맨위로가기

무연 화약

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.

1. 개요

무연 화약은 흑색 화약의 대체품으로 개발된 화약으로, 1880년대에 등장하여 현대 소총 탄약에 널리 사용된다. 주요 성분은 니트로셀룰로스, 니트로글리세린, 니트로구아니딘 등이며, 단일 염기, 이중 염기, 삼중 염기 화약으로 분류된다. 무연 화약은 흑색 화약보다 연기가 적고 효율이 높지만, 시간이 지나면 열화되어 산성 부산물을 생성하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 안정제, 탈동첨가제, 마모 감소 물질 등이 첨가된다. 무연 화약은 조각의 크기와 모양에 따라 연소 속도가 달라지며, 압출, 과립화 등의 과정을 거쳐 제조된다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 화약 -
    총은 화약 폭발력으로 발사체를 발사하는 화약 무기의 총칭으로, 중국에서 유래하여 다양한 형태와 작동 방식으로 발전해 왔으며, 전쟁과 사회에 큰 영향을 미치면서 현대에는 군사, 사냥, 스포츠 등 다양한 분야에 사용된다.
  • 화약 - 흑색화약
    흑색화약은 질산칼륨, 황, 탄소 혼합물로 이루어진 폭발성 물질로, 중국에서 발명되어 의식 및 축제용으로 사용되다 군사 무기로 발전, 유럽으로 전파되어 대포 발전에 기여했으며, 현대에는 사용량이 감소했으나 여전히 여러 분야에서 사용되지만 전쟁 및 환경 오염 등의 부정적 측면도 존재한다.
  • 가루 - 베이킹파우더
    베이킹파우더는 반죽을 부풀리는 팽창제로, 탄산수소나트륨, 산성제, 완충 물질이 수분과 반응하여 이산화탄소를 생성하며, 단일 작용과 이중 작용으로 나뉘고, 베이킹소다와 달리 산성 재료 유무와 관계없이 사용 가능하다.
  • 가루 - 화산재
    화산재는 화산 유리, 광물 결정, 암석 파편 등으로 이루어진 직경 2mm 이하의 입자로, 응회암을 형성하고 지층 시기 특정의 지표가 되며 인체, 사회 기반 시설, 농업, 항공 등 다양한 분야에 영향을 미친다.
무연 화약
개요
종류추진제
역사 및 특성
특징연소 시 연기가 발생하지 않는 화약
역사19세기 후반 발명
주요 성분니트로셀룰로스
니트로글리세린
다이너마이트
장점흑색 화약보다 강력한 폭발력
연소 후 잔여물 감소
단점흑색 화약보다 높은 가격
주의사항보관 및 취급 시 주의 필요
사용 분야
주요 용도탄약 추진제
대포 추진제
로켓 추진제
추가 용도광산 발파
건설 발파
제조 및 구성
주성분니트로셀룰로스 (단일, 이중, 삼중)
안정제디페닐아민
가소제니트로글리세린
디부틸프탈레이트
첨가제칼륨

주석 화합물
유형
종류무연 분말 (일반)
반무연 분말
추가 정보
기타흑색 화약 대체
고속 연소
다양한 모양 (압출, 플레이크, 볼/구형)

2. 역사

흑색 화약의 한계를 극복하기 위해 개발된 무연 화약은 전장에서 시야 확보와 화기 성능 향상에 크게 기여했다.

1846년 크리스티안 쇤바인이 니트로셀룰로스를 발명했지만, 초기에는 문제점이 많아 바로 실용화되지 못했다. 1884년 폴 비에유는 B 화약을 발명했다. B 화약은 에테르와 알코올을 혼합하여 젤라틴화시킨 면 화약을 롤러로 얇게 펴서 조각 모양으로 만든 것이다. 안정성이 높고 습기에 강해 소총 탄약으로 적합하여, 프랑스군은 8mm 르벨 실포와 르벨 M1886 라이플에 사용했다.

