一テ トラゾール と過塩素酸カ リウム混合物 の燃痕特性( 第 1報)

研 究 論 文 r l ml l I H I r l l l l l r J r l l l l M1

5‑

ア ミノー

lH

一テ トラゾール と過塩素酸カ リウム混合物 の燃痕特性( 第 1報)

蓮江和夫●,赤沼資財暮,蓮台治徳● ,伊達新書●

エアバ p/グのガス発生剤 として用 いられているア./'化 ナ トリウムは帝位があ り,虫金属 との 化合物は爆発性があるため, これに代わ るガス発生剤の研究が盛んに行われてい る｡本研究で はテ トラゾール系化合物の うち容易に入手で きる5‑ア ミノーlH‑テ トラゾール.CH3Ns(以後

HATと略紀)について過 監兼酸カ lJウム(以後KPと略紀)との混合物を作

熟し

,悠焼特性につい て調べた｡類焼 速度はア./'化ナ ト])ウム系 と同等以上であることがわかった｡轍 傍の温 庶 靴 .鰯 度.粒径の勉 脆班 への捗軌 億焼中断す る圧力についても調べた｡粒径の小 さい ものほ ど燃焼速度が速 く.燃焼中断す る圧力はHAT含有丑 とともに増加 した｡

1.緒 言

自助ヰ用エアバ ･/グのガス発生剤は主 としてアジ化 ナ ト])ウム と紺 の混合物が陵用 されている｡ アジ 化ナ トl)ウムは発火事故分場 きた り.,瓜金属 との化合 物 は般芦別垂物矧 こな り;甜生す るアジ化水素ガスは爆 発性があ り人体に有古であるためにアジ化ナ ト])ウム を使用 しないガス発生剤の研究が行われている.本研 究 は虫棄ガス発生剤の主剤 として盛んに研究の行われ ているテ トラゾール系化合物の うち.容易に入手で き るh Tを選 択 し.KPとの浪 合物 にういて.その他 旋 特性を調べた｡ テ トラゾ‑jL'系化合物の熱分解及び密 閉型の小 型倣焼幹による小泉椀の棚 果の報告はあ るが1･27.本研究では過 去に報告のない反応執 政適 混合比,燃焼面近傍の温虻変化,ス トラン ドの他 見 粒径の脱 皮へめ印 .燃焼の中断する圧力に ついてi封べた｡

2.英検方法

2 .1

拭 料

本乗取で用 いたテ トラゾール系化合物 は容易に入手 で きるHATとした｡燃焼耕故 に用 いたHAT(藤本化 学薬品)は猟 ふるい分け し(平均粒径74LLm), 318K^で5時同文全能煉 した.世化剤には主 として平 均粒径22ELmの日本 カー リット輿KPを用 い.粒径の 脚 を網べ る*.めに用 いたKPは関東化学封特故mJを

1998年7

月

31日受理 +防衛大学校化学故 壷

〒23

9 ‑ 8 6 8

6柳 市走水1‑10‑20

でEL

0

4

6

8‑4I‑3810(内線2426) FAXO46

8 q

44‑5901

粉砕扱.ふるい分け したものを用 いた｡ いずれ も318

K

で

5

時間真金鞄曝 した｡

粒径の燃焼連荘(以後 Tと略記)に及ぼす好守 につい てはh T含有丘 (以後 Eと略記)46wt%について拭験 した｡粒径の Tへの好守 に用 いた桝科 は 目開 き債が 44.74.149.297LLmの標準ふ るいを用 いてふ るい分 け した もの と未処理の もの とした｡平均粒径 は自他 度分布耐定鼓匝 (堀場動作所CAPA‑300)を用 いてn‑

ブチルアルコール又 はエチ レング 1)コールを分他 姓と して液相沈降法でメジアン径 (以後

d

と略記)を滑

走し

た｡Tablelに本実験に使用 した桝料のd^を示す｡

Tの粥定にはKPとHATの混合物

4g

を約180MPa

で加圧 して得 られた約

5×5×7 0m

mのス トラン ドを 用いた｡触能面近傍の温故を測定するために.政経25

FLm又は50FLmのK鰍 をス トラン ド中に埋 め込ん だ｡エポキシ鵬 の レス トリクタを施 されたス トラン ドは,直径1mmのニクロム線を赤飽 きせて点火され た｡ とは30か ら60wt%まで変化 させた｡

