(57)【要約】【課題】熱分解を抑制して焼失速度を低下させ残炭率を高めることができるインシュレーション材を提供する。【解決手段】本発明のインシュレーション材は、加硫可能なエラストマーと、フィラーと、添加物とからなる。添加物は、フラーレン（Ｃ60）を含むものである。エラストマー１００重量部に対するフラーレン（Ｃ60）の配合率は、たとえば、１〜５重量部、あるいは１〜１０重量部とすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加硫可能なエラストマーと、フィラーと、添加物とからなるインシュレーション材であって、
前記添加物はフラーレン（Ｃ60）を含むことを特徴とするインシュレーション材。
【請求項２】
エラストマー１００重量部に対して、フラーレン（Ｃ60）が１〜５重量部配合されている請求項１記載のインシュレーション材。
【請求項３】
エラストマー１００重量部に対して、フラーレン（Ｃ60）が１〜１０重量部配合されている請求項１記載のインシュレーション材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インシュレーション材に関し、特に固体ロケットモータケースの内面に設けられるインシュレーション材に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体ロケットモータは、固体燃料(固体推進薬ともいう)によって推進力を発生するロケットエンジンであって、防衛用ロケット弾、ミサイル、あるいは人工衛星打ち上げ用ロケットの推進機関、観測用ロケット、あるいは姿勢制御用ロケット等として広く利用されている。
【０００３】
図１に、固体ロケットモータの一従来例の構成を示す。固体ロケットモータ１は、モータケース２、固体推進薬３、ノズル４、点火器５、そしてインシュレーション材６から構成される。点火器５によってモータケース２の内部に充填された固体推進薬３が点火されると、モータケース２内部に高温、高圧の燃焼ガスが発生し、この燃焼ガスがノズル４から高速で流出することにより推進力が発生する。この高温、高圧、高速の燃焼ガスからモータケース２を熱的に保護するために、モータケース２の内面にインシュレーション材６が設けられている。
【０００４】
インシュレーション材６は固体ロケットモータ１の推進力の発生に寄与するものではないため、固体ロケットモータ１の高性能化を図るためには、極限までその軽量化を図る必要がある。また、インシュレーション材６はモータケース２と固体推進薬の間に存在して、固体推進薬をモータケース２内に保持するための仲介材としての機能をも果たすものであるため、適切な強度、伸びを有していることが求められると共に、モータケース２とインシュレーション材６、インシュレーション材６と固体推進薬３の間において十分な強度を有する接着層を形成できるものであることが求められている。
【０００５】
従って、インシュレーション材として要求される特性としては、外側のモータケースに熱を伝えにくいこと、焼失しにくいものであること、強度・伸びが高いこと、低密度であることが挙げられる。また、モータケースへインシュレーション材を加硫接着する際の施工性の観点から、シーティング性が良好であること、貼り付け作業性が良好であることが挙げられる。更に、モータケースと推進薬との間での接着性が良好であることも求められる。
【０００６】
ここで、アブレーションとは、高温、高圧、高速の燃焼ガスにインシュレーション材が晒された際に、この燃焼ガスによってインシュレーション材が熱分解されることを言う。
この熱分解された分解ガスが燃焼ガスとともに排出されることで燃焼による熱をモータケース外に排出し、モータケースが熱的に保護される。
また、アブレーション速度とは、高温、高圧、高速の燃焼ガスにインシュレーション材が晒されたときに、インシュレーション材が焼損して侵食される単位時間当たりの厚さと、熱分解を起して炭化する単位時間当たりの厚さを加え合わせた単位時間当たりの厚さのことを言う。
【０００７】
なお、インシュレーション材に関する先行技術文献としては、例えば下記特許文献１，２がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−９６８２３号公報
【特許文献２】特開２００６−９５７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように固体ロケットモータの高性能化を図るためには、極限までその軽量化を図る必要がある。しかし、従来のインシュレーション材は、熱分解による焼失が早いため、燃焼時間内のインシュレーション材の消費量が多くなる。そのため、インシュレーション材の板厚を厚くしなければならず、結果として、固体ロケットモータの重量が増加し性能の向上を妨げている。
