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系推進薬の燃焼速度にお よはす各種酸化鉄

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(1)

研 究 鮪 文

llllm111rrll)川川川unJmnJ

AP/HTPB

系推進薬の燃焼速度にお よはす各種酸化鉄

の効果 (第2報)

一 粉 砕 の 効 果 一

萩原 豊● ,市川敏夫■ ,鈴木正大書 ,甲賀 奴'

前掛 )において.いろいろの酸化鉄を適地葉酸 ア' /そこサム/ 末端水酸基ポ L Jブタジェ ・ /系 経過萌の悠焼態姓 として用いたところ.平均粒径が小 さい ものほ ど.低能逮庇に対す る増加効 果が大きいことがわか った。酸化鉄を粉砕 して,その栓抜を把少 させれば.燃焼速度に対す る 増加効果を大きくすることが期待できる。そこで,本実軌において1 1.ボール ミルと爆轟処理 による粉砕を行い.粉砕地理 された酸化鉄の抵焼触媒の効果を洞べた。その結果.粉砕地理に よって.その粒径が小 さくされた酸化鉄は ど橡旋速射 こ対す る増加効果が大 きいことがわか っ た。 なお,ほぼ同 じ粒径の蕨化鉄を用いた場合,ボール ミルに上る粉砕 と比較 して.爆轟匁理

された酸化鉄の方が伝税速度に対する増加効果は大きか った。

I . は じめに

前轍I Iにおいて,いろいろの用途のために製造 され た酸化鉄 を過塩素酸7 ‑ /そこウム ( 以下

A

Pと喝監)I 末端水酸基ポ L Jブタジエ l / ( 以下

HTPB

と喝記)系推 進串の燃焼触媒 として用い.それ らの伝境速度に対す る増加効果を調べた。その結果.平均粒径が小 さい も のほ ど燃蝿速度に対す る増加効果が大 きいことがわか った。酸化鉄に上る伝免連破に対す る相加効果はその 粒径のみで支配 され るものではないが.粒径が大 きな 因子の

1

つ{・ .その影野が大 きいことがわか った。以 上の交換的振放か ら.酸化鉄の粒径を減少 させれば.

その燃焼速度に対す る増加効果を大きくさせ ることが 期待できる。そこ{・ .酸化鉄の粒径を拭少 させ る方法 として.本実掛 こおいてl まボール ミルと頒轟包埋に よ る粉砕を行い.これ らの方法によって粉砕 された酸化 鉄の燃焼速度に対す る増加効果が未処理のそれ と比較

して,期待通 り大 きくなるのかを的べた。

2.

典 験

2.1

駄 科

用いた

AP

は前報L )と同 じで.鉄率 l級品 ( 関東化 学製)の もの{

.5

分間振助 ミル ( 三英襲作所製)で 粉砕 された ものである。 ( 平均粒径

≒32flm)

。本東映 において倫境触媒 として用いた酸化鉄は就

我 1

検品 ( 関東化学製)の酸化第 2鉄 ( a‑Fez OJ )である。推進 薬の基本抱庇は

AP80wt%.HTPB2

0 vt %である。硬

1992

2

28

日受理 + 防缶大学校化学教室

〒239

桝須究市走

ホ ト 1020 TEL 0

4 6

8113810

化刑には

isophorone diisocyanate

HTP8100

に対 し て

8.0

乱 燃焼他姓である酸化鉄を

API

OOに対 して

2.0

乱 それぞれ外部で添加 した。

燃 焼 速 度 の 封 定 . 酸 化鉄 の 走 査 型 電 子 醐 放 統

(SEM)

に よる放棄 と粉末

X

線回折の測定法は前報2 ) と同 じである。

2.2

ボール ミルに よる粉砕

粉砕に用いた ミルとポールの誹元を次に示す。

屯畢 ミル 内径

180

t n, 深 さ

200d

滋性ポール ( 呼 称) ( 直径皿) ( 銀皿 g) L

28 32.5

M

18 10.5

S 13 3.0

粉砕操作開始時の操作条件は次の ようである。

ミルの回転数

75r.p.

mL臨界回転数の約

75%)

ポール売切丑

2015g

酸化鉄先頃丘

650g

含 水 率

30%

( 厳化鉄に対 して) ミル回伝政についてはここでは多少の予簡実験に もと づいて上妃数値を定めた3 ㌧ なお.使用 した各ポール の質丘比は

L:M:S=80:15:5

であ った。酸化鉄の 充墳丘については文献4 )に使用 された充填串転用か ら 任. 8. に選 んだ。 また粉砕駄科の採集時期を 粉 砕時間

500,1500.2000.3500

時間の各時刻 とし,次の よう な拭料採取法をとった。すなわち. ミルの盃を開 き, 内部の付甘粒子をすべてか きおとした扱.無作意に ミ ル内の十故 ヶ所の春分から小丘の飲料を抽出 し,全 血

