Influence of measurement parameters on the test results of thermomechanical properties of solid rocket propellants

The paper presents an analysis of the thermomechanical properties of a heterogeneous solid rocket propellant using dynamic mechanical analysis. Measurement conditions were optimised by varying the frequency and amplitude of the vibrations and the thickness of the sample being deformed. It was found that changing the vibration frequency affects the temperature-dependent shift of the DMA curves as well as changes in the intensity of the peaks. The greatest effect of frequency is seen in the glass transition temperatures of the soft and hard segments. This allows the material to be characterised by calculating the apparent activation energy of the individual segments. An important issue in the comparative analysis of the mechanical properties of propellants includes the measurement parameters and dimensions of the test sample. It was verified that the parameters proposed in STANAG 4540, namely a frequency of 1 Hz, an amplitude of 20 μm and a sample thickness of 2.0 mm, should be taken as the optimum conditions. DMA analysis provides highly accurate results over a wide temperature range and provides a great deal of information about the propellant under test at the same time.

---

W pracy przedstawiono analizę właściwości termomechanicznych stałego heterogenicznego paliwa rakietowego z wykorzystaniem aparatu do dynamicznej analizy mechanicznej. Optymalizacji poddano warunki pomiarowe poprzez zmianę: częstotliwości i amplitudy drgań oraz grubości próbki poddawanej deformacji. Stwierdzono, że zmiana częstotliwości drgań wpływa na przesunięcie krzywych DMA w zależności od temperatury oraz zmienia się intensywność pików. Największy wpływ częstotliwości widoczny jest dla temperatur zeszklenia miękkich i twardych segmentów. Pozwala to na scharakteryzowanie materiału poprzez obliczenie wartości pozornej energii aktywacji poszczególnych segmentów. Istotnym zagadnieniem w analizie porównawczej właściwości mechanicznych paliw są parametry pomiaru i wymiary badanej próbki. Sprawdzono, że jako warunki optymalne należy przyjmować parametry zaproponowane w STANAG 4540: częstotliwość 1 Hz, amplitudę 20 μm i grubość próbki 2,0 mm. Analiza DMA zapewnia bardzo dokładne wyniki w szerokim zakresie temperatur oraz jednorazowo dostarcza bardzo dużo informacji na temat badanego paliwa.