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AKTS 프로그램을 이용한 주조형 복합화약의 노화 특성 예측
권국태(Kuktae Kwon),이소정(Sojung Lee),김승희(Seunghee Kim),김진석(Jin Seuk Kim) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12
에너지 물질의 수명평가는 중요하게 여겨지지만, 여러 가지 어려움을 갖고 있다. 먼저 노화시험에 매우 긴 시간이 소요되고, 에너지 물질이기 때문에 취급 시 항상 위험이 존재한다. 이런 이유들로 인해서 예측이나 계산 방법들이 발달되어 왔다. 한편, 열적 특성에 대한 평가는 중요한 에너지 물질 평가들 중 하나이다. 에너지 물질은 열을 내놓으면서 분해되기 때문에, 에너지 물질의 열적 특성을 분석하는 것은 에너지 물질의 분해와 노화 특성을 이해하는데 매우 중요하다. DSC(Differential Scanning Calorimetry)나 HFC(Heat Flow Calorimetry)등과 같은 열분석 방법이 반응속도를 관찰하고, 속도 상수 등을 결정하는데 이용되고 있다. 이번 연구에서는 첫째, DSC를 기초데이터로 하여 AKTS thermokinetic 프로그램을 이용하여 간단한 열분석으로부터 열적인 노화 특성을 예측하는 결과들을 발표하고, 둘재, AKTS 프로그램을 통해 물성측정 점 데이터로부터 적절한 kinetic 모델을 설정하고, 그 모델로부터 노화에 따른 특성변화를 예측하는 결과를 발표할 것이다. Evaluation of Shelf-life for Energetic materials are regarded as important, but there are several difficulties. First, it requires very long time for aging experiment. And second, it is dangerous because of treating highly energetic materials. With these reasons, many methods for evaluation were developed. By the way, thermal analysis is the one of the most important analyses of energetic materials. Due to the fact that most of the energetic materials decompose with evolution of heat, analyzing thermal properties of energetic materials is important to understand decomposition and aging properties of Energetic materials. Thermoanalytical methods such as DSC and HFC are often used for the monitoring of reaction rate and determination of the kinetic parameters. Here in, we describe two results about aging property of PBX using thermokinetic program AKTS as a tool. First one is about estimation of thermal aging properties from simple DSC measurements. Second one is about setting a kinetic model from spot data set of mechanical properties, and estimation of aging properties for mechanical results.
AP 순도에 따른 DSC, ARC, ISCO의 장기 열적안정성 연구
김승희(Seunghee Kim),권국태(Kuktae Kwon),이소정(So Jung Lee),김진석(Jin Seuk Kim) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12
AP(Ammonium perchlorate, NH4ClO4)를 포함하는 복합화약조성의 등온가열시험시, 일정 순도 이하의 AP를 사용하는 경우 “Bulged”현상으로 인해 등온가열시험 결과를 얻을 수 없었다. 본 연구는 품질 혹은 순도에 따른 AP의 열적 안정성 차이에 대해 규명하기 위해 LOT 별 AP에 대해 DSC 결과를 분석하고, 그 분석결과를 등온가열시험 결과 및 ARC결과와 비교분석하였다. 또한 순도가 낮은 AP에 대해서는 재결정을 통해 포함된 불순물을 제거한 후 분석한 결과, 열적 안정성이 높아졌음을 확인하였다. DSC 고압팬을 사용하여 AP 순도를 결정하는 정량적 분석방법을 확립하였다. When we conducted isothermal slow cook-off(ISCO) test for aluminized explosive containing AP, the sample was bulged before it run away reaction and finally we cannot obtain ISCO data. However, these phenomena did not occur for a certain grade AP. It means the quality of AP give a big effect on the thermal stability of explosive formulation. In this study, we studied the thermal stability difference between a good and bad grade AP. At first, we characterized thermal properties for the all the Lot of AP by DSC and correlated it to the ISCO phenomena. In addition to DSC study and ISCO test, we also investigated and calculated SADT and self-heating rate by ARC for the different AP qualities to interpret the thermal stability of explosive formulation.And we also studied the impurity of AP and preparation method to remove the included impurity and crystallization. Finally, we set up the qualification methods to identify the quality of AP by DSC with high pressure crucible.
등온 DSC를 이용한 고에너지 물질의 정밀 반응 모델 기법 개발
김유천(Yoocheon Kim),박정수(Jungsu Park),권국태(Kuktae Kwon),여재익(Jai-ick Yoh) 한국연소학회 2015 KOSCOSYMPOSIUM논문집 Vol.2015 No.12
The kinetic analysis of energetic materials using Differential Scanning Calorimetry (DSC) is proposed. Friedman Isoconversional method is applied to DSC experiment data and AKTS software is used for analysis. The frequency factor and activation energy are extracted as a function of product mass fraction. The extracted kinetic scheme does not assume multiple chemical steps to describe the response of energetic materials; instead, multiple set of Arrhenius factors are used in describing a single global step. The proposed kinetic scheme has considerable advantage over the standard method based on One-Dimenaionl Time to Explosion (ODTX). Reaction rate and product mass fraction simulation are conducted to validate extracted kinetic scheme. Also a slow cook-off simulation is implemented for validating the applicability of the extracted kinetics scheme to a practical thermal experiment.
등전환법과 등온 DSC를 이용한 고에너지 물질의 정밀 반응모델 개발
김유천(Yoocheon Kim),박정수(Jungsu Park),권국태(Kuktae Kwon),여재익(Jai-ick Yoh) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5
Differential Scanning Calorimetry(DSC) 실험 데이터를 이용하여 고에너지 물질의 반응속도식을 추출해내는 이론적 방법을 제안하고 HMX 기반 화약에 대한 반응속도식 추출을 수행하였다. DSC 실험 결과는 Friedman 등전환법으로 분석되었다. 질량분율에 따른 활성화에너지와 빈도인자를 추출해 내어 반응속도식을 완성하였다. 추출된 반응속도식은 고에너지 물질의 화학반응과정을 몇 단계의 주요단계로 가정하는 형태가 아닌 전체 화학반응 과정을 나타내는 형태를 갖는다. 이는 기존의 ODTX 실험을 통해 추출되는 화학반응속도식 형태에 비해 이론적 측면과 정확성 측면에서 상당한 장점을 갖는다. The kinetic analysis of a heavily aluminized cyclotrimethylene-trinitramine(RDX) is conducted using differential scanning calorimetry(DSC), and the Friedman isoconversional method is applied to the DSC experimental data. The pre-exponential factor and activation energy are extracted as a function of the product mass fraction. The extracted kinetic scheme does not assume multiple chemical steps to describe the complex response of energetic materials; instead, a set of multiple Arrhenius factors is constructed based on the local progress of the exothermic reaction. The resulting reaction kinetic scheme is applied to two thermal decomposition tests for validating the reactive flow response of a heavily aluminized RDX. The results support applicability of the present model to practical thermal explosion systems.