K69Ya K8YZ)kLJ.Vol.53.No.3.1992 ‑125‑

(2)

(b )

2)

26 20

○4

t

一七ヾ ⊂TI

...博 卜

i 1

. ■ ‑

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l慧 l

ポ ! ト

① 2

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I 短 ]

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〇 〇 →

+

Fig.1 Methodsofe

(3)

luB S/ ∈ uJ

)OI

e J 6

U!L"

n心

0

.1

0.P5 1

5

1

0

ressLlre EMPaJ Fig・2 EEEectofironoxidegTDtlndbyball

m

illon

btJrningrate. 6

号電気 碍管が用いられ

た 。 (a) の包埋方法は政経

40

血の鉄鞍の ト,クー J型

容執 こ酸化鉄を

4g

装入 し, 政

経48

E Z n の塩化 t = ' ニル

( 以下

PVC

と時政)管を用い て容器の周囲を

80g

のテ

ト1 )ルで阿んで.壌ホ処理す るものである

。(b)

の地理

方法は,政

経20

E E D の鉄棒 に内径

16

n) .深さ

40

m

の穴を くり抜 き.この穴に酸化 鉄を

10

g装入 し.厚 さ

]5

亡 血

の選とさらに呼 さ

10

1 可の鉄 板をかぶせ.その上にテ ト

/り5g

を装入 した直径

26 m

PVC

管をおいて.爆由

処理す るものである

。(C)

の地理方法は , (b) と

同 じ容野を用いて,直径

48m

PVC

管を用いて容常の周

囲をテ トI Jル

80g

{・ 閉ん 千.爆轟包埋するものである

。(d) の地理方法は (b) と同 じであるが.

(b

)

とは外な り鉄板をかぶせず, 専欝の上にチ トー )ル

15g

を装

入 した直接2 6E Z a の

PVC

管をおいて.爆由地理す

るものである 。 (e) の地理 方法 は (b) のそれ と同 じ

であるが.厚 さ

20

E Bの鉄板 の上において. 壌 曲地理するもので

3.

実験括黒と考察 ある。

3.

1

ボール ミルによる粉砕の効果 厳化鉄をボール ミルで

粉砕 した。粉砕は

35

仰時間お こなわれたが.

500.1000.1

500

2000

時間経過 した 時に. ポットの中の酸化鉄

を全域から合計約

20g

採取 し た。 これ らの採取された酸

化鉄ならびに

3500

時間粉砕 された酸化鉄は室温でf

E 空乾燥 された。各時間粉砕さ れた酸化鉄を添加 して

推進薬を作 り,それらの燃焼速 度を軸定 した。その結果を

Fig.2

に示す。同国に よれ ば,長時間粉砕 された虎糾

ヒ鉄を添加 した推進三 割まど低 能速度が大 きいことがわかる。なお.圧力指

数はわず かに大 きくなった。 各時間ボール ミルで粉砕 された酸化鉄を

SEM

で観

0 官 1

SI

u ∈ ) OI

E

BL J

q

p‑‑ 4M Pbe

O a35

00h巾 r

02000 01500 9100

0 0 500 0 0 0 0.1

0.2 0.3 0.4 Partic

le 8ize

t

JLrnl Fig.3 Rehtionbetweenbumi ngra

teand

par d

cle sizeoEironoxidegrouJld

byballmiu.

察 し.それ らの粒径を

求めた。各時間粉砕 された酸化 鉄の粒径 と

Fig.2

から求め

4.OPa

におけ る各推進苑 の燃焼速度の関係を求めた。

その結果を

Fig.3

に示す。

同国から,平均粒径の

小さい酸化鉄,すなわち,粉砕 時間の長い酸化鉄を添

加 して作った推進熟 王ど伝境速 度が大きいことがわか

った。すなわち.ボール ミルに よる粉砕に よって教授

化 された酸化鉄は燃焼速度に対 する増加効果が大きく

.期待遜 りの括柴が和られた。

なお,粉砕によって.

故粒化以外のノカノケ ミカルの 野苛を受けて.その効

果に よることも考えられる。扮

K6gya Kay8ku.Vol・53‑No・3・

(4)

砕前後の酸化鉄の粉末 X 線回折をおこなったが.これ らの回折バター' /について.ほとんど相過は認め られ なかった。 このことから.本乗故におけるボール ミル に上る粉砕では.粉砕に1るJカノケ ミカル効果は小 さいと判断 される。すなわち.ボール ミルによって粉 砕された酸化鉄の伝免速度の対する増加効果は主に放 校化によるものであると考えられる。

3.2

熔轟匁理による粉砕の効果

最初に.壌鶴丸理の庇適条件を兄いだすための襲敦 をおこなった。本宅掛 こおいては

,Fig.

