Influence of measurement parameters on the test results of thermomechanical properties of solid rocket propellants

• Autorzy: Gańczyk-Specjalska Katarzyna , Cieślak Katarzyna

Identyfikatory

DOI

10.22211/matwys/0252

Warianty tytułu

PL

Wpływ parametrów pomiarowych na wyniki badań właściwości termomechanicznych stałych paliw rakietowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents an analysis of the thermomechanical properties of a heterogeneous solid rocket propellant using dynamic mechanical analysis. Measurement conditions were optimised by varying the frequency and amplitude of the vibrations and the thickness of the sample being deformed. It was found that changing the vibration frequency affects the temperature-dependent shift of the DMA curves as well as changes in the intensity of the peaks. The greatest effect of frequency is seen in the glass transition temperatures of the soft and hard segments. This allows the material to be characterised by calculating the apparent activation energy of the individual segments. An important issue in the comparative analysis of the mechanical properties of propellants includes the measurement parameters and dimensions of the test sample. It was verified that the parameters proposed in STANAG 4540, namely a frequency of 1 Hz, an amplitude of 20 μm and a sample thickness of 2.0 mm, should be taken as the optimum conditions. DMA analysis provides highly accurate results over a wide temperature range and provides a great deal of information about the propellant under test at the same time.

PL

W pracy przedstawiono analizę właściwości termomechanicznych stałego heterogenicznego paliwa rakietowego z wykorzystaniem aparatu do dynamicznej analizy mechanicznej. Optymalizacji poddano warunki pomiarowe poprzez zmianę: częstotliwości i amplitudy drgań oraz grubości próbki poddawanej deformacji. Stwierdzono, że zmiana częstotliwości drgań wpływa na przesunięcie krzywych DMA w zależności od temperatury oraz zmienia się intensywność pików. Największy wpływ częstotliwości widoczny jest dla temperatur zeszklenia miękkich i twardych segmentów. Pozwala to na scharakteryzowanie materiału poprzez obliczenie wartości pozornej energii aktywacji poszczególnych segmentów. Istotnym zagadnieniem w analizie porównawczej właściwości mechanicznych paliw są parametry pomiaru i wymiary badanej próbki. Sprawdzono, że jako warunki optymalne należy przyjmować parametry zaproponowane w STANAG 4540: częstotliwość 1 Hz, amplitudę 20 μm i grubość próbki 2,0 mm. Analiza DMA zapewnia bardzo dokładne wyniki w szerokim zakresie temperatur oraz jednorazowo dostarcza bardzo dużo informacji na temat badanego paliwa.

Słowa kluczowe

EN

DMA; heterogeneous propellants; glass transition temperature; apparent activation energy; STANAG 4540

PL

DMA; paliwa heterogeniczne; temperatura zeszklenia; pozorna energia aktywacji; STANAG 4540

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Przemysłu Organicznego
• Czasopismo: Materiały Wysokoenergetyczne
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 16
• Strony: 65--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Gańczyk-Specjalska Katarzyna

• Łukasiewicz Research Network – Institute of Industrial Organic Chemistry, 6 Annopol Street, 03-236 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-8394-1513

autor

Cieślak Katarzyna

• Department of High-Energetic Materials, Faculty of Chemistry Warsaw University of Technology, 3 Nowakowskiego Street , 00-664 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-5418-5763

Bibliografia

• [1] Menard K.P. Dynamic Mechanical Analysis: A Practical Introduction. 2nd ed., Boca Raton: CRC Press, 2008; https://doi.org/10.1201/9781420053135.
• [2] Bihari B.K., Wani V.S., Rao N.P.N., Singh P.P., Bhattacharya B. Determination of Activation Energy of Relaxation Events in Composite Solid Propellants by Dynamic Mechanical Analysis. Def. Sci. J. 2014, 64: 173-178; https://doi.org/10.14429/DSJ.64.3818.
• [3] Lemos M.F., Bohn M.A. DMA of Polyester-Based Polyurethane Elastomers for Composite Rocket Propellants Containing Different Energetic Plasticizers. J. Therm. Anal. Calorim. 2018, 131: 595-600; https://doi.org/10.1007/S10973-016-5945-1/TABLES/3.
• [4] Gańczyk-Specjalska K., Magnuszewska P. An Analysis of the Mechanical Properties of HTPBPropellants Using DMA. Mater. Wysokoenerg. (High Energy Mater.) 2020, 12: 81-91; https://doi.org/10.22211/matwys/0192.
• [5] Cerri S., Bohn M.A., Menke K., Galfetti L. Characterization of ADN/GAP-based and ADN/Desmophen®-Based Propellant Formulations and Comparison with AP Analogues. Propellants Explos. Pyrotech. 2014, 39(2): 192-204; https://doi.org/10.1002/prep.201300065.
• [6] Ripani E., Frioni M., Marcelli G., Squeo E., Cianfanelli S., Lillo F. Dynamical Characterization of Propellant Using the DMA. Proc. 7th European Conf. for Astronautics and Space Sciences (EUCASS), Milan, Italy, 2017, pp. 1-12; https://doi.org/10.13009/EUCASS2017-326.
• [7] Wani V., Maurya M., Jain S., Singh P.P., Bhattacharya B. Studies on the Influence of Testing Parameters on Dynamic and Transient Properties of Composite Solid Rocket Propellants Using a DynamicMechanical Analyzer. JATM 2012, 4(4): 443-452; https://doi.org/10.5028/jatm.2012.04044012.
• [8] Cegla M., Zmywaczyk J., Koniorczyk P. Thermo-Mechanical Analysis of Heterogeneous Solid Rocket Propellant. Probl. Tech, Uzbr. 2019, 147(3): 105-121; https://doi.org/10.5604/01.3001.0012.8315.
• [10] Cerri S., Bohn M.A., Menke K., Galfetti L. Ageing Behaviour of HTPB Based Rocket Propellant Formulations. Cent. Eur. J. Energ. Mater. 2009, 6(2): 149-165.
• [11] Cerri S., Bohn M.A., Menke K., Galfetti L. Ageing of HTPB/Al/AP Rocket Propellant Formulations Investigated by DMA Measurements. Propellants Explos. Pyrotech. 2013, 38(2): 190-198; https://doi.org/10.1002/prep.201200186.
• [12] Bihari B.K., Wani V.S., Rao N.P.N., Singh P.P., Bhattacharya B. Determination of Activation Energy of Relaxation Events in Composite Solid Propellants by Dynamic Mechanical Analysis. Def. Sci. J. 2014, 64(2): 173-178; https://doi.org/10.14429/DSJ.64.3818.
• [13] Explosives, Procedures for Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and Determination of Glass Transition Temperature. STANAG 4540, 2002.
• [14] De la Fuente J.L., Fernández-García M., Cerrada M.L. Viscoelastic Behavior in a Hydroxyl-Terminated Polybutadiene Gum and its Highly Filled Composites: Effect of the Type of Filler on the Relaxation Processes. J. Appl. Polym. Sci. 2003, 88(7): 1705-1712; https://doi.org/10.1002/app.11941.