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DSC 열분석을 통한 ZPP 화약의 장기 노화 반응 예측
김태완(Taewan Kim),이주현(Joohyeon Lee),편임옥(Limok Pyeon),백종규(Jong Gyu Paik),이승복(Seung Bok Lee),박태호(Taiho Park) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11
파이로 작동기구의 핵심 점화제인 ZPP의 노화반응을 differential scaning calorimetry(DSC) 분석과 상업적인 소프트웨어인 “Advanced Kinetics and Technology Solutions(AKTS)” 프로그램을 이용하여 예측하고자 하였다. 200℃ 이상의 고온에서도 노화반응이 상당히 지연됨을 확인하였고, 이는 ZPP의 폭발시작반응의 온도가 높고 활성화 에너지 역시 높은 값을 가지기 때문으로 여겨진다. Long-term aging of ZPP, which is a core ignitor in pyrotechnic mechanical device (PMD) has been investigated using differential scaning calorimetry(DSC) combined with a commercial software (Advanced Kinetics and Technology Solutions(AKTS)). We found that the aging has been delayed even at the elevated temperature (~200 oC). It could be ascribed to high explosion initiation temperature and activation energy of ZPP.
수분노화를 통한 BKNO₃의 열역학적 및 속도론적 노화 분석
이준우(Junwoo Lee),김태완(Taewan Kim),김상원(Sangwon Kim),최경원(Kyoungwon Choi),이승복(Seung Bok Lee),류병태(Byungtae Ryu),박태호(Taiho Park) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12
화약 산업에서 화약은 높은 폭발 압력을 가지고 있는 것뿐만 아니라 장기간 보관하였을 때 같은 폭발력을 유지하여야 한다. 하지만 화약이 노화되어 폭발력에 변화가 생기기 때문에 노화 매커니즘을 알아야 한다. BKNO₃화약을 이용하여 자발적인 노화를 확인하기 위해 DSC 분석 및 AKTS 시뮬레이션을 하였다. BKNO₃의 바인더가 가장 먼저 자발적 발열반응을 하지만, AKTS 시뮬레이션 결과 고온 조건에서 일어 나지 않는 결과를 얻을 수 있었다. 외부 요인인 수분에 의해 만들어진 수분노화된 화약을 통하여 분석해 본 결과 열량과 반응속도가 감소함을 확인하였다. XPS로 분석한 결과 B-O 산화물 peak이 발견되었고 TEM과 EELS로 Boron 표면에 Boron oxide가 생긴다는 것을 확인 할 수 있었다. 생성된 Boron oxide는 화약의 에너지 포텐셜을 낮추고 연소가 시작될 때 금속과 산화물의 표면적을 감소시켜 반응속도를 낮춰 화약의 낮은 peak 압력을 야기 한다. Prediction of mechanism and long-term aging about BKNO₃, which is a core initiator in pyrotechnic mechanical device(PMD) has been estimated using Thermogravimetric analysis(TGA), differential scanning calorimetry(DSC) and a commercial software (Advanced Kinetics and Technology Solutions(AKTS)). BKNO₃ that is different with ZPP and THPP includes Laminac used in a polymer binder. In a result of DSC, We found that exothermic reaction of decomposition about Laminac has happened prior to that of oxidation associated with explosion. the exothermic reaction has been delayed even at the high temperature (~120 ℃). To confirm the effect of external facors such as humidity, The accelerated aging BKNO₃ at 71 ℃ in 50% relative humidity was characterized. The relative heat of combustion and reaction rate decrease gradually by aging time. The XPS analysis characterizes the oxidization peak at 191 eV regarding oxidization of boron, and the TEM-EDS analysis prove the formation of oxide shells. The thicknesses of oxide shells increase by 39 nm in sixteen weeks, which reduce the potential energy and reaction rate on BKNO₃..
