[AR] Re: Trimodal AP

  • From: "Jim Rosson" <jmrosson@xxxxxxx>
  • To: <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Sun, 5 Aug 2018 00:07:41 -0700

Bill:

 

Anthony nailed it.  

 

There is no one perfect blend of 400/200/90 in APCP.  You must consider ALL 
solid particles used in formula greater than 1-2% of total.  Optimizing 
particle size blend is a complex statistical probability equation, best 
visualized with CAD or 3D solids modeling tool.  The Katz book is good starting 
point.

 

IMHO - The ISP differences between bi-modal and tri-modal AP for amateur HPR 
are not worth the hype wrapped around them.  Most of the tri-modal blends I 
used where only Tri-modal to help adjust burn rate, or increase mix viscosity 
to eliminate particle size settling/stratification.    BTW – One size AP can be 
also used with bi-modal metal powders in highly metalized APCP. Think about 
it…J  

 

Oh look a rabbit hole appeared? J

 

To make APCP particle sizing even more complex, a perfect packed size blend is 
horrible to mix as there is no extra space in matrix for movement. You almost 
do not want a perfect 100% packing density matrix, as you get reduced shear 
thinning.  Processing a perfect blend successfully requires complex vacuum 
blending/casting equipment, and usually entails processing aids to reduce 
friction during mixing.   It is quite common for formulator to design max 
packing density, and then look for best way to keep energy density high, and 
improve processing with adjusted size mix.

 

As Chuck Rogers noted: AP particle sizing is not as simple as it seems.  :o) 

Something called 200um AP is actually a range of particle sizes with statistic 
average near 200um.  There is even an allowable percentage of particles that 
are well outside of a ‘200um’’ range, depending on purchase specification!  
Have seen bottom of a surplus 200um AP drum that had 20%+ broken AP fines in it 
due to rough transportation.  These size variations will wreak havoc on your 
packing density and propellant characteristics.  You ALWAYS want to 
re-characterize your formula with each and every new batch of raw materials.  
It is only way to ensure that raw materials are making same thing every time.

 

If you look up the government sourcing documents on AP (remember one was MIL 
822667 as it plastered on every drum?), they are probably best definition for 
what is expected inside a drum of 200um AP as government buys more than anyone 
else.

 

If you want to climb further down AP size rabbit hole:

  

Not sure if still true, as I am out of HPR game now, but;  Majority of AP 
bought and sold by amateur community used to be government surplus (or surplus 
from a contractor working for government/aerospace contracts)?

In 20+ years I made HPR motors, personally inspected and processed hundreds 
drums/totes of surplus AP.   Everyone of small lot chemical distributors that 
HPR folks use are all buying surplus AP from same (2) chemical brokers that 
buy/sell AP in USA, or they have cash to buy large lots directly from exact 
same government surplus auctions.   

Back when my partner was alive,  AMW used to split lots with one of brokers 
occasionally.  We had so much in inventory at times, one particular Florida 
hurricane flooded 2 shipping containers holding 35,000+ pounds of AP, 
destroying most all of it. L    When a crazy dude (who has repeatedly threaten 
to kill me) started funding AP buys with my partner and broker buying large 
lots to supply amateur crowd, I stopped participating in surplus purchase 
process and sort of lost track of it.   I hear he actually resorted to buying 
directly from the mfg at one point, as surplus market has disappeared?  Good 
for community.

 

One problem with surplus AP market that you need to watch out for:  What is 
really in the drum?    

AP was sold ”surplus” for a reason.

 

Much of surplus AP is sold as remnants left over after a contract is completed, 
years later.  When Thiokol shuttle booster program used to sell surplus lots, 
it was typically 50+ drum lots.  When smaller missile programs sold surplus it 
was 2-3 drums, or less.   Reason being, they always buy enough to finish 
contract from same mfg lot to keep same performance. 

