JP2018537375A - 低ガラス転移を有する固体ロケット推進薬 - Google Patents
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Abstract
固体ロケット推進薬が、イソシアネート末端ポリエーテル、イソシアネート末端ポリシロキサン、またはそれらの組み合わせから選択された硬化剤とともにヒドロキシル基末端ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）を有するバインダを含む。
Description
（関連出願の相互参照）
本発明は、２０１５年１０月１９日出願の米国特許仮出願第６２／２４３，６１４号の優先権を主張する。
本発明は、２０１５年１０月１９日出願の米国特許仮出願第６２／２４３，６１４号の優先権を主張する。
固体ロケットモータは一般的に鋳造された固体推進薬を含む。固体推進薬は、バインダで結合された酸化剤、燃料、またはその両方を含む。固体推進薬の点火により高圧ガスを発生させ、この高圧ガスは、ノズルを通して放出されて推力を発生させる。
本発明の一例による固体ロケット推進薬が、イソシアネート末端ポリエーテル、イソシアネート末端ポリシロキサン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された硬化剤とともに、ヒドロキシル基末端ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）を有するバインダを含む。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、硬化剤が、イソシアネート末端ポリエーテルである。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、イソシアネート末端ポリエーテルが、ジイソシアネート末端ポリエーテルである。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、ジイソシアネート末端ポリエーテルが、フッ素化される。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、ジイソシアネート末端ポリエーテルが、ヘキサメチレンジイソシアネート末端ペルフルオロ‐３，６，９‐トリオキサウンデカン‐１，１１‐ジオール（ＦＯＤＩ）である。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、ジイソシアネート末端ポリエーテルが、ヘキサメチレンジイソシアネート末端ポリテトラヒドロフラン（ｐＴＨＦ）である。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、硬化剤が、イソシアネート末端ポリシロキサンである。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、イソシアネート末端ポリシロキサンが、ジイソシアネート末端ポリシロキサンである。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、イソシアネートが、脂肪族ジイソシアネートである。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、イソシアネートが、ヘキサメチレンジイソシアネートである。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、バインダが、硬化剤のヒドロキシル基末端ポリブタジエンに対する重量比（a ratio of the curative to the HTPB, by weight）で、約５：９５〜約４０：６０の比率を有する。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、硬化剤が、ヘキサメチレンジイソシアネート末端ポリエーテルであり、バインダが、硬化剤のヒドロキシル基末端ポリブタジエンに対する重量比で、約５：９５〜約４０：６０の比率を有する。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、硬化剤が、ジイソシアネート末端ポリシロキサンであり、バインダが、硬化剤のヒドロキシル基末端ポリブタジエンに対する重量比で、約５：９５〜約４０：６０の比率を有する。
本発明の一例による固体ロケットモータが、モータケースと、モータケースに取り付けられたノズルと、モータケースに配置された固体ロケット推進薬と、を含む。固体ロケット推進薬は、イソシアネート末端ポリエーテル、イソシアネート末端ポリシロキサン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された硬化剤とともに、ヒドロキシル基末端ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）を有する。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、硬化剤が、ジイソシアネート末端ポリエーテルである。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、ジイソシアネート末端ポリエーテルが、ヘキサメチレンジイソシアネート末端ペルフルオロ‐３，６，９‐トリオキサウンデカン‐１，１１‐ジオール（ＦＯＤＩ）、およびヘキサメチレンジイソシアネート末端ポリテトラヒドロフラン（ｐＴＨＦ）からなる群から選択される。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、硬化剤が、ジイソシアネート末端ポリシロキサンである。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、バインダが、硬化剤のヒドロキシル基末端ポリブタジエンに対する重量比で、約５：９５〜約４０：６０の比率を有する。