【００１０】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、熱分解時の焼失を抑制して残炭率を高めることができるインシュレーション材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の問題を解決するため、本発明は、加硫可能なエラストマーと、フィラーと、添加物とからなるインシュレーション材であって、前記添加物はフラーレン（Ｃ60）を含むことを特徴とする。
またこのようなインシュレーション材においては、エラストマー１００重量部に対して、フラーレン（Ｃ60）が１〜５重量部配合、あるいは１〜１０重量部配合されているようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
インシュレーション材にフラーレン（Ｃ60）を添加したところ、後述するように、熱分解による焼失が抑制され、残炭率が増加することが確認された。残炭率が増加し、重量ベースでの焼失速度が低下するので、固体ロケットモータにおいてインシュレーション材の重量を低減でき、これにより固体ロケットモータを軽量化し、固体ロケットモータの高性能化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】固体ロケットモータの一従来例の構成を示す図である。
【図２】フラーレンの添加量と加熱減量の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
固体ロケットモータ用のインシュレーション材は、バインダーとしての機能を果たすエラストマーと、強度等の機械的な物性とアブレーション特性を向上させるフィラーと、種々の機能を果たす添加物とから構成されるのが一般的である。本発明では、インシュレーション材は少なくとも加硫可能なエラストマー、フィラー及び添加物を含む。
【００１５】
加硫可能なエラストマーとしては、不飽和結合を有し、硫黄架橋を可能としたエチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体（以下、ＥＰＤＭという）、ポリイソプレン構造をもつ天然ゴム（以下、ＮＲという）、天然ゴムと同じポリイソプレン構造を有し、化学合成されたイソプレンゴム(以下、ＩＲという)や、アクリロニトリルとブタジエンの共重合体であるアクリロニトリルブタジエンゴム(以下、ＮＢＲという) 、液状ブタジエンゴム（以下、ＢＲという）（１，２−ＢＲ、１，４−ＢＲ）、液状ＩＲ（１，４‐ＩＲ）、液状ＮＢＲゴム、液状ＳＢＲゴム、液状ポリブテン、液状ウレタンゴム等の液状ゴムなどが使用される。これらのエラストマーは、一種類のゴムを単独で使用することも、各ゴムの持つ利点をそれぞれ利用するためにこれらのゴムをブレンドして使用することもできる。
【００１６】
フィラーとしては、芳香族ポリアミド繊維（以下アラミド繊維という）、芳香族ポリアミド系パルプ状繊維（以下パルプ状アラミド繊維という）、炭素繊維、ガラス繊維、カーボンブラック、アスベスト、粒状シリカなどが使用される。これらは単独で使用することも、２種以上をブレンドして使用することもできる。
【００１７】
ここで、パルプ状アラミド繊維とは、非常に短くかつ高度にフィブリル化された繊維のことをいい、繊維が細かく開裂され極細繊維が集合した状態となり、通常の繊維に比べ、繊維表面が活性化され表面積が飛躍的に増大するという特徴を有している。従って、このようなパルプ状アラミド繊維をインシュレーション材のフィラーとして使用することにより、フィラーとエラストマーとの結合力が高まり強度等の機械的な物性とアブレーション特性を大幅に改善することができる。このようなパルプ状アラミド繊維は、例えばＫＥＶＬＡＲドライパルプ(東レ・デュポン社の商標名)、ＴＷＡＲＯＮパルプ（ＴＥＩＪＩＮ社の商標名)等として市販されている。
【００１８】
断熱特性、焼失特性、密度、アブレーション特性、加工性、施工性、接着性等のインシュレーション材として要求される特性の観点から、加硫可能なエラストマー、添加物、及びフィラーの配合比を決定する必要がある。
【００１９】
加硫可能なエラストマーの配合比はインシュレーション材の全重量に基づいて、好ましくは３０〜７５重量%であり、より好ましくは４０〜７０重量％である。さらに、フィラーの配合比はインシュレーション材の全重量に基づいて、好ましくは１０〜４５重量%であり、より好ましくは１５〜４０重量％である。添加物の配合比はインシュレーション材の全重量に基づいて、好ましくは１〜３０重量%であり、より好ましくは２〜２０重量％である。