1887년 알프레드 노벨은 ballistite영어라는 무연 화약을 개발했으나, 1889년 프레데릭 아벨과 제임스 듀어가 개발한 코르다이트와 유사하여 특허 침해 소송에서 패소했다.[14] 1890년 미국에서 무연 화약 특허는 허드슨 맥심이 취득했다.

1889년 개발된 코르다이트는 이후 무연 화약의 주류가 되었다.

오야마 이와오는 유럽 시찰 중 프랑스에서 B 화약을 소량 가져왔고, 1893년 이타바시 화약창에서 일본 최초로 무연 화약을 제조했다.[12] 이 국산 무연 화약은 1889년 제식 채용된 22년식 무라타 연발총에 처음 사용되었다. 초기에는 민간 유통이 제한되어 수입품에 의존했으나, 오누마 토세키, 이이시마 카이 등의 건의로 이타바시 화약창에서 L자, NN자 사냥용 무연 화약이 제조, 판매되었다. 1924년 마즈 사냥용 무연 화약이 제조, 판매되었고, 미국 레밍턴, Eley Brothers|label=영국 엘리영어, Dynamit Nobel|label=독일 발스로드(로트벨)영어 등 수입 무연 화약에 필적하는 성능을 보였다. 제2차 세계 대전 발발로 일본 육군 화약창의 민간용 화약 판매가 중지되자, 일본 유지의 츠바사자 무연 화약이 사용되었다.[12] 일본 유지는 1949년까지 닛산 화학 공업으로 개칭하여 츠바사자 무연 화약을 공급했고, 1952년 구 육군 NN자 무연 화약 판매를 재개했으며,[13] 아사히카세이, 다이셀 등도 사냥용 무연 화약 사업에 참여했다.

2. 1. 흑색 화약의 문제점

흑색 화약은 연소 시 많은 연기를 발생시켜, 특히 나폴레옹 전쟁과 같은 대규모 전투에서 심각한 시야 방해를 초래했다. 이는 지휘관의 명령 전달을 어렵게 하고, 사격 효율을 떨어뜨렸다.[2] 흑색 화약은 흡습성 고체 잔여물을 남겨 총기 고장을 유발하고, 잦은 청소를 필요로 했다.[2] 낮은 에너지 효율로 인해 흑색 화약은 동일한 위력을 내기 위해 더 많은 양을 필요로 했다.

나폴레옹 전쟁 무렵까지의 군 지휘관들은 화기를 발사하면 나오는 백색 연기로 덮인 전장의 문제에 대해 불만을 가졌다. 바람이 불면 곧 걷히지만, 무풍 상태에서는 안개처럼 정체되어 시야를 방해했다. 19세기 초까지 군의 명령 전달은 전령을 보내 직접 전달하는 것 외에 기류 신호나 요동 통신 등의 시각 통신에 의존했기 때문에 영향이 컸다. 또한 군복도 아군에 대한 오사를 피하기 위해 연기 속에서도 눈에 띄기 쉬운 화려한 색을 사용하거나, 거리를 오인하게 하기 위해 높은 모자를 채용했다.

화약 연소 생성물의 상당 부분은 흡습성 고체, 즉 공기 중의 수분을 끌어당겨 사용 후마다 청소를 의무화하여 총열에 물이 축적되어 부식 및 조기 고장을 방지한다. 이러한 고체는 또한 화약이 심각한 오염을 생성하는 원인이 되어 후장식 작동 방식이 고착되고 재장전을 어렵게 만드는 원인이 된다.

2. 2. 초기 무연 화약의 개발

1846년, 크리스티안 쇤바인이 니트로셀룰로스를 발명했지만, 초기에는 문제점이 많아 바로 실용화되지 못했다.[14] 1884년 하이럼 맥심은 에테르와 알코올을 혼합하여 젤라틴화시킨 면화약(니트로셀룰로스)을 롤러로 얇게 펴서 조각 모양으로 만든 B 화약을 발명했다. B 화약은 안정성과 습기에 강한 특성 덕분에 현대 소총 탄약에 널리 사용되었다. 같은 해, 폴 비에유는 Poudre B(백색 화약)를 발명했다. Poudre B는 68.2%의 불용성 니트로셀룰로스, 29.8%의 용해성 니트로셀룰로스를 에테르로 젤라틴화하고 2%의 파라핀으로 만들었으며, 8×50mmR Lebel 탄약을 사용하는 르벨 소총에 사용되었다.