本発明の一例によるポリマ組成が、イソシアネート末端ポリエーテル、イソシアネート末端ポリシロキサン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された硬化剤とともに、ヒドロキシル基末端ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）を含む。
前述の実施例のいずれかにおける更なる実施例では、硬化剤が、ヘキサメチレンジイソシアネート末端ペルフルオロ‐３，６，９‐トリオキサウンデカン‐１，１１‐ジオール（ＦＯＤＩ）、およびヘキサメチレンジイソシアネート末端ポリテトラヒドロフラン（ｐＴＨＦ）からなる群から選択され、バインダが、硬化剤のヒドロキシル基末端ポリブタジエンに対する重量比で、約５：９５〜約４０：６０の比率を有する。
以下の詳細な説明から本発明の様々な特徴および利点が当業者に明らかとなるであろう。詳細な説明に添付の図面を以下に簡単に説明する。
図１は一例の固体ロケットモータ２０の選択された部分の断面図を概略的に示し、これはエネルギー装置の一例でもある。固体ロケットモータ２０は概してノズル２２と、固体推進薬セクション２４と、を含む。固体推進薬セクション２４は、前端２４ａと、後端２４ｂと、を含む。ノズル２２は、後端２４ｂに取り付けられる。理解できるように、固体ロケットモータ２０は、その動作に関連する追加のコンポーネントを含んでもよく、それらのコンポーネントは概ね周知であり、ここでは記載しない。
固体推進薬セクション２４は固体推進薬２６を含む。固体推進薬は少なくともポリマベースのバインダと、酸化剤と、を含む。特定の設計要件に応じて、固体推進薬は固体燃料も含みうる。この例では、固体推進薬２６は細長いボア２８を画定する。ボア２８の形状は円筒形であってもよく、放射状のフィン型のスロットまたはその他の特徴を有してもよい。代替的に、固体推進薬２６はボアを有していなくてもよい。固体推進薬２６はモータケース３０内に中心軸Ａを中心として配置される。
点火時に固体推進薬２６は反応して、高温高圧ガス（燃焼ガス）を発生させる。燃焼ガスがボア２８を経てノズル２２を通して放出されて、推力を発生させる。
推力の発生に使用する前、モータ２０は保管され、あるいは輸送される。保管または輸送中、モータは広範囲の温度を含む周辺環境の環境条件に曝されうる。特に、極低温では、ポリマベースのバインダは、そのガラス転移温度（Ｔg）に到達し始める。Ｔgを下回ると、ポリマは脆弱になり、ひずみに対して耐性が低くなり始め、それによりロケットモータの応力が極低温においてバインダに亀裂を生じさせる可能性が増加する。こうしたポリマバインダのより低いガラス転移温度がひずみ不耐性の可能性を低減するのに望ましいが、固体推進薬は製造可能で、かつ優れた推力性能を提供する必要もある。この点に関し、以下に詳述するように、固体推進薬２６は優れた性能を有するとともに向上した低Ｔgを有するバインダを含む。
本明細書中に記載の固体推進薬２６は、硬化剤（curative）とともにヒドロキシル基末端ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）を有するバインダを含み、硬化剤は、イソシアネート末端ポリエーテル（isocyanate-terminated polyether）、イソシアネート末端ポリシロキサン、ヘキサメチレンジイソシアネート末端ペルフルオロ‐３，６，９‐トリオキサウンデカン‐１，１１‐ジオール（hexamethylene diisocyanate-terminated perfluoro-3,6,9-trioxaundecane-1,11-diol）（ＦＯＤＩ）であるジイソシアネート末端ポリエーテル、またはそれらの組合せから選択される。選択された硬化剤はバインダのＴgを低下させ、延いては固体推進薬２６の低温ひずみ耐性を向上させる役割を果たす。
一例では、硬化剤はイソシアネート末端ポリエーテルである。例えば、イソシアネート末端ポリエーテルはジイソシアネート末端ポリエーテルであり、フッ素化されてもよい。フッ素化されたジイソシアネート末端ポリエーテルの一例は、ヘキサメチレンジイソシアネート末端ペルフルオロ‐３，６，９‐トリオキサウンデカン‐１，１１‐ジオール（ＦＯＤＩ）である。別の例では、ジイソシアネート末端ポリエーテルは、ヘキサメチレンジイソシアネート末端ポリテトラヒドロフラン（ｐＴＨＦ）である。
付加的にまたは代替的に、硬化剤はイソシアネート末端ポリシロキサンであってもよく、またはこれを含んでもよい。例えば、イソシアネート末端ポリシロキサンは、ジイソシアネート末端ポリシロキサンでもよい。
固体推進薬２６のバインダは、硬化剤のＨＴＰＢに対する重量比で、約５：９５〜約４０：６０である。上記の比率は、例えば−８５°Ｃ以下などの、約−８０°Ｃを下回るＴgを達成するのに有効である。更なる例では、ＦＯＤＩを用いることにより約−８８°ＣのＴgが得られ、ｐＴＨＦを用いることにより約−８５°ＣのＴgが得られる。
モータ２０は、ケース３０内に固体推進薬２６を注入するまたは流し込むことによって製造される。例えば、固体推進薬２６の構成成分が互いに混合され、次いでケースまたは適切なモールド内に注入または流し込まれる。次いで混合物を硬化させ、その結果、最終的な固体推進薬２６が所望の形状に製造される。一例として、固体推進薬２６は本明細書中に記載のバインダと、酸化剤と、を含みうる。モータ２０の設計に応じて、固体推進薬２６はまた、例えばアルミニウム、ホウ素、又はマグネシウムの一つ以上の粉末などの、固体燃料を含みうる。一般的に、硬化剤を除くこれらの構成成分が互いに混合される。硬化剤は、早期の硬化を防止するように混合物に最後に添加される。次いでその混合物がケース３０または適切なモールドに注入されて、固体推進薬２６を形成する。硬化剤はＨＴＰＢのヒドロキシル基と反応して架橋を形成し、バインダに弾性を生じさせる役割を果たす。
