DE3704304A1 - Isoliermasse zur herstellung einer isolierschicht auf einem raketen-feststofftreibsatz - Google Patents

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.

Beispiel 1

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.

Beispiele 2, 3 und 4

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.