편집위원회

추진제의 원료로는 GAP이 45% 함유된 고에너지 열가소성 바인더와 고에너지 가소제인 DEGDN을 사용하였으며, 산화제의 경우 RDX와 AP를 적정 비율로 혼합하여 제조하였다. 또한 첨가제로는 bismuth subsalicylate를 사용하였으며 요구 특성에 따라 수종의 첨가제를 적용하였다. 설계된 조성은 Table 1에 간략히 나타내었다.

DSC 측정의 경우 TA instruments(USA)사의 Q20 기기로 분당 10℃로 승온하여 측정 하였고, Table 1의 조성을 기반으로 하여 혼화, 압출, 압축공정을 거쳐 성형하였으며 제조된 추진제는 시차 주사 열량분석법(DSC)을 이용하여 열특성을 분석하였다.

DSC의 경우 발열 혹은 흡열로 인해 시료와 기준물질 간의 온도 차이가 발생했을 때 열전쌍감지기에 의해 양쪽의 온도차이를 감지하게 되며 이 온도 차이가 열량의 차이로 환산되어 데이터를 얻게 된다. ETPE 추진제의 경우 195℃에 발열반응이 시작되며 229℃때 흡열 반응이 진행 되는 것으로 확인되었다. 알려진 바에 의하면 AP의 경우 1차분해와 2차분해로 나뉘어 지는데 1차분해의 경우 대략 200∼300℃ 부근에서 일어나며 2차분해는 300∼400℃에서 발생한다[11]. 따라서 DSC curve에 나타난 195℃에서 AP의 1차 분해가 일어나는 것을 유추할 수 있다. 또한 AP는 240℃부근에서 crystal transformation이 일어나며 이는 246℃에서 일어나는 것으로 보이고 이때 흡열반응이 진행되는 것을 알 수 있었다[12]. 195℃부터 245℃사이에 두 번의 heat flow가 보이는데, 이는 앞서 말한 AP의 1차분해가 일어남과 동시에 RDX의 Exothermic decomposition이 일어나는 것을 나타낸다[13]. RDX/AP와 비교하면 RDX/AP의 경우 201℃에서 잠깐의 흡열반응이 일어나면서 205℃까지 발열반응이 일어난다. ETPE 추진제와 비교했을 때 약간 높은 온도에서 발열반응이 진행되는 것으로 보인다. RDX/AP의 두 번째 흡열반응의 온도는 243℃로 측정되며 이는 앞서 말한 AP의 crystal transformation으로 기인된다[14]. 전반적으로 ETPE 추진제의 RDX/AP와 일반 RDX/AP의 경우 전반적으로 DSC heat flow의 온도 범위는 유사하나 다소 차이가 있는 점은 바인더의 화학적, 물리적 결합에 의해 생겨나는 것으로 보여진다.

Fig. 1 
ETPE propellant DSC data.

Fig. 2 
ETPE propellant TGA data.

열중량 분석의 경우 TA instruments(USA)사의 Q500 기기로 분당 10℃로 승온하여 열에 따라 분해되는 온도를 측정하였다. ETPE 추진제 1 mg을 가지고 TGA 분석을 진행하였다. 승온을 하는 과정에서 210℃에서 ETPE 추진제의 열분해로 1차 질량 감소를 확인하였으며 이후 321℃에서 2차 질량 감소를 확인하였다. 이는 AP 산화제의 1차 분해와 2차 분해특성으로 판단된다. AP분해의 경우 일반적으로 다음과 같은 반응식으로 표시할 수 있다[14].

또한, 300℃이하의 경우는 (2)의 반응식으로,

380℃ 이상에서는 (3)의 반응식으로 표현될 수 있다[15].

파쇄성 시험은 UN Test Series 7c(ii)에 규정된 시험으로 직경이 18 mm, 무게는 9 g인 원통형 시편을 두께 20 mm의 강철판에 탄속 150 m/s 근방으로 조절하여 충돌 시킨 후 변형된 추진제를 모아 closed bomb에서 연소시켜 dP/dt를 측정하는 시험이다[16].

파쇄성 시험의 경우 Table 2에 나타낸 것과 같이 총 14회를 진행하였다.

Fig. 4의 경우는 탄속 150 m/s로 하여 회수된 추진제 시편을 Closed Bomb에서 연소시켜 최대 압력 상승률(Max.dP/dt)를 탄속별로 나타내었다. 이 결과를 토대로 150 m/s에서 dP/dt가 기준값인 15 MPa/ms 보다 작은 값을 나타냄을 알 수 있다.

Fig. 3 
Shotgun & RQ bomb test.

Fig. 4 
Result of shotgun & RQ bomb test.

LSGT는 Fig. 5에 보이는 것과 같이 비전기식 뇌관과 기폭용 펜톨라이트 2개를 사용하였다. Gap은 PMMA를 가공하여 사용하였으며 witness plate의 경우 mild steel(200 mm x 200 mm x 20 mm)을 사용하였다.

Fig. 5 
LSGT sample.

이 추진제의 둔감성을 확인하기 위해 미해군 연구소 NOL(Naval Ordnance Laboratory)에서 연구한 Large Scale GAP Test(LSGT)를 진행 하였으며 이 시험의 경우 폭굉성 시험(Detonability Test)의 일종으로 보통 1.1급수와 1.3급수를 구분하는 방법이다. 또한, 1.3등급 이하를 받아야만 둔감하다고 판단 할 수 있으며, 1.3급수의 경우 PMMA 카드(t=0.254 mm)를 기준으로 하여 69 장 이하가 관통되어야 한다.

Large Scale GAP Test(LSGT)의 결과는 Fig. 6과 같다. 총 12번의 시험을 진행하였으며 PMMA 양을 조절해가며 GAP의 수를 측정하였다. Witness plate 가운데에 눌린 모양이 생겼을 시 양성으로 판정하였으며 아예 뚫린 경우에는 음성(-)으로 판정하였다. 그 결과 ETPE 추진제의 경우 Card Gap이 약 87.5장인 결과가 도출되었다. 이는 NOL 기준에 의하면 1.1급수로 판단할 수 있다.

Fig. 6 
Result of LSGT.