Use este identificador para citar ou linkar para este item:
https://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/844505| Título: | Influência do envelhecimento no desempenho balístico de propelentes à base de nitrocelulose |
| Autor(es): | Nunes, Jakler Mendonça Filho, Letivan |
| Autor(es): | Defanti, Bianca |
| Orientador(es): | Nunes, Jakler Mendonça Filho, Letivan |
| Palavras-chave: | Química |
| Data do documento: | 19-Dez-2019 |
| Descrição: | As pólvoras são materiais energéticos classificados como propelentes, dada a sua capacidade de geração de gases por combustão, cuja energia pode ser aproveitada para imprimir movimento balístico a projetis, cabeças de guerra, mísseis e foguetes. Destacam-se neste trabalho, os propelentes de base simples, compostos principalmente por nitrocelulose e aditivos como plastificantes, estabilizantes, moderadores de combustão e redutores de chama, entre outros. Os estabilizantes são necessários na composição dos propelentes à base de nitrocelulose devido ao seu processo espontâneo de degradação que compromete a segurança no armazenamento e manuseio. Este processo de degradação gera radicais de elevada reatividade que interagem com a própria nitrocelulose, provocando um processo autocatalítico de decomposição. Tal degradação também afeta o desempenho balístico dos propelentes e, justamente neste ponto, reside o interesse deste projeto: avaliar a relação entre as alterações nas propriedades balísticas e a estabilidade química de propelentes degradados por envelhecimento. Para isto, foram utilizadas amostras de propelentes de base simples empregados nas munições antiaérea de calibre 40 mm L/70 e foi realizada a avaliação da estabilidade química por meio de testes de Bergmann-Junk, testes de estabilidade à vácuo e pela quantificação da concentração de estabilizante por cromatografia líquida. Além disso, também foram realizados ensaios em microcalorímetro de fluxo de calor, avaliação do tamanho das cadeias de nitrocelulose por cromatografia de permeação em gel e avaliação da superfície dos grãos dos propelentes por microscopia eletrônica de varredura. Os ensaios em bomba calorimétrica possibilitaram a verificação da evolução dos gases liberados ao longo do tempo de queima. Para cada amostra foram calculadas as propriedades como pressão máxima dos gases, força, covolume, vivacidade dinâmica média e taxa de queima. Os ensaios químicos e balísticos com as amostras envelhecidas naturalmente não apresentaram resultados correlacionados com o ano de fabricação. Diferente dos ensaios com amostras envelhecidas artificialmente, cujos resultados da avaliação das propriedades químicas evidenciam sua degradação ao longo do tempo e os resultados dos ensaios balísticos sugerem que estas propriedades são afetadas em duas fases, a primeira de intensificação e a segunda de apassivação. Uma possível justificativa para o comportamento observado é que a taxa de queima é afetada de diferentes maneiras durante o processo de degradação artificial. No início do processo de degradação, a redução do peso molecular médio da nitrocelulose não é tão significativa e as amostras foram classificadas como estáveis. Nesta etapa, as mudanças nas propriedades balísticas estavam provavelmente relacionadas à redução da concentração dos estabilizantes etil centralite e metil centralite, pois estas substâncias também atuam como moderadores de combustão. Por outro lado, na segunda fase, a amostra foi classificada como instável e os resultados de GPC indicaram uma maio rdegradação das cadeias poliméricas de nitrocelulose. Palavras-chave: Envelhecimento de propelentes; Estabilidade química; Propriedades |
| Abstract: | The gun powders are energetic materials classified as propellants, because of their ability to generate gases through a combustion process which energy can be used to provide ballistic motion for projectiles, missiles and rockets. In this work, single base propellants were used. They are composed mainly of nitrocellulose and additives such as plasticizers, stabilizers, combustion moderators, flame reducers, among others. Stabilizers are required in the composition of nitrocellulose-based propellants due to their spontaneous degradation process which affects safety in storage and handling. This degradation process generates high reactivity radicals that interact with nitrocellulose itself, causing an autocatalytic degradation process. Such degradation also affects the ballistic performance of propellants and at this point is the interest of this project: to evaluate the relationship between changes in ballistic properties and the chemical stability of propellants submitted to the natural and artificial aging process. For this, single base propellants aplied in 40 mm L/70 ammunition were used and the chemical stability was evaluated by Bergmann-Junk test, vacuum stability test and by quantifying the concentration of stabilizer by liquid chromatography. Also, heat flow microcalorimeter assays, nitrocellulose chain size evaluation by gel permeation chromatography, propellant grain surface evaluation by scanning electron microscopy. The ballistics tests were performed using a closed vessel system. The results allowed us to determine the temporal evolution of the pressure of the gases generated during the propellant burning. For each sample, the properties as force, covolume, mean dynamic vivacity and burning rate were calculated. The chemical and ballistics tests with naturally aged samples did not present results correlated with the year of manufacture. Unlike the tests for the evaluation of chemical properties with artificially aged samples, whose results show their degradation over time and the ballistics tests results also suggest that these properties are affected in two phases, the first intensification and the second passivation. A possible reason for the observed behavior is that burning rates are affected in different ways during the artificial degradation process. At the beginning of the degradation process, the average molecular weight reduction of nirocellulose is not so significant and the samples are classified as stable. At this stage, changes in ballistic properties were related to the reduction of ethyl centralite and methyl centralite stabilizer concentration, these substances also act as combustion deterrents. On the other hand, in the second phase, a sample was classified as unstable and the GPC results indicated a greater degradation of the polymeric chains of the nitrocellulose. Keywords: Propellant ageing; Chemical stability; Ballistic properties. |
| Tipo de Acesso: | Acesso aberto |
| URI: | http://www.repositorio.mar.mil.br/handle/ripcmb/844505 |
| Tipo: | Dissertação |
| Aparece nas coleções: | Estudos Militares: Coleção de Dissertações |
Arquivos associados a este item:
| Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
|---|---|---|---|---|
| DISSERTACAO_CT_BIANCA_FIGUEIROA.pdf | 5,46 MB | Adobe PDF |  Visualizar/Abrir |
Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.