무연 화약

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)

3. 2. 이중 염기 화약 (Double-base powder)

3. 3. 삼중 염기 화약 (Triple-base powder)

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

4. 2. 구성 성분

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 면 린터는 수산화 나트륨 용액에 끓여 식물성 왁스를 제거한 다음 농축 질산과 황산을 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