2.2轍 及び軸 面近傍の温度測定法

√の測定 は.チムニ型ス トラン ド燃焼昔 (共和技研). を用 いて,全寮加Jf下で行 った｡地境圭圧力 はひずみ ゲ‑./'式圧力変換零 (共和鴨 PG‑100KF‑U)を用 い,増臓韓を介 してベンレコーダーに記録 した｡燃焼 室の圧力変化を淵定 し.ス トラン ドの着火 と燃焼終7 時間か らTを求めた｡頼焼童圧力は棚 始か ら終了 までの平均伍(以後pと略紀)とした｡地境の牧 子はビ デオカメラでモニター

し.

正常に億焼 してい ることを 種渡 した｡

温度沌定はTの滴定 と同時に行 った｡熟屯肘の起句

K

a yak uGak kai s hi . Vd. 60.No.1 .1999 ‑ 3 )‑

Tab一e1Averagepardclesizeofingredients

sieVeope【〝m】nlng HATmedian

,d

lFLm]

KP

‑

‑ 22

44‑7

4 42 ‑

く149 74 83

74‑149 84 ‑

149‑297 17

9 lio

>297 ‑ 421

asreceived618‑

F ig.1Schemadcdiagr amofexperiment

alsys･ ten

力を艦頭紳 嶋津(

共和奄私

らbv‑230B)

を介 して トラ ンジェン トレコーダー( 岩適確f

.DM7

1 0d)に取 り込 み,パ ソコンでデー タ処

理 を行 った｡鼓鮭の概略を

Fig.

1に示

2.3

基盤式断熱私見計( 反応熱測定法 す｡

小川サ ンプリング

,OSK150)

を 用いて筑科の定研反応熟 (

以後

AU

と略記)を測定 し た｡試料革を約

1

号とし,

申化剤を含む混合物はポン プ中の空気を除いた後,約

2MPa

のアルゴy. 穿Pl 気 中で燃娩させた｡

2.4.

低

能生成物同定法 尚体の燃焼生成物 は X

線回折装匿( 理学電機,〟

イガ‑フレックス

RAD

‑ⅢA)

により分析を行い.得 られたピークを

JCPDS

の

感準 ピークと比供 して同定

した｡

3305

00 Zl

【s J∈E

]

tLaeJ6u■

!uJ n

g 5 1 3 6

Pressure,p 【MPa】

Fig.2BtJmingratedlaはCteristiCsofH〟

一/KCIOI

sXtrands :extinction

気体燃焼生成物の分析はガスクロマ ト

グラフ( 柳 本

,G18

0 01)を用い,カラムは

WG‑

1 0 0( ジーエルサ イエンス)を使用 した｡キ

ャリヤーガスにヘ リウムガ スを用い,浅

丘60ml/min

,カラ

ム温

皮323

K,注入 温

皮323K

とした｡燃焼ガスの同定はあ ら

か じめ標準 ガスで待 ちれたピークと比牧 して行った｡

また,熟

丑計の燃焼条件で化学 平衡計辞 プログラ ム3 1 による計井を行

い,断熱火炎温産( 以後 T,と略紀) 及びT rにお. げろ燃焼生成物

を求めた｡計好条件は圧力

5MPa

,生成軌 まKPを

1

432.63kJ/mol一)

,

HAT

を 2 0 7 . 7 8k J /

mo

ll)

it J=.

3.

結果及び考察

3.1

億焼速

KC1 04 ( d=22 f Lm)

︻s J∈ ∈ ︼

L.ateJ6uSuJng

3

0

2

0 ^{/ I‑}

^{: I c1 04 ( d=83F l血)}

20 30 40 50 60 70 80 ConcかltねtioMfHAT,書【wt%]

Fi g･ 3

如

r nhgr at eoEh ' T/KCI O‑

Stra

ndsat SMPaver s usconcent r adonofHAT.

ar r owl spoi

nd

ngt hes t oi chi ome bi cr at i o

64フー0.0.0.