特徴部の組合せを図示の例に示したが、本開示の様々な実施例の利点を実現するようにそれらの全てを必ずしも組み合わせる必要はない。換言すれば、本開示の実施例によって設計された装置は、図面の一つに示された特徴部の全て、または図面に概略的に示された部分の全てを必ずしも含む必要はない。さらに、一実施例の選択された特徴部を別の実施例の選択された特徴部と組み合わせてもよい。
上記の記載は本質的に限定的ではなく例示的なものである。開示の例に対する変更、修正が本開示から必ずしも逸脱することなく当業者にとって明らかとなるであろう。本開示に所与の法的保護の範囲は以下の特許請求の範囲を検討することによってのみ決定することができる。
Claims (20)
- イソシアネート末端ポリエーテル、イソシアネート末端ポリシロキサン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された硬化剤とともにヒドロキシル基末端ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）を有するバインダを備えた、固体ロケット推進薬。
- 前記硬化剤が、イソシアネート末端ポリエーテルであることを特徴とする請求項１に記載の固体ロケット推進薬。
- 前記イソシアネート末端ポリエーテルが、ジイソシアネート末端ポリエーテルであることを特徴とする請求項２に記載の固体ロケット推進薬。
- 前記ジイソシアネート末端ポリエーテルが、フッ素化されることを特徴とする請求項２に記載の固体ロケット推進薬。
- 前記ジイソシアネート末端ポリエーテルが、ヘキサメチレンジイソシアネート末端ペルフルオロ‐３，６，９‐トリオキサウンデカン‐１，１１‐ジオール（ＦＯＤＩ）であることを特徴とする請求項２に記載の固体ロケット推進薬。
- 前記ジイソシアネート末端ポリエーテルが、ヘキサメチレンジイソシアネート末端ポリテトラヒドロフラン（ｐＴＨＦ）であることを特徴とする請求項２に記載の固体ロケット推進薬。
- 前記硬化剤が、イソシアネート末端ポリシロキサンであることを特徴とする請求項１に記載の固体ロケット推進薬。
- 前記イソシアネート末端ポリシロキサンが、ジイソシアネート末端ポリシロキサンであることを特徴とする請求項７に記載の固体ロケット推進薬。
- 前記イソシアネートが、脂肪族ジイソシアネートであることを特徴とする請求項１に記載の固体ロケット推進薬。
- 前記イソシアネートが、ヘキサメチレンジイソシアネートであることを特徴とする請求項１に記載の固体ロケット推進薬。
- 前記バインダが、前記硬化剤の前記ヒドロキシル基末端ポリブタジエンに対する重量比で、５：９５〜４０：６０の比率を有することを特徴とする請求項１に記載の固体ロケット推進薬。
- 前記硬化剤が、ヘキサメチレンジイソシアネート末端ポリエーテルであり、前記バインダが、前記硬化剤の前記ヒドロキシル基末端ポリブタジエンに対する重量比で、５：９５〜４０：６０の比率を有することを特徴とする請求項１に記載の固体ロケット推進薬。
- 前記硬化剤が、ジイソシアネート末端ポリシロキサンであり、前記バインダが、前記硬化剤の前記ヒドロキシル基末端ポリブタジエンに対する重量比で、５：９５〜４０：６０の比率を有することを特徴とする請求項１に記載の固体ロケット推進薬。
- モータケースと、
前記モータケースに取り付けられたノズルと、
前記モータケースに配置された固体ロケット推進薬であって、イソシアネート末端ポリエーテル、イソシアネート末端ポリシロキサン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された硬化剤とともにヒドロキシル基末端ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）を含んだ、固体ロケット推進薬と、
を備えた固体ロケットモータ。 - 前記硬化剤が、ジイソシアネート末端ポリエーテルであることを特徴とする請求項１４に記載の固体ロケットモータ。
- 前記ジイソシアネート末端ポリエーテルが、ヘキサメチレンジイソシアネート末端ペルフルオロ‐３，６，９‐トリオキサウンデカン‐１，１１‐ジオール（ＦＯＤＩ）、およびヘキサメチレンジイソシアネート末端ポリテトラヒドロフラン（ｐＴＨＦ）からなる群から選択されることを特徴とする請求項１５に記載の固体ロケットモータ。
- 前記硬化剤が、ジイソシアネート末端ポリシロキサンであることを特徴とする請求項１４に記載の固体ロケットモータ。
- 前記バインダが、前記硬化剤の前記ヒドロキシル基末端ポリブタジエンに対する重量比で、５：９５〜４０：６０の比率を有することを特徴とする請求項１４に記載の固体ロケットモータ。
- イソシアネート末端ポリエーテル、イソシアネート末端ポリシロキサン、およびそれらの組み合わせからなる群から選択された硬化剤とともにヒドロキシル基末端ポリブタジエン（ＨＴＰＢ）を備えたポリマ組成。
- 前記硬化剤が、ヘキサメチレンジイソシアネート末端ペルフルオロ‐３，６，９‐トリオキサウンデカン‐１，１１‐ジオール（ＦＯＤＩ）、およびヘキサメチレンジイソシアネート末端ポリテトラヒドロフラン（ｐＴＨＦ）からなる群から選択され、前記バインダが、前記硬化剤の前記ヒドロキシル基末端ポリブタジエンに対する重量比で、５：９５〜４０：６０の比率を有することを特徴とする請求項１９に記載のポリマ組成。
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