DE3704304A1 - Isoliermasse zur herstellung einer isolierschicht auf einem raketen-feststofftreibsatz - Google Patents
Isoliermasse zur herstellung einer isolierschicht auf einem raketen-feststofftreibsatzInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Isoliermasse zur
Herstellung einer Isolierschicht auf einem Raketen-Feststofftreibsatz,
die ein härtbares Bindemittel und Melamin
als Füllstoff enthält.
Um bei Rakten-Feststofftreibsätzen den Abbrand nur von
den gewünschten Brennflächen her erfolgen zu lassen,
müssen Flächen, die nicht am Abbrand teilnehmen sollen,
mit einer gut haftenden Isolierschicht versehen werden.
Weiterhin verleiht die Isolierschicht dem in der Brennkammer
befindlichen Treibstoff einen gewissen Schutz vor
mechanischer Beanspruchung. Bei Stirnbrennern, d. h. an
der Mantelfläche und der kopfseitigen Fläche isolierten
Treibsätzen, dient die Isolierschicht vor allem auch dazu,
die Brennkammer vor den heißen, beim Abbrand des Treibstoffes
entstehenden Gasen zu schützen.
Vorwiegend bei gelenkten, insbesondere drahtgelenkten
taktischen Raketen ist es erforderlich, die Rauchentwicklung
des Abgasstrahles der Rakete möglichst gering zu
halten. Durch die Rauchentwicklung wird nämlich einerseits
die Flugbahn der Rakete erfaßbar, wodurch beispielsweise
die Abschußposition verraten wird. Andererseits sind
derartige Raketen häufig mit einem Glühstrahler am Heck
ausgerüstet, d. h. einer IR-Strahlung erzeugenden pyrotechnischen
Ladung, die mit einem Steuergerät vom Schützen
erfaßt wird. Durch den Rauch im Abgasstrahl wird diese
Erfaßbarkeit aber erschwert. Das heißt die Rauchentwicklung
eines z. B. auf Sicht gelenkten Flugkörpers darf nur so
stark sein, daß die Steuerbarkeit dieses Flugkörpers in
jeder Flugphase gewährleistet ist. Da hierbei vorwiegend
Stirnbrenner-Treibsätze verwendet werden, kann der dauernd
beflammte, zylindrische Teil der Isolierschicht zur
Rauchentwicklung wesentlich beitragen.
Zur Erzielung eines raucharmen Abbrandes ist es bekannt,
als Füllstoff der Isolierschicht Melamin einzusetzen
(DE-AS 25 24 843). Melamin zerfällt unter Energieaufnahme,
d. h. Kühlung des Bindemittels zu farblosen, kühlenden
Reaktionsprodukten, nämlich hauptsächlich Wasser, Ammoniak
und Kohlendioxid. Melamin drängt also die Rauchbildung
zurück und führt zu einer Erhöhung der Wärmestandfestigkeit
der Isolierschicht.
Zur Herstellung der Isolierschicht wird die Isoliermasse
in den schmalen Spalt zwischen einer Gießform und der
Mantelfläche des in der Gießform angeordneten Treibsatzes
gegossen oder gepreßt. Es hat sich gezeigt, daß Melamin
die Härtungsgeschwindigkeit vor allem von Polyurethan-Bindemitteln
beeinflußt, d. h. die Topfzeit der gießbaren
Isoliermasse in nicht reproduzierbarer Weise herabsetzt.
Außerdem läßt der durch Melamin erzielbare Kühleffekt zu
wünschen übrig. Durch Erhöhung des Melamingehaltes ließe
sich zwar der zuletzt genannte Nachteil verringern, jedoch
sind einem zu hohen Füllstoffanteil durch die Verschlechterung
der Verarbeitungseigenschaften der Isoliermasse,
wie der Gießbarkeit, Grenzen gesetzt, zumal, wie erwähnt,
die Topfzeit der gießbaren Masse mit zunehmendem Melamingehalt
herabgesetzt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Füllstoff für die
Isolierschicht von Raketen-Feststofftreibsätzen anzugeben,
welcher hinsichtlich der Raucharmut Melamin ähnelt, jedoch
die Topfzeit des Bindemittels nicht beeinflußt und eine
spürbare Erhöhung des Kühleffektes bewirkt.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Melamin-Salz gemäß der
Formel (I) des Anspruchs 1 erreicht.
Darin ist HA eine ein- oder mehrbasige anorganische oder
organische Säure, vorzugsweise Phosphorsäure (H₃PO₄),
Schwefelsäure (H₂SO₄), Borsäure (H₃BO₃) oder Oxalsäure (C₂H₂O₄).
Durch die Verwendung dieser Melaminsalze als Füllstoffe
wird eine ungestörte Härtungsreaktion des Bindemittels der
Isoliermasse erreicht, neben einer sehr hohen Wärmestandfestigkeit,
verbunden mit einem raucharmen Abbrand des
Feststofftreibsatzes.
Der Umstand, daß erfindungsgemäß die Topfzeit der Isoliermasse
nicht beeinflußt wird, dürfte darauf zurückzuführen
sein, daß das erfindungsgemäß verwendete Melaminsalz nicht
in die Härtungsreaktion des Bindemittels eingreift, im
Gegensatz zu Melamin als basische Verbindung, die die
Härtungsreaktion des Bindemittels beschleunigt, und zwar
nicht reproduzierbar, z. B. in Abhängigkeit der Teilchengröße
der jeweiligen Melamincharge. Der wesentlich bessere
Kühleffekt des erfindungsgemäßen Füllstoffs dürfte darauf
beruhen, daß im Gegensatz zu Melamin, welches bei höheren
Temperaturen unzersetzt sublimiert und dadurch aus der
Bindemittelmatrix verschwindet, wobei die Sublimation
weniger energieaufwendig ist als die chemische Zersetzung
(Pyrolyse) zu kleinen Molekülen, die erfindungsgemäß
eingesetzten Melaminsalze keiner Sublimation unterliegen.