U.IuauOdxa巴nSSaJd

20 30 40 50 60 70 80 ConcentrationofHAT,ilwt%]

Fi

g. 4 Pr es s ur eexpone

ntver s usconcen

t

ndon ofm T

Fi 8. 4 にDとEの開脚 こついて示

す ｡J 7 は多少のば らつきはあるがほぼ

0.4‑0.5

を問にあ

り. 号の変化に よる脚 は小さいことがわかった｡

3 . 2 粒径の燃焼速度への影 響 はI 蛇 大Tを 示す

モ‑4 6d

%

について

d

を変化させ た ときの r ‑と

p

の関係を網

べた ｡HAT の d を 7 4F l m と 一定 と し

,KP の d を変化させてTを洞定 した措架を

Fi g. 5 に示す ｡K Pの d を 2 2F t m と一定に し,

00(U05432︻sJuJ

uJ ]

LfateJ

6

u!uLng

u

J

u

auO

d x

a

巴 P

SSaJ

d

5

4

0.

0

.2

0.1

0. △0

A 0

△HATd=7

4LLm OKP d己ZZFLm 10

50 100 300 700

P a r t i c l

es i i e, d

lLLm]

Fig.7BtJrningr?teof

HAT/ K

C1 0

1Stmndsver･

susparticlesiZ:eOf

KCIO.andHAT

ここで

dJ

W

は

HAT

のd

lLLm]

とする｡

Tは

HAT

と

K

P

両者の

d

の好守を受けることがわ かった

｡5MPa

の場

合.両者の

dが約20LLm

であれ ばL ･ は

50mm/

S以上

となる可馳 f あり.ア' / ' 化ナ ト

リウム/KP

の約

40mm/

S

8 ) より大 きくな り. ,. 両者の

d

が約70LLm

であればTは2

0m

m/

S軽度になると推定で きる｡

Fig･8

にDと

d

の問係を示す

｡HAT

の

d

を

74LLm

と

r l m

̲

^{r n} /S]

50 40 30

20

10

0 0

200 400 600

800 P a r t i c

l es i z e, dl L A m]

Fig.8PresstJreexponentVersusPrticlesizeof

HATiLndKC101

‑定にして

.KP

の

d

を

変化 させ ると

.d

が

83LLm

以 上ではDは約

0.3

であるカ

t d

が

22fLm

では

0.4

以上 と大 きな位 となっ

た｡

HAT

の船 は一群例外はある が

d

の大 きさにかかわらずほ

ぼ

Dは一定で約

0.35

で あった

3.HAT3

反応魚及 ｡ P 泡的 の び 地暁生成物 AU を

F

i

8. 9 に示す

｡

E

‑42wt%

で△Uは股大 となっ

た｡酸素バランス 0の反応 (∈≡

20 30 40 50 60 hTKJ

^f

｡

^{【 M ‑}

^{AU ‑q} Jl/.kg] 野 40003000 86

2 1. 5

2000 し4

1

1000

2

0.5

0

0 0

70 ConcentrationofHAT

,書

【wt%】

FJ'g･9

C

ombustion

param etersversusconcentrationofHAT.

(:burningrate･T,:adiabat

3

2

0.

0 .

uO!

t U e 4 3

)OM

30 35 40 45 50 55 60 Concentration

ofHAT,書【wt%】

Fig.10 Predicted combustion products o f HAlγKC10‑m^血 resatadiabitic

tem･

PemttJ

re

41.2wt%)

を庇定 したときの居中生成熟か ら求めた定 圧反応熟( 以後 △H と略妃)は

.

‑5･06MJ

/ k gで

,.i‑42 wt%

のとき. の AU は

14

･甲MJ/kg

であ?た｡

各軸鹿の AU 及び酸化剤

lpol

を含む混合物が発生 する熟丑を

0 7)

と

LFi8.9

に. 示す ｡ P時化学丑姶比付 近で

飽和に連するといわれている｡本先験T 6, はE=

42wt

%で

Q

は

飽和 した｡なお.Tのピークは

HAT

渦 潮 掛 にある｡ l ら得 られ

た甲嘩卿 物のⅩ鼻回折措黒 より

KCl

の存在が兜められたれ

他の生成物のピーク は普められなかった｡ 化学和 敬称

によるrrを

Fi8･9

に示す ｡

7

^{T ,は吉‑}

41.

2

で収大使

2945K

を示 し ,A 〝のピークとほぼ‑鼓 した｡

Flg.1

0にT , における生成物を示す｡主生成物 とし

N2,CO.C

ol

,rr20,KCl

が推 て

定された｡

執政 及びス トランド(

izZ42

wt%)

の気触触旋生成 物の分析括集を

Table2

に示す｡化

学丘鎗比付近の取 成でも

CO

が

険出され

,C02

だけが検出されたのはE

=38wt

%の ときで.

