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Nicht detonierende Zündmassen, insbesondere für Zündschnüre od. dgl.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf neue bzw. verbesserte Zündmassen, bestehend aus Mischungen pulverförmiger anorganischer Oxydations-und Reduktionsmittel sowie auf verbesserte Verzögerungselemente für Zünder und Zündschnüre für Sprengungen oder andere militärische Zwecke od. dgl. mehr, die die neuen Zündmassen enthalten.
Bei aus Schwarzpulver hergestellten Zündschnüren unterliegen die Abbrenneigenschaften einer beträchtlichen Änderung entsprechend dem jeweils herrschenden Atmosphärendruck, was häufig Unzulänglichkeiten beim Sprengen in grossen Höhenlagen sowie für die Wirksamkeit von militärischen Zündschnüren hervorruft. Da Gemische aus Oxydations-und Reduktionsmitteln, die miteinander unter Bildung von nur wenig oder gar keinen gasförmigen Produkten reagieren, nicht diesen Nachteil zeigen, ist vorgeschlagen worden, als Zündmassen Gemische aus Mennige und Silizium zu verwenden.
Die Reaktion kann durch die folgende Gleichung dargestellt werden :'
EMI1.1
Der Bereich der Brenngeschwindigkeiten von Zündschnüren, der mit Gemischen von Mennige und Silizium durch Veränderung der relativen Anteile der zwei Bestandteile erhalten werden kann, ist jedoch sehr begrenzt ; die Abbrenngeschwindigkeit bei Atmosphärendruck ist bei Zündschnüren mit der kleinsten Abbrenngeschwindigkeit, die mit Gemischen aus Mennige und Silizium erzielt werden kann, noch immer wesentlich grösser als die von gewöhnlichen Schwarzpulverzündschnüren.
Es ist bekannt, dass Gemische aus Silizium und Kaliumnitrat exotherm miteinander zu reagieren vermögen, wenn sie stark erhitzt werden ; sie können jedoch nicht als Zündmassen für Zündschnüre verwendet werden, da sie nicht imstande sind, die Reaktion fortschreitend durch eine schnur- bzw. streifenförmige Masse von kleiner Querschnittsfläche fortzupflanzen.
Diese Reaktion verläuft unter Gasentwicklung und Bildung eines glühenden Rückstandes und kann wie folgt dargestellt werden :
EMI1.2
EMI1.3
Oxydationsmittel für das Silizium Zündmassen erhalten werden können, welche über einen weiten Bereich der Brenngeschwindigkeiten kräftig abbrennende Zünder liefern und insbesondere die Herstellung von Zündschnüren gestatten, die trotz langsamerer Geschwindigkeiten als bei
Verwendung von Gemischen aus Mennige und
Silizium allein, kräftig abbrennen.
Gemäss der vorliegenden Erfindung bestehen die Zündmassen aus einem pulverförmigen Ge- misch von Kaliumnitrat, Mennige und Silizium.
Die Mengen an Kaliumnitrat, Mennige und
Silizium können zwischen 50-15% bzw. 30-60% bzw. 10-40% liegen, vorzugsweise aber zwischen
40-20% bzw. 40-50% bzw. 20-30%.
Die Abbrenngeschwindigkeiten der ent- stehenden Zündpulver hängen sowohl von den relativen Anteilen des in dem Oxydationsbestandteil des Gemisches vorhandenen Kaliumnitrates bzw. der Mennige sowie vom Siliziumgehalt der Masse ab. Die erreichbaren Mindestabbrenngeschwindigkeiten der Zündschnüre nehmen in dem Masse ab, als der Kaliumnitratgehalt des Oxydationsbestandteiles bis zu jener Grenzmenge gesteigert wird, die, ohne die Fortpflanzung der Reaktion im Zünder aufzuhalten, zugesetzt werden kann.
Der nach den vorstehenden Gleichungen berechnete Überschuss des Siliziums über das stöchiometrische Verhältnis wirkt bis zu einem gewissen Punkt aufwärts erhöhend auf die Abbrenngeschwindigkeiten ein ; mit fortschreitender Erhöhung des Siliziumüberschusses erreichen aber die Abbrenngeschwindigkeiten ein Maximum und werden sogar wieder langsamer, bis schliesslich eine so grosse Siliziummenge in der Masse eingeschlossen wird, dass der Zünder nicht mehr stetig abzubrennen vermag.