Another (scary) reason AP is surplus;  because it failed to met particle size 
specifications.  This size failure could be as shipped from mfg, or could be 
due excess/poor storage conditions that allowed excess clumping or particle 
size changes.   Chemicals are not “fun” to return to mfg nor cheap to dispose 
of properly; so many times these out of specification materials get sold in 
surplus chemical market “AS IS” for alternate uses. 

Believe it not, when surplus AP was really cheap in 90’s due bi-annual Thiokol 
AP surplus sales; one ammunition company would buy every AP lot listed below 
their trigger price.  They would separate AP into perchlorate acid and ammonia. 
 The separated perchlorate was cheaper than buying it new from mfg, and ammonia 
was sold for fertilizer.  We could always tell then perchlorate acid pricing 
was lower than re-processed surplus AP, as there was less competitive bidding 
on surplus lots. J 

 

As Anthony noted: AP in USA is mfg by one monopoly mfg. L   I hear pricing has 
gone crazy lately?

Maybe this will help?

AP is also produced in China in large quantities.   “Surplus” pricing became 
available from China ~2010.   I am aware of at least one of the high volume 
fireworks folks have imported full containers of oxidizers from China that 
included AP due US pricing increases.  The material I saw was high quality with 
tight particle size distributions, and performed like any other AP I used 
before?   

The challenge with China sourcing is not transportation costs, but logistics.   
If you are not routinely shipping containers from China, it is very hard to 
find a reliable broker to consolidate, generate customs paperwork in 
quintuplicate , and watch over a successful shipment.  Everyone in process has 
hand outstretched to help you move faster through the system for higher cost.  
Most of the big fireworks operations actually have a sourcing person in China 
for many weeks at a time, that manages broker(s) & suppliers; to deal with 
crazy international logistics issues.   For anyone who needs large volumes of 
AP, it might be time to call some fellow danger lovers from PGI, and see if 
they can help with lower cost China AP sourcing?   Just an idea from an old 
man.  Ignore me please.

 

OK, rabbit hole is probably too deep.  Thanks for reading some ancient history.

 

YMMV, Stay safe, and Cheers!

 

From: arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On ;
Behalf Of Anthony Cesaroni
Sent: Saturday, August 04, 2018 9:51 AM
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [AR] Re: Trimodal AP

 

This is very dependent on the size, distribution and quantity of other solids 
in the formulation such as aluminum powder as well as ballistic modifiers such 
as SSFO, ALO2, Guignet green etc. If you are using a surfactant, that also 
comes into play. Most APCP is more than bi-modal or trimodal in terms of 
solids. Only oxidizers seem to be referred to in this regard.

 

Most workhorse commercial propellants are bi-modal as far as oxidizers are 
concerned BTW. This is primarily for mechanical properties, ballistics and 
economics. 200 mu is the baseline feedstock with everything else being site 
milled from that. 90 and 400 have expensive surcharges. Those sizes are 
sometimes used in specialty formulations such as 90/10/1 for example or in the 
case of 400, gas generators, slower burn rate propellants, delays etc. Until a 
few years ago, 600 mu and 50 mu varieties were also produced. AP was also FDA 
approved for use in cattle feed. It causes thyrosis so the bovine fattens up 
quicker for market but I digress.

 

A good but expensive reference is “ The Handbook of Fillers for Plastics” by 
Harry S. Katz. One method I experimented with many years ago to formulate 
multi-modal start points was CAD believe it or not. It worked surprisingly 
well. 

 

Best.   

 

Anthony J. Cesaroni

President/CEO

Cesaroni Technology/Cesaroni Aerospace

 <http://www.cesaronitech.com/http://www.cesaronitech.com/

(941) 360-3100 x101 Sarasota

(905) 887-2370 x222 Toronto

 

From: arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx <arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx> On Behalf Of 
William Claybaugh
Sent: Friday, August 3, 2018 11:51 AM
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [AR] Trimodal AP

 

Any one know the optimum mix of 400 micron, 200 micron, and 90 micron AP?

 

Bill

Other related posts: