Effects of iron-based additives on the thermal decomposition of HTPB binder

Solid propulsion is fundamental to access to space. The need for oxidant and fuel in composite solid propellants implies the presence of a polymeric binder to keep everything together and to grant adeguate mechanical properties. This work is an attempt to study the effects on the thermal decomposition of HTPB binder of some iron-based additives. This thesis involves the procedure to properly prepare the binder with the fuel additives and the consequent thermal analysis. The iron-based additives that have been used are iron(III) oxide, both with micrometric and nanometric particle size, and ferrocene. They have been used in the binder in a 5% of mass concentration. The thermal analysis has been performed by means of a Simultaneous Thermal Analyzer (STA), operating the Thermogravimetric Analysis (TGA) and the Differential Thermal Analysis (DTA). The experimental campaign has been carried out at Space Propulsion Laboratory of Politecnico di Milano, and the results confirm some influence of iron-based additives on the thermal decomposition of HTPB binder.

La propulsione solida è fondamentale per l’accedere allo spazio. E, tra le varie questioni inerenti, un legante polimerico si rende necessario per riuscire a tenere insieme e conferire adeguate proprietà meccaniche all’ossidante e al combustibile che formano il propellente solido. In questo lavoro ci si è concentrati sullo studio degli effetti sulla decomposizione termica dell’HTPB, un particolare legante polimerico, provocati dalla presenza nella formulazione di alcuni additivi a base di ferro. In questa tesi si è partiti dalla ricerca di una procedura per la preparazione del legante con gli additivi a base di ferro e dopodichè si è passati all’analisi termica. Gli additivi oggetto di studio sono stati l’ossido ferrico, sia in scala micrometrica che nanometrica, e il ferrocene, tutti con una concentrazione in massa del 5%. L’analisi termica è stata svolta tramite un Simultaneous Thermal Analyzer (STA), il quale ha operato l’analisi termogravimetrica (TGA) e l’analisi termica differenziale (DTA). La campagna sperimentale è stata svolta presso lo Space Propulsion Laboratory del Politecnico di Milano, e i risultati hanno confermato una certa influenza degli additivi a base di ferro sulla decomposizione termica dell’HTPB.