Da für eine gewünschte Abbrenngeschwindigkeit der Zündschnur die Zündmasse bei gegebener Kaliumnitratmenge zwei verschiedene, über die stöchiometrische Menge hinausgehende Silizium- überschüsse aufweisen kann, ist es vorteilhaft, die Masse mit dem kleineren Siliziumüberschuss zu verwenden, weil diese die kräftiger abbrennende Zündschnur der beiden an sich verwendbaren Zusammensetzungen liefert.
Die Gegenwart von allmählich steigenden Anteilen an Kaliumnitrat ermöglicht es, auch allmählich höhere Mengen an überschüssigem Silizium in der Mischung anzuwenden.
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Wenn das Verhältnis des Kaliumnitratanteiles zum Mennigeanteil niedrig ist, muss kein Silizium- überschuss über das stöchiometrische Verhältnis hinaus angewendet werden ; gegebenenfalls kann sogar eine kleine Fehlmenge an Silizium zulässig sein. Mit dem Anwachsen des Kaliumnitrat- gehaltes in dem Oxydationsbestandteil wird es aber notwendig, einen allmählich ansteigenden
Siliziumüberschuss zu verwenden, um das Zünd- pulver zur Fortpflanzung der Reaktion zu be- fähigen. Der maximale Siliziumüberschuss, der benützt werden kann, ohne die Zündmasse an der Fortpflanzung der Reaktion zu hindern, wächst auch an.
Die erfindungsgemäss erzeugten Zündmassen liefern zwar einen bestimmten Anteil gasförmiger
Verbrennungsprodukte, doch gelangt man mit
Hilfe der Erfindung zu Zündmassen, deren
Abbrenngeschwindigkeiten mit den bei Schwarz- pulverzündmassen gebräuchlichen vergleichbar sind und die trotzdem bei wechselnden Atmo- sphärendrücken wesentlich weniger starken Änderungen unterliegen.
Bei der Durchführung der Erfindung können die pulverförmigen Bestandteile in beliebiger
Reihenfolge miteinander vermischt werden ; vorzugsweise wird aber das pulverförmige Gemisch so hergestellt, dass zuerst Kaliumnitrat und Mennige miteinander vermischt werden, worauf diesem Gemisch das Silizium zugemischt wird.
Die Zündschnüre können in Form eines aus der pulverförmigen Zündmasse in der gebräuchlichen Weise hergestellten Kernes, u. zw. entweder in Pulverform oder vorzugsweise in gekörnter Form unter Verwendung von Gummi, Nitrozellulose oder einem Kunstharz verwendet werden.
Das pulverförmige Gemisch kann aber auch mittels eines Bindemittels in Stabform gebracht oder mittels eines thermoplastischen Bindemittels, z. B. einer Masse aus gelatinierter Nitrozellulose, in eine nicht poröse Masse übergeführt werden, so dass diese Masse bei einer geeigneten erhöhten Temperatur im Wege des Spritzverfahrens zu einem Kern geformt werden kann, der dann mit einer Hülle umgeben wird.
Es ist klar, dass die Abbrenngeschwindigkeit einer so hergestellten Zündschnur von einer Zündschnur mit einem aus der pulverförmigen oder der gekörnten Zündmasse bestehenden Kern erheblich abweicht.
Zum Zwecke des Studiums und des Vergleiches der Abbrenngeschwindigkeiten dieser Massen kann eine als"Bleiprobe für Zündmassen" bekannte Untersuchungsmethode benützt werden.
Bei dieser Methode werden Bleirohre von bestimmter Grösse und bestimmtem Gewicht mit dem zu untersuchenden Zündpulver gefüllt, verschlossen und durch Düsen gezogen, bis sie auf einen bestimmten Standard-Durchmesser herabgemindert worden sind. Vom Mittelteil des gefüllten und gezogenen Rohres werden dann abgemessene Längen abgeschnitten und die Abbrenngeschwindigkeiten dieser Stücke bei den gewünschten Drücken gemessen.