1887년, 알프레드 노벨은 발리스타이트라는 무연 화약을 개발했다. 그러나 1889년 프레데릭 아벨과 제임스 듀어가 개발한 코르다이트와 매우 유사하여 특허 침해 소송이 발생했고, 노벨은 패소했다.[14] 1890년에는 허드슨 맥심이 미국에서 무연 화약 특허를 취득했다.

2. 3. 코르다이트의 등장과 발전

1889년 프레데릭 아벨과 제임스 듀어는 코르다이트를 개발했다.[14] 코르다이트는 니트로글리세린, 니트로셀룰로스, 바셀린 혼합물로 구성되어 안정성과 성능이 뛰어났다. 코르다이트는 영국군에 채택되어 제식 화약으로 사용되었으며, 이후 지속적인 개량을 거쳐 성능이 향상되었다. 코르다이트는 무연 화약의 주류로 자리 잡았으며, 다른 국가에서도 유사한 화약들이 개발되었다.

2. 4. 한국으로의 전파

오야마 이와오는 유럽 시찰 시 프랑스에서 B 화약을 소량 가져왔다. 이를 분석 및 시험하여 1893년 이타바시 화약창에서 일본 최초로 무연 화약을 제조했다.[12] 1889년 (메이지 22년) 제식 채용된 22년식 무라타 연발총에 처음으로 국산 무연 화약이 사용되었다.[12] 초기에는 무연 화약의 민간 유통이 제한되어 수입품에 의존해야 했으나, 이후 일본 내 생산이 증가하면서 민간에도 보급되었다.[12]

2. 5. 현대의 무연 화약

2007년 헥사 나이트로 헥사 아자이소 부르치탄(HNIW) 기반의 무연 화약이 등장했다. 이 화약은 같은 부피에서 기존의 나이트로셀룰로스 기반 물질보다 30% 가까이 위력이 높고, 발사 시 연기나 불꽃도 적어 성능이 크게 향상되었다. 이에 따라 탄피 부분이 작은 탄약이 개발되고 있다.[14]

3. 무연 화약의 종류

무연 화약은 구성 성분에 따라 다음과 같이 분류된다.


  • 단일 염기 화약: 니트로셀룰로스를 주성분으로 한다.
  • 이중 염기 화약: 니트로셀룰로스와 니트로글리세린을 주성분으로 한다.
  • 삼중 염기 화약: 니트로셀룰로스, 니트로글리세린, 니트로구아니딘을 주성분으로 한다.

3. 1. 단일 염기 화약 (Single-base powder)

니트로셀룰로스를 주성분으로 하는 화약이다.

3. 2. 이중 염기 화약 (Double-base powder)

니트로셀룰로스와 니트로글리세린을 주성분으로 하는 화약이다.

3. 3. 삼중 염기 화약 (Triple-base powder)

니트로셀룰로스, 니트로글리세린, 니트로구아니딘을 주성분으로 하는 화약이다. 연소 시 발생하는 섬광과 화염 온도를 낮추는 데 효과적이지만, 연기가 더 많이 발생하고 가격이 비싸다는 단점이 있다. 주로 포병 및 전차포와 같이 보어 침식이 심한 고속 대구경 탄약에 사용된다.