【００２０】
インシュレーション材に添加する添加物には、鎖状ゴム分子を三次元構造に形成させるための加硫用または架橋用配合剤、ゴム製品の硬度を調整し混錬性、加工性を改善するための軟化剤や可塑剤、または加工助剤、ゴムの劣化を防止するための老化防止剤、ゴムの混錬、圧延時等の加工性を改善し、適切な粘着性を得るための加工助剤や粘着付与剤があるが、これらは使用されるエラストマーやフィラーとゴムの製造方法に合った添加物の組み合わせが選択される。
【００２１】
また、本発明のインシュレーション材では、添加物として、さらにフラーレン（Ｃ60）が添加されている。フラーレン（Ｃ60）は、炭素原子６０個からなる切頂二十面体（サッカーボール状）構造のフラーレンである。
ここで、エラストマー１００重量部に対するフラーレン（Ｃ60）の配合率は、たとえば、１〜５重量部、あるいは１〜１０重量部とすることができる。
【００２２】
［実施例］
加硫可能なエラストマー成分、フィラー、各種の添加物を混合し、バーバリ型混合機を用いて高温素練りした。添加物には、フラーレン（Ｃ60）が含まれている。そして加硫剤を加えて、オープンロールを用いて混練した。得られたゴム生成物をカレンダーロール機によりシーティングして本発明のインシュレーション材を作製した。この実施例では、エラストマー１００重量部に対してフラーレン（Ｃ60）が２重量部添加されたインシュレーション材（実施例１）と、エラストマー１００重量部に対してフラーレン（Ｃ60）が５重量部添加されたインシュレーション材（実施例２）を作製した。なお、インシュレーション材中のフラーレン（Ｃ60）の配合比は、実施例１では０．８ｗｔ％、実施例２では２．０ｗｔ％である。
また、比較例として、フラーレン（Ｃ60）を添加しないインシュレーション材を上記と同様の手順で作製した。
【００２３】
図２は、比較例と、本発明のインシュレーション材（実施例１及び実施例２）についての、フラーレンの添加量と加熱減量の関係を示す図である。図２では、比較例、実施例１及び実施例２のインシュレーション材をアルゴン雰囲気中で１０℃／ｍｍの昇温速度で６００℃まで加熱したときの加熱減量の測定結果を示している。
【００２４】
ここで、加熱減量とは、試料をある雰囲気下で徐々に加熱していった時に、加熱前の重量に対してどれだけガス化して失われたかを示す指標であり、例えば熱天秤により測定することができる。加熱減量は、加熱前の重量をＷ１、加熱後の重量をＷ２としたとき、下記の（１）式で表わされる。
加熱減量＝｛（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ１]×１００  ・・・（１）
【００２５】
図２から、インシュレーション材にフラーレン（Ｃ60）を添加した実施例１及び実施例２では、比較例と比べて加熱減量が少ないことがわかる。この結果は、熱分解が抑制され、残炭率が増加することを示している。ここで、残炭率とは、被測定物を加熱して、実質的に全量が炭素化されたときの残分を質量百分率で表したものである。
【００２６】
このように本発明のインシュレーション材によれば、残炭率が増加し、重量ベースでの焼失速度が低下するので、固体ロケットモータにおいてインシュレーション材の重量を低減でき、これにより固体ロケットモータを軽量化し、固体ロケットモータの高性能化を図ることが可能となる。
【００２７】
また図２から、フラーレン（Ｃ60）の添加量が多いほど加熱減量が減少していることがわかる。したがって、フラーレン（Ｃ60）の添加量は、上述した添加物の適切な配合比の範囲（好ましくは１〜３０重量％、より好ましくは２〜２０重量％）で、所望の加熱減量低減効果が得られるように設定するのがよい。しかし、エラストマー１００重量部に対するフラーレン（Ｃ60）の配合率が１〜５重量部あるいは１〜１０重量部の範囲であっても、十分に加熱減量低減効果が得られる。
【００２８】
なお、上記において、本発明の実施形態及び実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００２９】
１  固体ロケットモータ
２  モータケース
３  固体推進薬
４  ノズル
５  点火器
【図１】
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【図２】
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