HAT

を完全に燃焼させるために は過洞の

KP

が必要なこと

がわかった｡

HAT/

KP系では

p=5MPa

の馳 Eが

約46w t%

のときに√が般大になった｡酸素バランス0のときの 反応式を

次のように仮定すると

CH9Ns+7/8KCI

0.

‑7/ 8KCl +Col +5/ 2

NZ+3/2

H2 0

(3)

モーー41.2wt

%となる｡

T

able2Gaseousproductso

fcombustion

モ C

ondldon

COL CO 02 38 Powder

+

‑

‑

40 powder + +

‑

4

2 powder + + +

42 Strand +

.

+ +

44 Powder + + +

46 Powder + + ‑

48 Pow

der + + ‑

50 Powder +

+ + +:detected

,‑:

not

detected

また不完全

燃焼を庇定 して.生成ガスを

CO

Zガス

の代わ りに

CO

ガスと収定すると,反応は次のように

なる｡

004.‑1L b) 0006001

巴ntBJ

Od

u

a

I rl｣引LoJnltrJ

O

dLLJ○ト

DIoton￠

〇一

Fig.HTemperatureprofi leinthevicinityofbtlmingsurfac eofHAT/KC I 0 ‑‑60/

40strand4

. 着陰

テトラ1/‑ル系化合物のうちHATを悠科成分とし,酸化剤 として過塩素酸カlJウムの混合物を作製し,

反感臥他職批粒径の燃焼速度への好守,俄能面･J近傍 ゐ温ま変化,燃鹿生成物などを由ぺ次由岳漁を

得た ｡

(1)俄粍観劇ま圧力に 依

存

し‑vieilleの法ErJに従うことがわかった｡(2)地娩 速度はアジ化ナトT)サム系と同等以上であることがわからた｡(3)燃 旋速 度のど｣クは燃料由判例にあることがわしかった｡(4)圧力拍故は0.4‑0.5であづた｡̀

(5)

燃 焼中断する圧力はHAT含有且とともに増加し

た ｡

(6)ftA Tと過塩素酸カリウムの粒径の小さいものはど億娩速度が速いことがわかった｡〟)億娩

ガス分析結果か らJuTの

Combus t i onaspe ct soft hecons ol i da t edmi x t ur esof

5

‑ ami n

o11H‑

t et r az o) eandpot assi um per chl or a t e

K

a i u bHASUE' , Ta k a nor iAKANUMA● ,Ha r unor iHOD

AI●

a

ndS hi ng oDATE'

Th i spa pe rde s c r i be s

.

t he‑ s t ud yc onc ' e r n

ing

hnd a me nt a lc o mbus t i o nf e a t u re s oft hem ix t ur e sof5‑ Am ino‑ 1H･ t e t r i z ol e( HAT)andpot a s s i um pe r c hl or a t e . Te t r az ol e sha vebe e ns t udi e dasar e pl ac e me ntf ors odi um az i dea ndHAT

,

at ypi c alt e t r az ol e ,i sdl bs e ni nt hi s

.

s t udybe c aus ei ti sr e a di l ya va i l a bl e .

T

he HAT/ po t a s s i 叫mpe r c hl or at em出ur eva sc on s ou da t e dt of or mt e s ts t r a nds ･

An

o pt i c a ls t r a ndbum苧 r. Wa sus e dt ome a s ur et hebur ni ngr a t eOft hes t r a nds ･

T

he m血 nりmb 叫 声r a t ef o r, HAT/ KCI

O

. a t5MPawa sa bo u t

32

J n m/ SJhe nt heHAT c o nc e n

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r a t i o nw 甲 . ･ 4 6 wt %Wはc h

i

sa ne x c e s sa mo u nto ff ue l .nl ee x t i nc t i onpr

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l , CO,a ndN

2.

m ehe a to fr e ac t i o nofHAT/ KCI

O

lr e a c he dama x i mu m whe nt heHATc o nc e nt r a t i o nwa sa ppr 血 t e l y4 2 wt %.

(

● De pa r t me ntofChe m is t r y,Na t i ona lDe f e ns eAc ade my

,1Ilo‑20

Ha s h i r im iz

u

, Yo k os uk a , K

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Kg yak u ･ Gak ka i s hi .Vd.

60.

No.1 ,1 999 1 37

‑