI 본문요약
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가설 설정

본 연구에서는 STANAG 4527에 따라 가속노화 중 소진탄피 안정제 함량을 1차 반응속도 모델로 적용 및 분석하여 수명을 예측하였고, 안정제의 함량이 0.2 %일 때를 저장수명의 한계로 가정하였다^[14,15].
저장수명은 DPA와 ECL이 각각 1.00 % 첨가된 소진탄피가 25 ℃(298 K) 조건에서 0.2 %까지 소모되는 시간(year)으로 가정하였다.

제안 방법

DPA, ECL 함량 분석은 MIL-C-70461에 따라 소진탄피로부터 추출(extraction)하고, 각각의 안정제에 대하여 MIL-STD-286 METHOD 208.5.1 및 213.5.1을 따라 분석하였다. Table 2, 3, 5, 6에 나타낸 각 데이터는 3 회 분석한 결과의 평균값이다.
본 연구에서 사용된 소진탄피 및 추진제 등 모든 시료는 155 MM 추진장약 K677과 동일하며, 비교하고자 하는 소진탄피의 안정제만 ECL로 변경하였다. 소진탄피 제조순서를 포함한 시편 제작방법은 Fig.
본 연구에서는 DPA와 ECL 안정제의 종류 및 NG의 이동 여부에 따라, 에너지물질로써는 NC만으로 구성된 소진탄피의 저장수명을 산출하여 비교하였다. 실제 한국군에서 사용되는 추진장약과 유사한 환경 즉, 추진제의 NG가 이동 가능한 환경에서는 가속노화시험을 실시한 결과 DPA보다 ECL이 안정제로 사용될 때 저장수명이 약 7.
본 연구에서는 NC를 주요 에너지물질로 사용하고 DPA가 안정제로 첨가된 소진탄피에 NG의 이동여부에 따른 저장수명을 비교하였고, 다음은 ECL을 안정제로 사용한 소진탄피와 DPA가 안정제로 사용된 소진탄피에 대해 저장수명을 비교하였다. 그 결과 DPA가 첨가된 소진탄피는 추진제로부터 NG의 이동에 의해 약 11.
준비된 시료를 이용하여 Table 1과 같이 소진탄피에 첨가된 안정제 종류 및 온도 조건에 따라 환경시험기(Fig. 3의)를 이용하여 가속노화시험을 진행하였다.

대상 데이터

시편은 Fig. 2와 같이 제작된 소진탄피에 M30A1계 열 추진제를 둘러싸고 포장하여 밀봉하였다.