Da die Bleihülle durch die Verbrennungswärme des Zündpulvers geschmolzen wird, sind die gasförmigen Verbrennungsprodukte im wesentlichen nicht zusammengepresst, so dass die Verbrennung unter dem herrschenden barometrischen Druck stattfindet.
Die Abbrenngeschwindigkeiten der in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung hergestellten Zünder kann durch Einbetten eines weichen Metalldrahtes in den Kern, beispielsweise eines Drahtes vom Durchmesser 20-40 nach dem Standard-Drahtmass, noch etwas erhöht werden.
Die Erfindung ist in den nachfolgenden Bespielen erläutert, in welchen die Teile als Gewichtsteile angegeben sind.
Beispiel 1 : Das Zündpulver wird hergestellt durch Vermischung von Mennigepulver, wie es für Farben verwendet wird, mit Kaliumnitrat, welches ein Sieb der Maschenweite 0-015 cm passiert hat sowie von Silizium, das durch ein Sieb der Maschenweite 0-0076 cm gesiebt wurde.
Die Mennige und das Kaliumnitrat sind im Oxydationsbestandteil im Verhältnis von 78-5 : 21-5 vorhanden, das Silizium in verschiedenen Anteilen, vom stöchiometrischen Verhältnis an aufwärts. Die Abbrenngeschwindigkeiten nach der Bleiprobe besitzen bei den erhaltenen Zündpulvern unter 1 Atm. Druck etwa folgende Werte :
EMI2.1
<tb>
<tb> ? <SEP> Siliziumüberschuss <SEP> : <SEP> Sekunden <SEP> je <SEP> Meter <SEP> :
<tb> 0 <SEP> 121
<tb> 8 <SEP> 94
<tb> 12 <SEP> 68
<tb> 20 <SEP> 45
<tb> 30 <SEP> 36
<tb> 40 <SEP> 28-5
<tb> 60 <SEP> 29-5
<tb> 80 <SEP> 33
<tb> 100 <SEP> 37
<tb>
Beispiel 2 : Die verwendeten Bestandteile sind dieselben wie im Beispiel 1, die Mennige und das Kaliumnitrat werden jedoch im Verhältnis 71-4 : 28-6 angewendet. Die Abbrenngeschwindigkeiten der erhaltenen Zündpulver sind nach der Bleiprobe bei 1 Atm.
Druck annähernd die folgenden :
EMI2.2
<tb>
<tb> 0 <SEP> :, <SEP> Siliziumilberschuss <SEP> : <SEP> Sekunden <SEP> je <SEP> Meter <SEP> :
<tb> 4 <SEP> 131
<tb> 6 <SEP> 125
<tb> 8 <SEP> 121
<tb> 12 <SEP> 114
<tb> 20 <SEP> 93
<tb> 30 <SEP> 74-5
<tb> 40 <SEP> 58
<tb> 50 <SEP> 49
<tb> 60 <SEP> 46
<tb> 80 <SEP> 45
<tb> 100 <SEP> 47
<tb> 120 <SEP> 48
<tb> 140 <SEP> 54-5
<tb> 160 <SEP> 65. <SEP> 5
<tb>
Wenn kein Siliziumüberschuss vorhanden ist, findet bei der Bleiprobe keine Fortpflanzung der Reaktion in der Zündschnur statt.
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Beispiel 3 : Die verwendeten Bestandteile sind dieselben wie in Beispiel 1, jedoch werden die Mennige und das Kaliumnitrat im Verhältnis von 55-5 zu 44-5 angewendet. Die Abbrenngeschwindigkeiten der erhaltenen Zündpulver nach der Bleiprobe sind bei 1 Atm.