Hinzu kommt, daß die erfindungsgemäß eingesetzten Füllstoffe
trotz ihres Salzcharakters eine äußerst geringe
Wasserlöslichkeit und Hygroskopizität besitzen. Hierdurch
wird die Isolierschicht sowohl bei der Herstellung als
auch bei der Anwendung unempfindlich gegenüber der
Luftfeuchtigkeit. Das heißt die mechanischen Eigenschaften der
erfindungsgemäßen Isolierschicht werden auch nach längerer
Lagerung nicht durch Ausblühungen, Quellen und dergleichen
herabgesetzt. So beträgt beispielsweise die Wasserlöslichkeit
bei 20°C von Melaminphosphat (Melamin)₂ · H₃PO₄ 0,2 g/100 g
und von Melaminsulfat (Melamin)₂ · H₂SO₄ 0,16 g/100 g.
Auch liegen die Zersetzungstemperaturen der
erfindungsgemäß eingesetzten Melaminsalze relativ günstig.
So beträgt die Zersetzungstemperatur von Melaminphosphat
(Melamin)₂ · H₃PO₄ mehr als 340°C, von Melaminsulfat
(Melamin)₂ · H₂SO₄ etwa 380°C und von Melaminborat Melamin · H₃BO₃
mehr als 360°C. Das heißt die erfindungsgemäß eingesetzten
Füllstoffe zersetzen sich erst dann, wenn das
Bindemittel der Isolierschicht duch die heißen Treibstoffabgase
pyrolisiert wird. Mit anderen Worten, die
Festigkeit der Isolierschicht wird durch eine vorzeitige
Zersetzung des Füllstoffs nicht herabgesetzt. Andererseits
sind die Zersetzungstemperaturen der Melaminsalze nicht
derart hoch, daß das Bindemittel pyrolisiert und vergast,
bevor es zu einer Zersetzung der Melaminsalze in der
Isolierschicht kommt.
Die erfindungsgemäß verwendeten Melaminsalze sind in der
Isoliermasse in einem Anteil von 20 bis 60 Gew.-%
enthalten. Als härtbare Bindemittel werden bekannte
Bindemittel verwendet, insbesondere Bindemittel auf Polyurethan-
oder Polyester-Basis. Außer dem Melaminsalz kann
die erfindungsgemäße Isoliermasse noch andere Füllstoffe
enthalten, z. B. Oxamid.
Bei Verwendung von Melaminphosphat und Melaminborat als
Füllstoff hat sich darüber hinaus gezeigt, daß bei
Zersetzung des Füllstoffs sich eine zähflüssige Schmelze
bildet, die auf der beflammten Isolierung gut haftet und
deren Zersetzung weiter zurückdrängt.
Die nachstehenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung
der Erfindung.
38,20 Gewichtsteile eines niederviskosen Hydroxylgruppenhaltigen
Polyethers mit durchschnittlich drei Hydroxylgruppen
pro Molekül (Desmophen 550 U), 0,05 Gewichtsteile
Phenylquecksilberoleat und 40,00 Gewichtsteile Melaminborat
werden in dieser Reihenfolge zusammengegeben, vermischt
und im Vakuum entgast. Dieser Vormischung werden
dann 21,75 Gewichtsteile Hexamethylendiisocyanat- 1,6
zugesetzt. Das Gemisch wird im Vakuum entgast.
Anschließend wird ein doppelbasiger Treibstoffblock zentrisch
in einer Gießform angeordnet und der Ringspalt
zwischen dem Treibstoffblock und der Gießform wird mit der
gut gießbaren Isoliermasse ausgegossen. Danach läßt man
die Isoliermasse gegebenenfalls unter leichtem Erwärmen
aushärten.
Das Beispiel 1 wird wiederholt, außer daß statt Melaminborat
Melamin · H₃BO₃ 40,0 Gewichtsteile Melaminphosphat
(Melamin)₂ · H₃PO₄ bzw. Melaminsulfat (Melamin)₂ · H₂SO₄
bzw. Melaminoxalat Melamin · C₂H₂O₄ verwendet werden.
Claims (6)
1. Isoliermasse zur Herstellung einer Isolierschicht
auf einem Raketen-Feststofftreibsatz, die ein
härtbares Bindemittel und Melamin als Füllstoff
enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Melamin
in Form eines Salzes der Formel
vorliegt, worin x und y jeweils eine ganze Zahl
und HA eine Säure ist.
2. Isoliermasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß x 1 oder 2 und y 1 ist.
3. Isoliermasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß HA Phosphorsäure (H₃PO₄), Schwefelsäure
(H₂SO₄), Borsäure (H₂BO₃) und/oder Oxalsäure (C₂H₂O₄)
ist.
4. Isoliermasse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Füllstoff Melaminphosphat der Struktur (Melamin)₂ · H₃PO₄,
Melaminsulfat der Struktur (Melamin)₂ · H₂SO₄,
Melaminborat der Struktur Melamin · H₃BO₃
und/oder Melaminoxalat der Struktur Melamin · C₂H₂O₄
ist.
5. Isoliermasse nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ihr Gehalt an dem Melaminsalz
20 bis 60 Gew.-% beträgt.
6. Isoliermasse nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sie außer dem Melaminsalz
noch weitere Füllstoffe enthält.
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