Copolymerization effects in a new UV curable binder for additive manufacturing of solid propellants

A new technique for composite solid propellant grain manufacture based on additive-manufacturing process and UV-curing has been recently proposed. This innovative process allows more complex grain geometry, that means customized thrust-pressure profile or fine thrust tuning leading to a broadening of possible suitable propulsive missions. Moreover, it is isocyanate-free exploiting UVsensitive components. The presented work shows the experimental results obtained during a test campaign on pure binder samples and on propellant inert simulators. The work is mainly focused on binder properties: starting from a yet proven chemical formulation, the use of additives in different quantities is evaluated with the aim to improve the mechanical properties of the final propellant, especially the adhesion between the binder and the oxidizer particles. First the curing behaviour of the binder is studied through swelling experiments and compared to UV curing theory. Then its mechanical properties are studied trough DMA analysis. Different mixing techniques are also compared. Finally inert propellant samples are tested trough DMA analysis and tensile tests.

Una nuova tecnica per la produzione di propellenti solidi basata sull’ Additive Manufacturing e sulla fotopolimerizzazione UV è stata recentemente proposta. Questo processo innovativo consente di realizzare geometrie del grano solido più complesse che portano ad avere profili di spinta personalizzati ampliando così lo spettro delle possibili missioni propulsive. Inoltre questo processo risulta privo di isocianati. A partire da una formulazione chimica già comprovata, viene analizzato l’effetto dovuto all’aggiunta di additivi, con l’obiettivo di migliorare la proprietà meccaniche del propellente finale, in particolare l’adesione tra il legante e i sali di ossidante. In primo luogo, il comportamento di reticolazione del legante puro viene studiato attraverso esperimenti di rigonfiamento e confrontato con la teoria della reticolazione UV. Vengono inoltre confrontate diverse tecniche di miscelazione. Successivamente vengono studiate le proprietà meccaniche attraverso analisi di DMA. Infine, campioni di propellente inerte vengono testati meccanicamente attraverso analisi di DMA e prove a trazione.