4. 무연 화약의 특성 및 구성

나폴레옹 전쟁 무렵까지 군 지휘관들은 화기 발사 시 발생하는 짙은 백색 연기로 인해 전장 상황 파악에 어려움을 겪었다. 바람이 불면 연기가 걷히기도 했지만, 바람이 없는 경우에는 연기가 안개처럼 정체되어 시야를 방해했기 때문이다. 특히 19세기 초까지 군의 명령 전달은 전령을 보내거나 기류 신호, 요동 통신과 같은 시각 통신에 의존했기 때문에 연기로 인한 시야 방해는 더욱 큰 문제였다. 또한, 아군 간의 오인 사격을 막기 위해 군복은 연기 속에서도 눈에 잘 띄는 화려한 색상을 사용했고, 병사들은 적에게 거리를 오인하게 만들기 위해 높은 모자를 착용해야 했다.

이러한 문제를 해결하기 위해 1846년 크리스티안 쇤바인이 니트로셀룰로스를 발명했지만, 여러 문제점으로 인해 바로 실용화되지는 못했다. 이후 1884년 폴 비에유는 에테르와 알코올을 혼합하여 젤라틴화시킨 면 화약을 사용해 B 화약이라 불리는 무연 화약을 발명했다. B 화약은 안정성이 높고 습기에 강해 근대적인 소총 탄약으로 적합하다고 판단되었고, 프랑스군은 이를 위해 8mm 르벨 실포와 르벨 M1886 라이플을 개발했다. 제1차 보어 전쟁 무렵에는 무연 화약이 널리 보급되어 전장의 시야가 개선되었고, 화려한 색상의 군복은 저격에 취약해져 눈에 띄지 않는 색상으로 바뀌었다.

1887년 알프레드 노벨은 코르다이트와 매우 유사한 ballistite라는 무연 화약을 개발했으나, 이로 인해 특허 침해 소송이 발생하기도 했다. 1890년에는 허드슨 맥심이 미국에서 무연 화약 특허를 취득했다. 1889년에는 코르다이트가 개발되어 이후 무연 화약의 주류가 되었다.

오야마 이와오는 유럽 시찰 중 프랑스에서 B 화약을 소량 가져왔다. 이후 분석 및 시험을 거쳐 1893년 이타바시 화약창에서 일본 최초로 무연 화약 제조가 이루어졌다. 이 국산 무연 화약은 1889년 제식 채용된 22년식 무라타 연발총에 처음 사용되었지만, 초기에는 민간에 대한 공급이 원활하지 않아 사냥꾼들은 고가의 수입품에 의존해야 했다. 이러한 상황을 개선하기 위해 오누마 토세키, 이이시마 카이 등의 건의로 이타바시 화약창에서 사냥용 무연 화약인 L자, NN자, 마즈 사냥용 무연 화약이 제조, 판매되었다. 제2차 세계 대전 발발로 일본 육군의 화약창들은 민간용 화약 판매를 중지했고, 사냥꾼들은 일본 유지가 판매한 츠바사자 무연 화약을 사용하게 되었다.[12] 일본 유지는 닛산 화학 공업으로 개칭 후에도 츠바사자 무연 화약 공급을 계속했고, 1952년에는 구 육군의 NN자 무연 화약 판매를 재개했다.[13] 아사히카세이, 다이셀 등도 사냥용 무연 화약 사업에 참여했다.

4. 1. 특성

무연 화약의 특성은 조각의 크기와 모양에 따라 크게 달라진다. 추진제의 비표면적은 연소 속도에 영향을 주는데, 입자의 크기와 모양이 이를 결정한다. 모양을 조작하여 연소 중 압력 증가 속도를 조절할 수 있다. 무연 화약은 조각 표면에서만 연소되는데, 조각이 클수록 더 느리게 연소된다. 연소 속도는 화염 방지 코팅으로 추가 제어할 수 있다. 빠른 연소 권총 화약은 플레이크와 같이 넓은 표면적을 가진 모양을 압출하거나 구형 과립을 평평하게 만들어 제조한다.

최대한의 속도를 얻기 위해 포신 내에 있는 한 추진 발사체에 거의 일정한 압력이 가해지도록 연소 속도를 조절한다. 관통은 외부가 안쪽으로 연소함에 따라(연소 표면적 감소) 내부는 바깥쪽으로 연소하여(연소 표면적 증가) 연소 속도를 안정시킨다.

