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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.97.2014.tde-30042014-094502
Documento
Autor
Nome completo
Vladimir Hallak Gabriel
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Lorena, 2014
Orientador
Banca examinadora
Silva, Messias Borges (Presidente)
Mendonça Filho, Letivan Gonçalves de
Serra, Antonio Aarão
Título em português
Estudo de modificadores balísticos na formulação de propelentes base dupla visando à otimização de sua velocidade de queima
Palavras-chave em português
Modificadores balísticos
Propelentes Base Dupla - BD
velocidade de queima
Resumo em português
Propelentes sólidos são materiais energéticos que produzem gases em alta pressão por meio de uma reação de combustão. Qualquer propelente sólido inclui dois ou mais dos seguintes componentes: oxidante (nitratos e percloratos); combustível (resinas orgânicas ou polímeros); compostos químicos combinando oxidantes e combustíveis (nitrocelulose ou nitroglicerina); aditivos para facilitar processos de produção ou alterar a taxa de queima e inibidores (fita de etilcelulose), para restringir superfícies de combustão. Pequenas percentagens de aditivos são usadas para modificar diversas propriedades mecânicas, químicas e balísticas dos propelentes sólidos: acelerar ou desacelerar a velocidade de combustão (catalisadores e inibidores de combustão, respectivamente); assegurar a estabilidade química para prevenir a deterioração durante a estocagem; controlar as propriedades de processamento durante a produção de propelente (tempo de cura, fluidez para extrusão ou moldagem, etc.); controlar as propriedades de absorção de radiação no propelente em combustão; aumentar a resistência mecânica e diminuir a deformação elástica; e, finalmente, minimizar a sensibilidade térmica. No caso de propelentes sólidos Base Dupla (mistura de duas bases ativas: a nitrocelulose e a nitroglicerina), é possível alterar sua velocidade de queima principalmente pelo emprego de pequenos teores de modificadores balísticos, em geral sais orgânicos de cobre e chumbo. Neste trabalho, estudou-se a aceleração da velocidade de queima de uma formulação conhecida de propelente Base Dupla - BD, alterando o teor total dos modificadores balísticos cromato de cobre e estearato de chumbo (ou plastabil - nome comercial) na receita original, bem como a proporção entre eles. Estas alterações na formulação original devem, idealmente, preservar os parâmetros de desempenho estabelecidos para as propriedades químicas (estabilidade química) e mecânicas (densidade da massa e ensaios de tração), ao mesmo tempo otimizando o desempenho balístico, pelo aumento da velocidade de queima. Os resultados experimentais mostram que para os parâmetros de qualidade elongação e velocidade de queima a interação entre os fatores, Proporção Sal de Chumbo/Sal de Cobre (Fator A) e Teor de Modificadores Balísticos (Fator B) foram significativos, ou seja, quanto maior os fatores pior o resultado com as propriedades. Com os parâmetros de resistência a tração e densidade da massa, o fator A e B respectivamente influenciam negativamente quando aumentado em sua concentração. Para o parâmetro estabilidade química não houve nenhum sinal de melhora ou influencia dos fatores. No caso da velocidade de queima a interação AB é o que mais influencia. Melhorando significativamente a velocidade de queima.
Título em inglês
Study of ballistic modifiers in double-base propellants' formulation applied to its burning rate optimization
Palavras-chave em inglês
ballistic modifiers
burning rate
Double-Base propellants
Resumo em inglês
Solid propellants are energetic materials which produce a considerable amount of high-pressure gases by means of a combustion reaction. Any solid propellant formulation includes at least two of the following items: oxidizer (nitrates and perchlorates); fuel (organic resins or polymers); chemical compounds combining oxidizers and fuels (nitrocellulose or nitroglycerine); additives to easy production operations or to modify the burning rate and inhibitors (tape ethyl-cellulose), to restrict the combustion surfaces. Small amounts of additives are employed to modify the mechanical, chemical and ballistic features of the solid propellants: to accelerate or diminish the burning rate (catalysts and inhibitors of burning, respectively); to assure the chemical stability in order to prevent the deterioration during stocking; to control the processing properties during propellant production (curing time, extrusion or casting rheology); to control the radiation absorption in the burning propellant; to enhance the mechanical resistance and to reduce the strain; and, finally, to get the thermal sensitivity to a minimum level. In the case of Double-Base solid propellants (blend of two energetic bases: nitrocellulose and nitroglycerine), it's possible to control its burning rate mainly by the use of small amounts of ballistic modifiers, generally copper and lead organic salts. This work has studied the burning rate acceleration of a known Double-Base propellant formulation, by changing the total amount of the ballistic modifiers copper chromate and lead stearate (commercially known as plastabil) in the original formulation, as well as the proportion between them. These changes at the original recipe should preserve, ideally, the performance levels required for the chemical (chemical stability) and mechanical properties (density and stress-strain evaluation), optimizing, at the same time, the ballistic performance, through the burning rate enhancement. Results show that for the parameters of quality and elongation rate of burning the interaction between factors, Proportion of Lead Salt / Salt Copper (Factor A) and content Ballistic Modifiers (Factor B) were significant, ie, the higher the worst factors result with the properties. With the parameters of tensile strength and mass density, the factor A and B respectively negatively influence increased when its concentration. For the chemical stability parameter there was no sign of improvement or influences of factors. In the case of burning rate AB interaction is what most influences. Significantly improving the speed of burning.
 
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EQD13008_C.pdf (2.17 Mbytes)
Data de Publicação
2014-04-30
 
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