Effect of plasticiser addition on the properties of solid heterogeneous rocket propellants

• Autorzy: Chmielarek Michał , Cieślak Katarzyna , Sperelakis Angela

Identyfikatory

DOI

10.22211/matwys/0257

Warianty tytułu

PL

Wpływ dodatku plastyfikatora na właściwości stałych heterogenicznych paliw rakietowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of plasticiser addition on the properties of solid heterogeneous rocket propellant, was investigated. The main properties which should be affected by a plasticiser in a solid rocket propellant are its mechanical properties and rheology. Hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB) and an oxidiser ‒ ammonium chlorate(VII), NH4ClO4 ‒ were used as the basic propellant components. The oxidiser was added as two fractions differing in crystal size. Technological additives such as a stabiliser or crosslinking agent were also used. Dimeryl diisocyanate (DDI) was used as a crosslinking agent. The effect of three different plasticisers (dioctyl adipate, dioctyl terephthalate and dioctyl sebacate) on the properties of solid heterogeneous rocket propellant was investigated. 2.5%, 5% and 7.5% of each plasticiser by weight of the fuel were used. Among others, the life of such mixtures of liquid fuel components and the mechanical properties of the cured propellants were determined. It was shown that the type and amount of plasticiser affects both the life and mechanical properties of the solid heterogeneous rocket propellant.

PL

Zbadano wpływ dodatku plastyfikatora na właściwości stałego heterogenicznego paliwa rakietowego. Podstawowe właściwości na jakie powinien mieć wpływ plastyfikator w stałym paliwie rakietowym to właściwości mechaniczne oraz reologia paliwa. Jako podstawowe składniki paliwa użyto polibutadien zakończony grupami hydroksylowymi (HTPB) oraz utleniacz – chloranu(VII) amonu, NH4ClO4. Utleniacz był dodawany w dwóch frakcjach różniących się wielkością kryształów. Stosowano również dodatki technologiczne takie jak stabilizator czy środek wiążący. Jako środka sieciującego użyto izocyjanianu dimerylu (DDI) w stosunku NCO/OH = 0,9. Zbadano wpływ trzech różnych plastyfikatorów, adypinianu dioktylu, tereftalanu dioktylu i sebacynianu dioktylu, na właściwości stałego heterogenicznego paliwa rakietowego. Zastosowano 2,5%, 5% oraz 7,5% każdego plastyfikatora w masie paliwa. Wyznaczono między innymi czas życia takich mieszanin składników ciekłych paliwa oraz właściwości mechaniczne utwardzonych paliw. Wykazano, że rodzaj i ilość użytego plastyfikatora ma wpływ zarówno na czas życia jak i na właściwości mechaniczne stałego heterogenicznego paliwa rakietowego.

Słowa kluczowe

EN

hydroxyl-terminated polybutadiene; HTPB; plasticizer; dioctyl adipate; ADO; dioctyl terephthalate; TDO; dioctyl sebacate; SDO

PL

α; ω-dihydroksypolibutadien; HTPB; plastyfikator; adypinian dioktylu; ADO; tereftalan dioktylu; TDO; sebacynian dioktylu; SDO

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Przemysłu Organicznego
• Czasopismo: Materiały Wysokoenergetyczne
• Rocznik: 2024
• Tom: T. 16
• Strony: 114---130
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Chmielarek Michał

• Faculty of Chemistry, Warsaw University of Technology, 3 Noakowskiego Street, 00-064 Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2091-4120

autor

Cieślak Katarzyna

• Faculty of Chemistry, Warsaw University of Technology, 3 Noakowskiego Street, 00-064 Warsaw, Poland

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

autor

Sperelakis Angela

• Faculty of Chemistry, Warsaw University of Technology, 3 Noakowskiego Street, 00-064 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Chmielarek M., Maksimowski P., Gołofit T., Cieślak K., Pawłowski W., Tomaszewski W. Modification of HTPB (α,ω-Dihydroxypolibutadiene) by Esterification, Silanization, Epoxidation and Hydrogenation. (in Polish) Mater. Wysokoenerg. (High Energy Mater.) 2018, 10: 30-45.
• [2] Rarata G., Surmacz P. Modern Solid Rocket Propellant. (in Polish) Pr. Inst. Lotnictwa 2009, 7(202): 112-124.
• [3] Solid Heterogeneous Rocket Propellants Based on HTPB Rubber. (in Polish) (Florczak B., Ed.) Warsaw: Wyd. Instytut Przemysłu Organicznego, 2016; ISBN 9788391492246.
• [4] Bogusz R., Florczak B., Sałaciński T., Dzik A. Testing the Properties of Heterogeneous Solid Rocket Propellants Based on HTPB Rubber. (in Polish) Prob. Tech. Uzbr. 2016, 45(137): 111-126.
• [5] Provatas A. Characterisation and Polymerization Studies of Energetic Binders. DSTO-TR-1171, Aeronautical and Maritime Research Laboratory, Victoria, 2001; https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/ADA394858.pdf.
• [6] Agarwal J.P. High Energy Materials: Propellants, Explosives and Pyrotechnics. Weinheim: Wiley-VCH, 2010; ISBN 978-3-527-32610-5.
• [7] Manjari R., Somasundaran U.I., Joseph V.C., Sriram T. Structure-Property Relationship of HTPB-based Propellants. J. Appl. Polym. Sci. 1993, 48(2): 279-289; https://doi.org/10.1002/app.1993.070480211.
• [8] Ninan K.N., Balagangadharan V.P., Korah B.C. Studies on the Functionality Distribution of Hydroxyl-Terminated Polybutadiene and Correlation with Mechanical Properties. Polymer 1991, 32(4): 628-635; https://doi.org/10.1016/0032-3861(91)90474-W.
• [9] Wang Z., Qiang H., Wang G., Huang Q. Tensile Mechanical Properties and Constitutive Model for HTPB Propellant at Low Temperature and High Strain Rate. J. Appl. Polym. Sci. 2015, 132(24) paper 42104; https://doi.org/10.1002/app.42104.
• [10] Yang X., Sun C., Zhang J., Xu J., Tan B. Mechanical Properties Experimental Investigation of HTPB Propellant after Thermal Accelerated Aging. Proc. 5th Int. Conf. Computer-aided Design, Manufacturing, Modeling and Simulation. Busan, South Korea, 2017.
• [11] Varghese T.L., Krishnamurthy V.N. The Chemistry and Technology of Solid Rocket Propellants. Allied Publishers Pvt, Ltd., 2017; ISBN 13:9789385926334.
• [12] Metzer A. Rheology of Suspensions in Polymeric Liquids. J. Rheol. 1985, 29(6): 739-775; https://doi.org/10.1122/1.549808.
• [13] Yang K.X., Tao Z.M., Wang G.J. Viscosity Prediction of Composite Solid Propellant Slurry. Propellants Explos. Pyrotech. 1986, 11(6): 167-169; https://doi.org/10.1002/prep.19860110603.
• [14] Manohar S., Kanaga B.K., Bansal T.K. Kinetic Studies on Curing of Hydrocy-terminatd Polybutadiene Prepolymer-based Polyurethane Networks. J. Appl. Polym. Sci. 2002, 85(4): 842-846; https://doi.org/10.1002/app.10719.
• [15] Hufferd W.L., Fitzgerald J.E. JANNAF solid propellant structural integrity handbook. Chemical Propulsion Information Agency, 1984.