무연 화약은 포신 녹을 유발하는 흑색 화약과 관련된 오염 물질을 남기지 않는다. 다만, 일부 프라이머 화합물은 흡습성 염을 남길 수 있지만, 1920년대에 부식성이 없는 프라이머 화합물이 도입되었다.

빠른 연소 추진제는 더 높은 온도와 압력을 생성하지만, 총포신 마모를 증가시킨다.

니트로셀룰로스는 시간이 지남에 따라 열화되어 산성 부산물을 생성한다. 이러한 부산물은 추가적인 열화를 촉매하여 그 속도를 증가시킨다. 대량의 화약 또는 너무 큰 고체 추진제를 보관하는 경우 방출된 열은 물질의 자연 발화를 유발할 수 있다. 단일 염기 니트로셀룰로스 추진제는 흡습성이 있으며 열화에 가장 취약하고, 이중 염기 및 삼중 염기 추진제는 더 느리게 열화되는 경향이 있다. 카트리지와 총포신의 금속 부식을 유발할 수 있는 분해 생성물을 중화하기 위해 일부 제제에 탄산 칼슘이 첨가된다.[3]

열화 생성물의 축적을 방지하기 위해 안정제가 첨가된다. 디페닐아민은 가장 일반적으로 사용되는 안정제 중 하나이다.[4][5] 안정제는 제제 총량의 0.5~2%의 양으로 첨가되며, 더 많은 양은 탄도 특성을 저하시키는 경향이 있다. 안정제의 양은 시간이 지남에 따라 감소하며, 보관 중인 추진제는 안정제의 잔류량을 주기적으로 테스트해야 한다. 안정제의 고갈은 추진제의 자연 발화로 이어질 수 있다. 습도는 시간이 지남에 따라 안정제의 소비를 변화시킨다.[7]

4. 2. 구성 성분

무연 화약의 주요 구성 성분은 다음과 같다:

구분성분설명
주요 에너지 성분
안정제
탈동첨가제
마모 감소 물질
소염제
기타 첨가제


5. 제조 과정



무연 화약은 에테르와 같은 용매를 사용하여 작은 구형 공으로 과립화하거나, 다양한 단면 모양(다양한 직사각형 비율의 스트립, 단일 또는 다중 구멍 실린더, 슬롯 실린더)의 실린더 또는 스트립으로 압출할 수 있다. 이러한 압출물은 짧은 조각("플레이크") 또는 긴 조각("코드"는 길이가 몇 인치)으로 잘릴 수 있다. 대포 화약이 가장 큰 조각을 가지고 있다.

미국 해군은 1900년부터 메릴랜드주 인디언 헤드에서 해군 포병용 단일 기반 튜브형 화약을 제조했다. 비슷한 절차가 1907년부터 피카티니 조병창에서 미국 육군 생산에 사용되었으며, 1914년 이후에는 더 작은 입자의 개량형 군용 소총 (IMR) 화약을 제조하는 데 사용되었다. 짧은 섬유 린터는 수산화 나트륨 용액에 끓여 식물성 왁스를 제거한 다음 농축 질산황산을 혼합하여 니트로셀룰로오스로 전환하기 전에 건조했다. 니트로셀룰로오스는 이 제조 과정에서 여전히 섬유질 면과 유사하며, 반응하지 않은 산이 제거될 때까지 공기 중에서 자연적으로 점화되기 때문에 일반적으로 파이로셀룰로오스로 식별되었다. ''건코튼''이라는 용어도 사용되었는데, 일부 자료에서는 건코튼을 어뢰와 기뢰 탄두에서 TNT를 사용하기 전에 사용되는 더욱 광범위하게 질화되고 정제된 제품으로 식별한다.

반응하지 않은 산은 화학적 펄프 생산 중에 제지 공장에서 사용되는 것과 유사한 다단계 배수 및 수세 공정을 통해 파이로셀룰로오스 펄프에서 제거되었다. 가압된 알코올은 에테르와 디페닐아민을 혼합하기 전에 배수된 파이로셀룰로오스에서 남은 물을 제거했다. 그런 다음 혼합물을 원하는 길이의 입자로 절단할 긴 튜브형 코드를 압출하는 프레스를 통과시켰다.

