탄피 document_id A220623068209

적용분야의 극한의 특성으로 인해, 탄약 카트리지의 제조에 사용되는 재료는 양호한 기계적 열적 특징을 가져야만 한다. 현재 전세계적으로 탄약의 모든 구경을 위한 카트리지 케이싱의 제조에 많이 사용되는 재료는 금속이다. 황동이 주로 사용되며, 그 뒤를 이에 소량의 강과, 제한된 양의 알루미늄이 사용된다. 탄약 카트리지 케이싱용으로 중합체 재료를 사용하는 것에 대해 지난 40 년 이상 동안 광범위하게 연구되고 있지만, 성공하지는 못했다. 황동, 강, 및 소량의 알루미늄 카트리지 케이싱은 중량이 무거우며 부식의 우려와 같은 중대한 문제점을 갖고 있다. 알루미늄은 또한 폭발성 산화 저하 (explosive oxidative degradation) 의 가능성이 있다는 문제점을 가지며, 이에 의해 저압의 카트리지에서만 사용되거나 또는 비교적 두꺼운 케이싱 벽을 견딜수 있는 적용분야에서만 사용된다. 이로 인해, 탄약 카트리지 케이싱 제조에 바람직한 재료는 경량이며 탄약 적용분야에 사용하기에 적합한 기계적 특성을 가지면서 내부식성을 갖게 된다. 다수의 경량의 중합체 재료가 충분한 내부식성을 갖지만, 오늘날까지, 중합체는 하등의 기계적 특성 및 열적 특성을 견딜 수 있는 소수의 (niche) 탄약 적용분야에서만 사용되고 있다 (예컨대, 엽총의 탄피는 폴리에틸렌 요소를 포함한다). 취급 및 저장 조건의 폭넓은 범위에서의 안정성이 중요하지만, 카트리지 재료에서 요구되는 가장 중요한 것은 발포시에 겪게 된다. 뇌관 (primer) 을 지지하는, 카트리지 베이스 단부의 재료는 기계적 고장없이 뇌관상에서 공이 (firing fin) 의 충격을 뇌관에서 먼저 흡수해야만 한다. 캡슐화된 발사화약의 착화 및 연소시, 급속 팽창한 가스가 고압을 발생시켜, 발사되는 화기의 총신으로부터 탄두를 발사한다. 탄약 카트리지 케이싱은, 기체 연소 생성물이 총신의 개구 방향으로만 팽창하고, 이에 의해 탄두 운동 에너지로의 에너지 변환을 최대화하도록 폭발에 의해 발생된 압력을 견뎌내고 포함해야만 한다 화기의 카트리지 약실은 카트리지의 외부측에 끼움고정되며, 이에 의해 반경 방향의 카트리지 케이싱 벽의 대부분을 지지하지만, 다수의 화기에서는 카트리지 베이스 단부의 일부가 약실로부터 튀어나와서 지지할 수 없게 된다. 발사시, 응력 프로파일이 카트리지 케이싱을 따라 발생하며, 가장 큰 응력은 베이스 단부에 집중된다. 따라서, 카트리지 베이스 단부는 가장 큰 기계적 강도를 가져야만 하며, 탄두를 수용하는 전방 단부를 향해 케이싱을 따라 축선 방향으로 기계적 강도의 점진적인 감소가 이루어져야 한다. 통상 황동 카트리지 케이싱은 변화하는 기계적 요구를 반영하는 케이싱 길이를 따라 강도 프로파일을 제공하도록 설계되고, 강도가 가장 크고 경도가 가장 큰 재료가 카트리지 베이스 단부에 위치되도록 설계된다. 황동 및 다른 금속에서, 강도 프로파일은 케이싱의 일단부로부터 타단부까지 열처리 조건을 변화시킴으로써 용이하게 유도되지만, 이는 중합체를 위한 선택사항은 아니다. 기계적 강도 프로파일은 케이싱 벽 두께를 변화시킴으로써 중합체 탄약 카트리지 케이싱에서 이루어질 수 있지만, 케이싱의 외부 기하학적 형상은 존재하는 화기의 약실 크기에 의해 고정되며, 증가된 케이싱 벽 두께는, 케이싱이 종종 요구되는 추진제 충전량을 허용하기에 불충분한 내적을 갖게 한다. 다수의 탄약 물품은 2 이상의 별개의 부품으로 이루어진 카트리지 케이싱으로 설계된다. 각각의 구성요소는 통상 상이한 재료로 제조되며, 고강도의 통상 금속 재료는 카트리지 케이싱 베이스 부분 또는 "캡"을 구비하며, 중합체 또는 다른 재료는 케이싱의 나머지부분을 구비한다. 예컨대, 입수가능한 엽총 탄약은 중합체 최상부 또는 슬리브에 결합되는 금속 베이스 또는 캡을 채용한다. 상당량의 금속이 이러한 탄약 카트리지를 위해 요구되지만, 중량 및 비용 절감이 상업적으로 허용될 수 있을 만큼 충분히 이루어질 수 있다. 탄약 카트리지의 가장 심각한 기계적 필요 조건이 베이스 단부에 집중되며, 케이싱의 최상부 또는 전방부는 또한 수개의 재료 필요 조건도 충족시켜야 한다. 카트리지 폭발 화약의 연소시, 대량의 에너지가 대개 수밀리초 동안 방출되어 높은 응력 및 높은 변형율을 발생시킨다. 케이싱 재료는 취성 파괴되지 않고 폭발 충격을 흡수할 수 있는 적절한 연성을 가져야만 한다. 또한, 이 재료는 크립, 플로우 또는 다른 변형을 회피하기에 충분한 강성 및 강도를 가져야만 한다. 플라스틱 탄약 카트리지를 설계하기 위해서 많은 노력을 기울이고 있으며, 또한 이 분야의 전문가들은 다양한 재료를 시험하고 있다. 이러한 시도에도 불구하고, 일관적인 성공이 이루어지지 않고 있다. 케이싱 재료에 대한 요구로 인해, 적합한 중합체 재료를 식별해내는 것이 중합체 케이스화된 탄약에서 발생하는 주된 문제점으로 남아 있다. 이에 의해 시도되는 모든 중합체 재료는 발사시 발생되는 충격 에너지의 흡수 또는 고온에서 기계적 무결성의 유지에 심각하게 부족한 것으로 판명나고 있다. 당 분야에서 중대한 개선은 탄약 카트리지 케이싱의 최상부 또는 전방부로서 적어도 기능할 수 있는 중합체 재료의 식별일 것이다.