성능/효과

Arrhenius plot으로부터 수명을 산출하여 비교한 결과 DPA가 안정제로 사용된 경우, “소진탄피”는 44.6년, “소진탄피+추진제”는 33.2년으로, ECL이 안정제인 경우, “소진탄피”는 43.4년, “소진탄피+추진제”는 40.7년으로 각각 산출되었다.
본 연구에서는 NC를 주요 에너지물질로 사용하고 DPA가 안정제로 첨가된 소진탄피에 NG의 이동여부에 따른 저장수명을 비교하였고, 다음은 ECL을 안정제로 사용한 소진탄피와 DPA가 안정제로 사용된 소진탄피에 대해 저장수명을 비교하였다. 그 결과 DPA가 첨가된 소진탄피는 추진제로부터 NG의 이동에 의해 약 11.4년 저장수명이 짧아짐을 확인하였으며, NG의 이동이 발생하는 조건에서 DPA보다 ECL이 첨가된 소진탄피 저장수명이 7.5년 더 길어, 실제 군에서 저장하고 사용하는 추진장약과 같이 NG의 이동이 가능한 환경에서는 DPA보다 ECL이 소진탄피의 안정제로써 더 적합하다는 것을 확인하였다.
이는 소진탄피가 NC로만 구성되어 있지만, 추진제로부터 이동한 NG로 인해 DBP와 유사한 환경이 조성되어 DPA 소모속도가 빨라졌으며, 이미 연구되어진 바에 따라 이 환경에서 DPA는 더 이상 양립할 수 없다. 따라서, 추진장약용 소진탄피의 안정제는 저장수명 측면에서 DPA보다 ECL이 더 적합함을 보여준다.
또한 DPA, ECL 종류에 상관없이 동일 온도 조건에서 반응속도 상수의 크기는 소진탄피와 TBP가 함께 가속노화 되었을 때 더 크지만, DPA가 안정제로 사용된 경우 ECL보다 그 차이가 더 크다는 것을 확인할 수 있다.
본 연구에서는 DPA와 ECL 안정제의 종류 및 NG의 이동 여부에 따라, 에너지물질로써는 NC만으로 구성된 소진탄피의 저장수명을 산출하여 비교하였다. 실제 한국군에서 사용되는 추진장약과 유사한 환경 즉, 추진제의 NG가 이동 가능한 환경에서는 가속노화시험을 실시한 결과 DPA보다 ECL이 안정제로 사용될 때 저장수명이 약 7.5년 긴 것으로 확인되었다. 이는 소진탄피가 NC로만 구성되어 있지만, 추진제로부터 이동한 NG로 인해 DBP와 유사한 환경이 조성되어 DPA 소모속도가 빨라졌으며, 이미 연구되어진 바에 따라 이 환경에서 DPA는 더 이상 양립할 수 없다.
안정제가 DPA, ECL 모두의 경우 가속노화시간이 지날수록 안정제 함량은 감소하였으며, 낮은 온도조건보다 높은 온도조건에서 시간에 따른 안정제 변화량이 큰 것으로 확인되었다.
7년으로 각각 산출되었다. 특히 추진제와 함께 장기저장 될 때 DPA가 안정제로 첨가된 경우, ECL보다 안정제 소모가 빨라서 약 7.5년 정도 저장수명이 짧음을 확인하였다.

후속연구

따라서, 155 MM 추진장약 K677과 같이 TBP의 NG가 소진탄피로 이동하게 되면 DPA의 함량이 급격하게 변화할 수 있고 나아가, 저장 수명이 급격하게 짧아질 수 있으므로, NG 이동으로 인한 DPA 함량변화를 확인할 필요성이 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Nitrate Ester계열의 에너지물질의 특징은 무엇인가?	추진제나 소진탄피(CCC, Combustible Cartridge Case)는 종류에 따라 Nitrocellulose(NC), Nitroglycerin(NG), Nitroguanidine(NQ) 등과 같은 Nitrate Ester계열의 에너지물질로 구성된다. Nitrate Ester계열의 에너지물질은 화학적으로 불안정 하여, 시간이 지남에 따라 자연적으로 분해(decomposition) 되는데 이로 인하여 고유성능이 저하될 뿐만 아니라 분해 후 발생되는 NO, NO2, HNO2, HNO3 등의 생성물에 의해 자동촉매분해(autocatalytic decomposition)반응이 유발되고, Self-heating이 일어난다. 이러한 일련의 과정이 연쇄적으로 반복하여 진행되면 자연발화(auto ignition)로 인한 화재 또는 폭발가능성이 있다.
	Nitrate Ester계열의 에너지물질의 자연발화를 지연시키는 방법은 무엇인가?	이러한 일련의 과정이 연쇄적으로 반복하여 진행되면 자연발화(auto ignition)로 인한 화재 또는 폭발가능성이 있다. 자연발화를 일으키는 자연분해 자체를 근본적으로 방지 할 수는 없지만, 안정제를 첨가하여 자동촉매반응을 억제하여 자연발화를 지연시킬 수 있다[1-5].
	추진제나 소진탄피는 어떤 물질로 구성되는가?	추진제나 소진탄피(CCC, Combustible Cartridge Case)는 종류에 따라 Nitrocellulose(NC), Nitroglycerin(NG), Nitroguanidine(NQ) 등과 같은 Nitrate Ester계열의 에너지물질로 구성된다. Nitrate Ester계열의 에너지물질은 화학적으로 불안정 하여, 시간이 지남에 따라 자연적으로 분해(decomposition) 되는데 이로 인하여 고유성능이 저하될 뿐만 아니라 분해 후 발생되는 NO, NO2, HNO2, HNO3 등의 생성물에 의해 자동촉매분해(autocatalytic decomposition)반응이 유발되고, Self-heating이 일어난다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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