그런 다음 알코올과 에테르는 "그린" 화약 입자에서 증발하여 소총 화약의 경우 3%, 대형 포병 화약 입자의 경우 7%의 잔류 용매 농도를 남겼다. 연소율은 용매 농도에 반비례한다. 입자는 후속 혼합 시 정전기 생성을 최소화하기 위해 전도성 흑연으로 코팅되었다. 10톤 이상의 화약 입자가 포함된 "로트"는 탄도 차이를 최소화하기 위해 혼합 호퍼의 타워 배열을 통해 혼합되었다. 각 혼합 로트는 원하는 성능에 맞는 적절한 장약량을 결정하기 위해 테스트를 받았다.

군사용으로 대량의 오래된 무연 화약은 때때로 추진제의 새로운 로트로 재작업되었다. 1920년대에 프레드 올슨은 피카티니 조병창에서 제1차 세계 대전 중 제조된 수 톤의 단일 기반 대포 화약을 구제하는 방법을 실험했다. 올슨은 1929년 웨스턴 카트리지 컴퍼니(Western Cartridge Company)에 고용되었고, 1933년까지 구형 무연 화약을 제조하는 공정을 개발했다. 재작업된 화약 또는 세척된 파이로셀룰로오스는 원하는 안정제 및 기타 첨가제의 소량을 함유한 에틸 아세테이트에 용해될 수 있다. 결과로 얻어진 시럽은 물 및 계면활성제와 결합하여 가압 용기에서 가열 및 교반될 수 있으며, 시럽은 원하는 크기의 작은 구형 액적 에멀젼을 형성한다. 에틸 아세테이트는 압력을 서서히 감소시켜 니트로셀룰로오스와 첨가제의 작은 구체를 남기면서 증류된다. 구체는 이후 에너지를 증가시키기 위해 니트로글리세린을 첨가하고, 롤러 사이에서 균일한 최소 치수로 평평하게 하고, 점화를 늦추기 위해 프탈레이트 억제제로 코팅하고, 혼합 시 흐름 특성을 개선하기 위해 흑연으로 유약을 바르는 방식으로 수정될 수 있다.

현대 무연 화약은 제너럴 다이내믹스(General Dynamics)가 소유한 세인트 마크스 화약(St. Marks Powder), Inc.에서 미국에서 생산된다.

참조

[1] 서적 Handloading National Rifle Association of America 1981
[2] 서적 A Cultural History of Firearms in the Age of Empire https://books.google[...] Routledge 2016-03-16
[3] 웹사이트 The Great Propellant Controversy http://www.thegunzon[...] 2013-06-29
[4] 간행물 Combined evaluation of nitrocellulose-based propellants: toxicity, performance, and erosivity https://www.tandfonl[...] 2019-07-03
[5] 간행물 Nitrocellulose-based propellants: elucidation of the mechanisms of the diphenylamine stabilizer employing density functional theory https://www.tandfonl[...] 2023-02-01
[6] 간행물 Effect of ageing on the combustion of single base propellants https://linkinghub.e[...] 2020
[7] 간행물 Effect of relative humidity and absorbed water on the ethyl centralite consumption in nitrocellulose-based propellants https://link.springe[...] 2023
[8] 서적 Encyclopedia of Explosives and Related Items https://books.google[...] Picatinny Arsenal 1960
[9] 특허 US patent 899855A
[10] 웹사이트 AMMUNITION https://nigelef.trip[...] 2024-10-13
[11] 문서 https://apps.dtic.mi[...]
[12] 서적 日本狩猟百科 1973
[13] 웹사이트 日本油脂(株)『日本油脂50年史』(1988.05) https://shashi.shibu[...] 1988-05
[14] 서적 The Life of Alfred Nobel William Heinemann Ltd. 1929



본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com