열분석을 이용한 BKNO<SUB>3</SUB> 화약의 장기노화 및 기작예측
이준우(Junwoo Lee),김태완(Taewan Kim),이주현(Joohyeon Lee),편임옥(Limok Pyeon),이승복(Seung Bok Lee),박태호(Taiho Park) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.5
파이로 작동기구의 핵심 화약 중 하나인 BKNO3에 대한 장기노화 기작예측을 위하여 thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC) 분석 그리고 상업적인 소프트웨어 “Advanced Kinetics and Technology Solution (AKTS)” 프로그램을 이용하였다. Viton을 사용하는 ZPP와 THPP와는 다르게 BKNO3는 Laminac이라는 고분자 바인더를 이용하고 있다. BKNO3 화약의 DSC 분석결과로서 폭발반응에 관여하는 산화반응보다 Laminac의 분해 발열반응이 먼저 일어나는 것을 확인했다. 이 발열반응을 AKTS로 분석한 결과, 120℃ 이상의 고온에서도 상당히 지연된다는 것을 확인하였다. 이는 높은 활성화 에너지와 높은 Laminac의 분해온도 때문으로 여겨진다. Mechanism in aging of BKNO3 (a core initiator in pyrotechnic mechanical device (PMD)) has been predicted using a commercial software (Advanced Kinetics and Technology Solutions (AKTS). The thermodynamic and kinetic data to compute the mechanism in aging were obtained from thermogravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). BKNO3 employs Laminac as a polymer binder. DSC experiments reveal that exothermic reaction related to Laminac decomposition occurred prior to that of oxidation associated with explosion of BKNO3. The exothermic reaction of Laminac was delayed even at the high temperature (~120 ℃). It may be attributed to high decomposition temperature and activation energy of Laminac.
열역학적 및 속도론적 분석을 통한 THPP의 노화 안정성 확인
이준우(Junwoo Lee),김상원(Sangwon Kim),최경원(Kyoungwon Choi),이승복(Seung Bok Lee),류병태(Byungtae Ryu),박태호(Taiho Park) 한국추진공학회 2017 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2017 No.5
화약 기반 소자 (PMD)에서 장기간 보관을 하게 되면 소자 안에 있는 화약이 노화되어 폭발력에 변화가 생기기 때문에, 일정 기간이 지나면 폐기 처분을 하게 된다. 그렇기 때문에 PMD 안에 사용하는 화약은 자발적 혹은 외부적 요인에 대하여 화학적 및 물리적으로 안정해야 한다. 기존에 사용되는 화약으로서 BKNO3과 THPP를 대표적으로 이용하기 때문에, 이 화약들을 기반으로 하여 열역학적 및 속도론적 분석을 실시하였다. Differential scanning calorimeter (DSC)를 이용하여 발열량과 반응속도를 분석하였는데, 그 결과 THPP에서는 열량 차이 및 반응속도에 큰 변화가 보이지 않았다. 추가적으로, 노화에 직접적으로 연관되는 산화막 형성을 확인하기 위하여 XPS 및 TEM-EDS 분석하였는데, 열적 분석 결과와 상응하는 결과로서 산화막이 관측 되지 않았다. 이는 THPP가 장기 안정성 측면에서 가장 유명한 화약이라고 판단 할 수 있다. When stored for long periods in a powder-based device (PMD), the explosive power in the device is aged and the explosive power is changed. Thus, The gunpowder used in the PMD must be chemically and physically stable for both internal and external factors. Since BKNO3 and THPP are used as representative gunpowder, thermodynamic and kinetic analyzes were performed based on these gunpowders. Differential scanning calorimeter (DSC) was used to analyze the calorific value and reaction rate. As a result, there was no significant change in caloric value and reaction rate in THPP. In addition, XPS and TEM-EDS analyzes were performed to confirm the formation of oxide films directly related to aging, and no oxide films were observed as a result of thermal analysis. In addition, XPS and TEM-EDS analyzes were performed to confirm the formation of oxide films directly related to aging. As a results, no oxide films were observed. It can be concluded that THPP is the most famous gunpowder in terms of long-term stability.