ZPP(Zirconium Potassium Perchlorate)는 산화제 potassium perchlorate, 금속원료 zirconium, 결합제 Viton 조성의 점화제이다. ZPP는 항공우주산업, 추진제 점화원, 자동화 산업에 사용되고 있다. 본 연구에서는 PMD(Pyrotechnic Mechanical Device)에 사용되는 ZPP의 제조공정 및 형상/열량/압력값과 같은 특성을 연구하였다. ZPP 제작 시, 원료들을 고속으로 교반하여 ZPP가 균일한 입자크기 및 형상으로 제작될 수 있도록 혼화공정을 설계하였다.
ZPP(Zirconium Potassium Perchlorate)는 산화제 potassium perchlorate, 금속원료 zirconium, 결합제 Viton 조성의 점화제이다. ZPP는 항공우주산업, 추진제 점화원, 자동화 산업에 사용되고 있다. 본 연구에서는 PMD(Pyrotechnic Mechanical Device)에 사용되는 ZPP의 제조공정 및 형상/열량/압력값과 같은 특성을 연구하였다. ZPP 제작 시, 원료들을 고속으로 교반하여 ZPP가 균일한 입자크기 및 형상으로 제작될 수 있도록 혼화공정을 설계하였다.
ZPP (Zirconium-Potassium Perchlorate)는 PMD (Pyrotechnic Mechanical Device)에 사용하는 1차 점화장약의 일종이다. 용매에 녹아있는 바인더 성분을 석출시켜 부유해 있는 입자들을 유동상태에서 과립형태로 만들어 제조하는데 LabRAM Mixer를 이용하여 기계적 접촉을 하는 블레이드형 장비와 달리 공진현상을 이용하여 에너지를 전달시켜 입자를 제조한다. 본 연구를 통해 LabRAM Mixer의 조건 변화에 따라 제조한 입자의 특성을 평가하고 그 특성을 고찰하였다.
착화기의 1차 점화장약으로 널리 사용되어지고 있는 ZPP(Zirconium/Potassium perchlorate)의 열분해 특성을 differential scanning calorimetry(DSC)를 사용하여 평가하였다. ZPP의 열분해반응에 대한 속도론적 파라미터를 결정하기 위하여, 다른 가열 속도를 갖고 수행된 DSC 결과들을 AKTS사의 Thermokinetics software를 사용하여 분석하였다. 결정된 속도론적 파라미터를 사용하여 계산된 모사값들은 실험적 결과들과 잘 일치함으로써, ZPP의 열분해과정에 대한 속도론적 모사의 유효성을 검증할 수 있었다.
본 연구에서는 항공우주, 유도탄, 자동화 산업에 널리 적용되는 금속복합화약 ZPP(Zirconium Potassium Perchlorate)의 제조공정 과 특성평가를 고찰하였다. 기본적으로 PMD에 사용되는 고체 점화제는 금속연료와 산화제 그리고 유기 고분자물질(결합재)로 구성되며, 이들 원료들을 균질하게 혼합하기 위하여 precipitation process를 사용하였다. 원료 물질의 특성 및 열적 반응 해석을 통한 최적 조성비를 설계하였으며, 이들의 입도, 형상, 열량 분석 등의 특성 평가를 수행하여 결과를 비교하였다.
ZPP와 THPP 화약의 압력 카트리지가 밀폐용기에 장착되어 연소될 때의 현상을 반응성 오일러리안-라그랑지안 이상 유동 해석 코드를 통해 모사 하였다. ZPP와 THPP는 압력 카트리지 내에서 boron nitride 판으로 격리되어있고, ZPP만 열선에 의해 직접 점화되기 때문에 THPP의 연소지연효과가 발생할 가능성이 높다. 실험을 통한 THPP의 점화지연 측정은 힘들기 때문에 기존의 연구를 통해 검증된 수치해석 코드를 통해 점화지연에 대한 케이스 스터디를 수행하고 현상학적 분석을 수행하였다. 해석 결과 THPP의 점화지연 정도에 따라 초기 충격파의 강도가 변하여 압력선도의 초기 피크특성 뿐만 아니라 주파수에도 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.
직경 22 mm 정도의 케이블 절단을 위한 케이블커터의 화약량 예측을 위하여 impact test machine을 이용한 낙하충격 시험을 실시하였다. Impact test 시험 결과는 Probit 방법으로 분석하였으며, 99% 신뢰도에서 99.99% 절단하는 에너지는 37.7 J로, 절단 평균 에너지는 24.9 J로 예측 되었다. 150 mg의 ZPP를 사용하여 시험한 결과, 케이블이 3번 모두 절단되었다. 이때 측정된 압력으로부터 계산된 에너지는 26.1 J이었으며 이 값은 impact 시험 결과나 화약에너지의 10%가 기계적 에너지로 변화된다는 가정 하에 ZPP 150 mg이 발생하는 기계적 에너지인 24.5 J과 아주 유사하다. Impact test의 분석결과를 적용하면 ZPP 230 mg의 화약으로 99% 신뢰도에서 99.99% 절단 확률을 보장할 수 있을 것으로 판단된다.
직경 22 mm 정도의 케이블 절단을 위한 케이블커터의 화약량 예측을 위하여 인스트론을 사용한 정적 절단 시험과 Impact test machine을 이용한 낙하충격 시험을 실시하였다. 인스트론 시험 결과 케이블 절단에 필요한 에너지는 21.3 J로 측정되었다. Impact test는 5종류의 에너지 레벨에서 각각 8번씩 시험하였다. Impact test 시험 결과를 Probit 방법으로 분석한 결과, 99% 신뢰도에서 99.99% 절단하는 에너지는 37.7 J 로 예측되었다. 이 에너지는 ZPP 230 mg 이면 발생 가능할 것으로 판단 된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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