Novos critérios para avaliação da vida útil de propelentes de base dupla empregados em motores de foguete

Abstract

Neste trabalho, o grão propelente estudado pertence ao foguete SBAT-70, um foguete não-guiado de alta energia, sistema ar-terra, usado em helicópteros ou aeronaves. O propelente sólido é de base dupla estabilizado com 2-nitrodifenilamina (2-NDPA). Durante o tempo de armazenamento, transporte e manuseio, ocorrem processos de decomposição química que reduzem a vida útil do propelente. Podem-se observar três vias principais de decomposição química: a lenta decomposição intrínseca da nitrocelulose (que não pode ser interrompida por estabilizantes), a decomposição térmica (na ausência de estabilizante, torna-se autocatalítica) e a hidrólise ácida da nitrocelulose e nitroglicerina. Com o decréscimo do estabilizante e a diminuição do peso molecular da nitrocelulose, a degradação da nitrocelulose provocará uma deterioração das propriedades mecânicas dos propelentes resultando em fissuras no grão. Além disso, as reações de decomposição térmica são autocatalíticas e acompanhadas de geração de calor. Devido à baixa condutividade dos propelentes, o calor libertado pode acumular-se no grão propelente e, dependendo da temperatura de armazenamento e do diâmetro de grão propelente, pode ocorrer a autoignição ou explosão térmica do propelente. As mudanças de propriedades relevantes limitam a vida operacional segura e confiável dos foguetes assim como o seu desempenho. Portanto, o conhecimento de propriedades físico químicas bem como previsão do comportamento do motor foguete durante o tempo de armazenamento é de grande importância. A estabilidade química dos propelentes foi verificada e comprovada pelo Teste de Bergmann-Junk, pela determinação da concentração do estabilizante 2-nitrodifenilamina (2- NDPA) por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE) e pelo ensaio no Microcalorímetro de Fluxo de Calor. Correlacionando os resultados destes ensaios, pode-se dizer que a perda da estabilidade será iniciada após 20 anos de armazenagem. Os resultados das análises em Cromatografia de Permeação em Gel se mostraram compatíveis com a degradação da cadeia polimérica da nitrocelulose presente nos propelentes. Os motores foguetes fabricados em 2002 e 1999 apresentaram desempenho balístico dentro do especificado para um motor foguete nacional. O aspecto homogêneo verificado no Microscópio Eletrônico de Varredura pode justificar o desempenho dos foguetes no ensaio balístico e sua estabilidade físico-química. Como o desempenho balístico dos motores foguetes com mais de 15 anos de fabricação estava dentro dos parâmetros dentro do especificado para um motor foguete nacional recém fabricado e a projeção dos resultados dos ensaios de estabilidade físico-químico realizados nos grãos propelentes indicam a estabilidade dos propelentes por 20 anos de armazenagem a 25°C, foi possível estabelecer critérios adicionais de recebimento e de acompanhamento para motores foguetes SBAT-70 com até 15 anos de fabricação. Enfim, a combinação de várias técnicas é essencial para compreender a relação entre as propriedades físico-químicas, a estabilidade química e o desempenho do foguete durante o envelhecimento natural e artificial.