Estudo da decomposição térmica de propelente sólido compósito de baixa emissão de fumaça

Abstract

Recebido em 15/2/07; aceito em 17/8/07; publicado na web em 19/12/07 STUDY OF THERMAL DECOMPOSITION OF A SMOKELESS PROPELLANT. The thermal decomposition of hydroxylterminated polybutadiene (HTPB)/ammonium nitrate (AN) based propellants, so called smokeless formulations, and raw materials were investigated by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetry (TG). The thermoanalytical profile of different components and of propellant were evaluated and the Arrhenius parameters for the thermal decomposition of the propellant sample were determined by the Ozawa method. The kinetic parameters of the thermal decomposition of propellant samples were determined by DSC measurements. The values obtained for activation energy (E a ) and pre-exponential factor were 163 kJ mol -1 and 1.94x10 6 min -1 .Keywords: thermal analysis; smokeless; solid propellants. INTRODUÇÃOSistemas de propulsão aeroespacial que utilizam propelente sólido do tipo compósito 1 tendem a gerar compostos clorados e alumina, como resultado de seu processo de queima na câmara de combustão do motor-foguete. Estes compostos, quando liberados ao meio ambiente, tendem a deixar um rastro de fumaça que pode ser detectada por técnicas como infravermelho (IR) denunciando, assim, a posição de lançamento do artefato além de sua trajetória 2 . Conseqüentemente, a fração de alumínio metálico empregado nas formulações de propelentes compósitos do tipo "smokeless" não deve ser superior a 2% em massa. Entretanto, esta limitação no percentual de alumínio ocasiona o surgimento de fenômenos de instabilidade de queima, além de uma diminuição do impulso especí-fico (Isp), principal parâmetro balístico para formulações de propelentes. Em razão disso, tem-se uma busca constante por novos compostos e formulações 3 . As técnicas termoanalíticas, entre outras, podem contribuir no estudo de novos materiais e formulações para utilização em sistemas de propulsão 4 , gerando informações quanto às propriedades de decomposição térmica do material, como, por exemplo, seu comportamento em queima e os fenômenos de transição de fases cristalinas dos sais oxidantes observados durante o processo de combustão 5 . Neste trabalho é apresentado um estudo sobre a decomposição térmica de um propelente sólido baseado no polibutadieno líquido hidroxilado (PBLH), nitrato de amônio (AN) e outros componentes, utilizando-se a calorimetria exploratória diferencial (DSC) e a termogravimetria (TG). Este estudo visou avaliar os fenômenos que ocorrem durante a queima, para obter uma orientação em relação ao potencial de aplicação da formulação do compósito considerado. Foram gerados, ainda, os parâmetros cinéticos de decomposição térmica da formulação de propelente adotada, utilizandose o modelo cinético de Flynn, Wall e Ozawa 6 . Modelo cinético de Flynn, Wall e OzawaO estudo da cinética de decomposição térmica de materiais no estado sólido tem como conceito que a variação da massa do composto, em decorrência de um estímulo térmico, em função do tempo, obedece a seguinte equação (1) onde "α" re...

Thermal Decomposition Kinetics of Aged Solid Propellant Based on Ammonium Perchlorate – AP/HTPB Binder

“…The DSC curves do not show any interference and the kinetic data obtained using the maximum temperatures (reciprocal, in K -1 ) and the respective heating rates are very close to the results found in the literature, at very lower heating rates [26][27][28][29].…”

Preparation and Study of Bimetallic Compounds Efficiency in the Synthesis of Biodiesel Fuel

“…The first, which had mass loss from room temperature to 115°C was attributed to the physically absorbed water. In the second one, a heavy weight loss of about 55% was observed and was visible around 220°C to 600°C, which was attributed to nitrate decomposition [31]. The third event had a weight loss of about 25%, which could be seen around 600°C to 880°C, and was attributed to carbonate decomposition.…”

Nanocompósitos ternários de amido termoplástico e poli(Butadieno maleatado)

“…O termograma da Figura 2 mostra perda de massa praticamente total em duas etapas e a temperaturas elevadas (na faixa entre 300 e 480 ºC), o que confirma a alta estabilidade térmica do PBLH. 23,24 A primeira etapa ocorreu a 366 °C e pode ser atribuída à degradação de oligômeros de menores massas molares, presentes em menores teores. Na segunda etapa, a perda de massa ocorreu devido à degradação térmica da grande maioria de moléculas de PBLH.…”