1 に示す

(a)

‑ (e) の包埋方法が用いられた。いずれ も爆薬には テ トl )ルを. 起爆には

6

号屯気筋管が用いられた 。(a) と (C)の壌轟地理においては.衝撃が蛍すぎたため に酸化鉄が溶融 した後,Bl 化 して しまい,粉末状の酸 化鉄 としては取 り出す ことができなか った。すなわち.

本実験の目的である放校化 とは逆の処理がおこなわれ

Tablo 1 ExpkBiyesh∝ktreatmentconditions. Run No. Explosiye We(gight

) 1 TetryI

15

2 Tet

ryl 20 3 Tetryl 3

0

4 RDX

30

5 TNT 30

6 HMX

15

7 HMX 30

8 HMX 60

たことになる

。 (b), (d)

(e)

の処理の場

合.

目視によれは.包埋の前後の酸化鉄の状態はほ とんど 変化は認められなかった。そこで.

(b)(d)

と (e で処理 された酸化鉄を触媒 として添加) した推進薬の )

燃 焼速度を河定 した。その結果.

(b)

と (

e

)で

包埋 された酸化鉄を用いた場合は魚処理のそれ よ りも燃焼 速皮が・ 大 きくなることが認め られた 。 (e) で処

理 し た酸化鉄の方が

(b)

のそれ よりわずかに効果は大き か った。 しか し. (d)

{・ 包埋 された髭化鉄には相加 効果は認め られなか った。

以上の結果.

(a)‑(e)

の払理法中.長 も効果が大 きいのは ( e ){・ あ った。そこで. (e) を益本 とし て.

Table

l に示す ように爆発のG B現 と畳を変化

させ て噸轟地理をおこなった。 これらの匁理法で頒轟包

埋 された酸化鉄を添加)して推進薬を作 り.それらの偲境 速度を測定 した。その結果を

Fig.4

に示す 。 同国

によ れは.地理番号

5

の場合,爆轟地理による燃焼速

度に 対す る増加効果は認められなかったが.他の頓轟

地理 はいずれ も増加効果は沈め られた。横島地理による

燃 焼速度に対す る増加効果の大 きさは地理番号

7>3>8

>2>6>1>4>5

のmであ った。圧力指数は低塩 速度 に対す る増加効果の大きいものほど.やや大きく

なっ ていることがわか る。壌轟地理 された酸化鉄を

SEM

で呪察 し.それ らの粒径を求めた

。Fig.4

か ら求めら れた各推進薬の

4.OMPa

における燃焼速度 と推進

薬に 添加 された酸化鉄の粒径の関係を求めた。 この結果を

Fig.5

に示す。同国に よれば.燭轟包埋に よって

酸化 鉄の粒径が故細化 されたものほど.燃最速庇に対

する 増加効果が大 きくなることがわかる。なお.噸轟地理 によって,酸化鉄が放校化 される以外に Jカノケ ミ

OJ Pressur

●l M

FbJ 10

Fig・4 EffedoEironoxidegroundbyexplosiyeshock

treatment onhrningrat

(5)

20■ーH11

‑ IL J u ' ‑

Bu

p

zi4

MP 8

bRLn2 0Runs 0RLnS

●FILIn6

0

0RLn7

0 ●Untreated

o b

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Fbrticlo.Blz

o

fJAn)

Fig.5Rehbnb

e

tm h mhgrateand

pa

rdde sizeofiroTIoxidegroundbyexplosiyesh∝k treatment.

ルの影野を受け.その効果によることも考えられる。

頓 轟地理の前後の酸化鉄の粉末X線回折をおこな・ 'た。

その結果

.X

線回折のバタIt /か らでは.両者の相違 を兄いだす ことはできず

.X

線回折・ Cは

J

カノケ ミカ ルの効果を明かにすることができなかった。

3.3

ボール ミルと嬢轟虫理による輸枠の比較 ボール ミルで粉砕 された酸化鉄を添加 した推進薬の

4.OMPa

における燃焼速度 とその酸化鉄の粒径の関係

IIFig.3

に.壌轟包埋で粉砕 した場合のそれは

Fig.5

に示されている。両国によれは.ボール ミルあるいは

轟に

って粉砕された酸化鉄の粒径とそれらの伝境 速度に対する増加効果の関係はそれぞれについてよい l 次の相的関係を示す。両国によれは.ボール ミルに よる扮坤の場合よりも.爆轟処理の場合の方が.酸化 鉄の粒径の頼少による他見速度に対する増加効果が大 きいことがわかる。 このことは,ボール ミルに上る粉 砕上り壌轟処理の方が メカ/ケ ミカル効果を うけてい るためと考えられ るのであるが.前述 したように.秦 実故の X 線回折{・ I 土明かにすることができなか った。

山田らS )の金属粉兼の 燦 轟正伸の実掛 こよれば,駄科

が容皆に売切 されている場所で.

