Effect of Temperature and Thickness on Fracture Toughness of Solid Propellant

A cracked solid propellant would have failure or fracture of rocket because of excessive combustion according to increase of burning area, therefore it is important to evaluate the fracture toughness of solid propellant. A procedure is used to investigate the material under a range of test temperatures between -60 and $60^{\circ}C$, three kind of specimen thickness, 4, 12.5 and 24.5 mm to determine the effect of two parameters on the fracture toughness. A center cracked tension (CCT) specimen is used in these tests, which were conducted using INSTRON 5567 testing machine and environmental chamber to evaluate the fracture toughness. The experimental results show that the fracture toughness tends to decreases with an increase in the temperature, and the effect of thickness indicates that the fracture toughness is highest at 12.5 mm under various temperatures except $-60^{\circ}C$. It is found that the fracture toughness of solid propellant is changed due to glass transition behavior around $-60^{\circ}C$.

고체추진제의 파괴인성에 대한 온도 및 두께의 영향

균열이 발생된 고체추진제는 연소면적 증가에 따른 과연소 현상으로 인해 로켓의 손상 또는 파괴까지 일어날 수 있기 때문에 파괴인성을 평가하는 것은 매우 중요하다. 이 재료에 파괴인성에 미치는 온도 및 두께의 영향을 확인하기 위하여, 시험 온도는 $-60^{\circ}C$에서 $60^{\circ}C$ 범위, 시편의 두께는 4, 12.5, 24.5 mm 의 3 종류로 변화하여 Center cracked tension(CCT) 시편을 이용하여 파괴인성을 평가하였다. 본 시험 결과로부터 파괴인성은 온도 증가와 함께 감소하는 경향을 보이고 두께 변화에 대한 파괴인성은 $-60^{\circ}C$를 제외한 다른 온도조건에서 두께 12.5 mm 일 때 가장 크게 나타나고 있다. 고체추진제의 파괴인성은 $-60^{\circ}C$부근에서 유리전이거동에 의한 변화하는 것을 알 수 있다.