Rheological, Ballistic, and Mechanical Properties of 3D Printed, Photocured Composite Propellants

推进剂 材料科学 复合材料 极限抗拉强度 复合数 高氯酸铵 端羟基聚丁二烯 聚丁二烯 丙烯酸酯 燃烧率(化学) 聚酯纤维 聚合物 共聚物 有机化学 化学
作者
Justin A. Lajoie,J. M. Blocker,Travis R. Sippel
出处
期刊:Journal of Propulsion and Power [American Institute of Aeronautics and Astronautics]
卷期号:39 (6): 936-944 被引量:7
标识
DOI:10.2514/1.b39113
摘要

This study explores the rheological, mechanical, and ballistic properties of printed ammonium perchlorate composite propellant at 82.5% solids loading with binders curable with ultraviolet light of wavelength from 215 to 400 nm (UV). A polybutadiene urethane acrylate and two polyester urethane acrylate propellants are printed by an in-house-fabricated fused deposition molding printer. Propellants are all shear-thinning and have significantly lower viscosity than similar hydroxyl-terminated polybutadiene (HTPB) propellants. Uniaxial stress–strain measurements indicate that ultimate tensile strength and ultimate tensile strain of all photocurable propellants are found to be greater than HTPB propellant. In particular, the ultimate tensile strain of polyester urethane acrylate propellant is six times that of HTPB propellant, demonstrating high compliance. Ballistic properties are measured from combustion of printed propellant articles in a windowed Crawford combustion bomb at inert gas pressures of up to 12.1 MPa. The burning characteristics were found to be relatively planar, though strong burning rate anisotropy, expected as a result of print layer inhomogeneities, was observed in two of the three formulations. Overall, pressure exponents of the propellants were mild and ranged from 0.17 to 0.33. These results are compared and contrasted to those of other printed propellants. These results provide valuable insight into the selection of a safe binder system for printing of photocurable composite propellants.
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