轟包埋の受ける影 野はかな り異な り.特に,底部から上部 よりわずか下 にあるかな りの就料は嬢轟地理によ・ 'て生 じる熱の影 響を大 きく受けると報告 している。そのことは,本男 坂において.確轟地理によ. ?て生 じた歪の大缶分が熟 の形軌 こよって放 り除かれたと考えるべきであろ う。

本実射 こおいてL i.爆轟地理 された酸化鉄は容野か ら 取 り出 して.均一に混合 してから,用いられた。その ために.本契掛 こおいては .X 線回折のバターt /には 変化が現れなかったと考えられる。

Fig9

3.

5に示 されたように.ポ‑ル ミルと比較 して 爆轟地理の方が.粒径 と伝境速度の関係の付 きを大 き くしている。本実敦においては.その原田を明らかに できなかったが,それを明らかにできれば.上り効果 の大 きい触媒の鋼製が可位である。そのためには,爆 轟包埋を行 う場合.拭料の充填状腰や充填 されている 位圧に よる効果の相違,地理 された就科の蓑面前の封 皮,表面の故事等を行 う必要があ り,急 ぎ行いたいと 考えている。

4

, 括 官

本東故の E l 的は.粉砕によって飯粒化された酸化鉄 は推進薬の愚見速度に対する増加効果が大 きくなるこ とを確かめることである。未発宅 剣こおいては

.

粉砕振 作として.ボール ミルと壌轟地理を用いた。実験の括 果. 粉 砕地理によって.酸化鉄の粒径が小さくなるほ ど燃焼速度に対する相加効果は大きくなることがわか った。なお.ほぼ同 じ粒子径の良化鉄を用いる場合.

求‑ル ミルによる粉砕 と比較 して,頒轟地理 された酸 化鉄の‑ Rが橡焼速度に対する増加効射 土大 きかった。

本車扱は火薬工菜技術奨励会の援助に上りおこなわ れた。同会に対 し深 く感謝の意を表 します。

文 徹

1 ) 萩原 丑.市川敏夫.鈴木正大.甲焚 奴.工薬 火萌.

52.396(1991)

2)

萩原 丑,工業火薬.

50.431(1989)

3)

萩原 宜.伊東 成,工業火薬

,

2

8.330(1967) 4)

蘇 芳肌 神保元二.化学工学

.23.138(1959) 5)

山田蝕次邸.学位曲文.( 文京工薬大学) .

(1989)

K軸yaKay8ku.Vo1・53・Not3・1992 IL29‑

(6)

Effectsofvariousironoxidesonburningrateofammonium perchlorate /hydroxyl‑terminatedpolybutadienecompositeprope"ants(Ⅱ)

Effectofgrinding

byYutakaHAGIHA

m

.ToshioICHIm WA

.MasaoSUZUKl amdMakotoKOHGA

Ironoxidesweregroundbybauminandexplosiveshocktreatments.Theseground ironoxideswereusedasburningcatalystforammonitm perchlorate(AP)/hydroxyI‑ter m

inatedpolybutadiene(HTPB)comp岱itepropellant.Twopercentbyweigh toEeachoL thesegroundironoxideswasmixedwi

t h

theAPpowder.UsingtheAPandHTPBinthe ratiooE80to20byweigh tthetestpropel血 tsweretailored.TheresultsareaSfollows:

( 1)

IncaseofgrindhgbyballmilI,effectofironoxI'desonbumI'ngrateimcreasewith decrease ofparticlediameterofiroTIOXidebyg血 ding.(2)h caseoEgrhdingbyexplosiyesh∝k treatment,groundironoxidehavemoreeffectonbtm irlgratethanthatofrawironoxide.

(3)Ironoxidesgroundbytwogrindingme

t h

ods(baumillandexplosiveshocktreatment) haveeachrelationshipbetweenparticlediameteroEironoxideandeffectonbumingrate

,

andeachrelationshipwasapproximatelyrepresentedbyacurveonsectionpaper.(4) W

h en祉onoxideofsameparticlediaJneterWasusedascataly

s

t,ironoxidegroundbyex・

plosiveshockhavemoreeffectonbumingrate

t hant h

atofironoxidegroundbybal

l mm.

('DepartmentofChemist

r y ,

The National Defense Academy,Hashirimim 1‑10‑20,Yok

os

u

k

a,239JAPAN )

‑130

‑ 工英火報

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