Druck annähernd die folgenden :
EMI3.1
<tb>
<tb> % <SEP> Siliziumüberschuss <SEP> : <SEP> Sekunden <SEP> je <SEP> Meter <SEP> :
<tb> 26 <SEP> keine <SEP> Reaktionsfortpflanzung
<tb> 30 <SEP> 166
<tb> 40 <SEP> 107
<tb> 50 <SEP> 100. <SEP> 5
<tb> 60 <SEP> 95
<tb> 70 <SEP> 91
<tb> 80 <SEP> 86-5
<tb> 90 <SEP> 79
<tb> 100 <SEP> 80
<tb> 120 <SEP> 79
<tb> 160 <SEP> 76-5
<tb>
Zum Vergleich durchgeführte Bleiproben über
Abbrenngeschwindigkeiten von Zündmassen aus Mennige und Silizium allein ergeben einen
Bereich von ungefähr 62-5 Sekunden je Meter ohne Siliziumüberschuss bis ungefähr 15-5 Sekun- den je Meter bei 35% igem Siliziumüberschuss, wobei der Durchmesser in allen Fällen etwa 2-03 mm beträgt.
Die Massen nach Beispiel 1 mit 0-40%
Siliziumüberschuss, die Massen nach Beispiel 2 aufwärts bis zu 60% Siliziumüberschuss und jene nach Beispiel 3 aufwärts bis zu 100% Silizium- überschuss ergeben Zündschnüre von ausgezeichneter Qualität, wenn die unter Verwendung von Gummi gekörnten Massen in der bei der Erzeugung von Sicherheitszündschnüren aus Schwarzpulver üblichen Weise mit wasserdichten Textilhüllen versehen werden. Die anwendbare Mindestmenge des Siliziumüberschusses ist geringer als im Falle von bleiüberzogenen Zündschnüren. So kann bei einem Verhältnis von Mennige zu Kaliumnitrat von 55-5 : 45-5 eine stetig abbrennende Zündschnur mit ungefähr 492 Sekunden je Meter Abbrenngeschwindigkeit bei Verwendung eines 3% igen Siliziumüberschusses erhalten werden.
Beispiel 4 : Die Bestandteile des Zündschnurkernes bestehen aus einem thermoplastischen Nitrozellulose-Bindemittel, bestehend aus fabriksmässig erhältlicher Halbsekunde-Nitrozellulose von 12% Stickstoffgehalt, die mit ihrer eigenen Gewichtsmenge an Dibutylphthalat gelatiniert ist, mit welcher Masse die Mennige, das Kaliumnitrat und das Silizium bei erhöhter Temperatur vereinigt werden, so dass daraus ein Kern im Wege des Spritzverfahrens bei einer Temperatur von 100 C gebildet werden kann. Die Mennige und das Kaliumnitrat sind im Verhältnis 55-5 : 44-5 anwesend. Das Verhältnis der Pulvermenge zum Bindemittel beträgt 70 : 20 und der ungefähre Durchmesser des gespritzten Kernes der Zündschnur ist 1. 52 mm. Das Silizium ist in dem pulverförmigen Gemisch mit einem Überschuss von 12. 5% über die Theorie vorhanden.
Die gespritzte Kernmasse wird mit einer Textilhülle umsponnen und die Hülle wasserdicht gemacht.
Die entstehende Zündschnur hat eine Geschwindigkeit von ungefähr 350 Sekunden je Meter bei 1 Atm. Druck.
Beispiel 5 : Die Arbeitsweise ist dieselbe wie
EMI3.2
Anteile des Mennige und des Kaliumnitrates sowie das Verhältnis des Pulvers zum Bindemittel sind auch dieselben wie in Beispiel 4, der Silizium- überschuss beträgt aber 8%. Die Abbrenngeschwindigkeit der entstehenden Zündschnur ist etwa 520 Sekunden je Meter bei 1 Atm. Druck.
Beispiel 6 : Die Arbeitsweise ist dieselbe wie in Beispiel 4. Der Durchmesser des Kernes beträgt 2-03 mm und das Verhältnis der Mennige zum Kaliumnitrat sowie des Pulvers zum Bindemittel sind dieselben wie in Beispiel 4, der Siliziumüberschuss beträgt jedoch 4%. Die Abbrenngeschwindigkeit der entstehenden Zündschnur ist etwa 722 Sekunden je Meter.
Beispiel 7 : Die Arbeitsweise ist dieselbe wie in Beispiel 4, mit der Ausnahme, dass der Kern um einen Kupferdraht vom Standard-Drahtmass 30, der zentral durch die Düse läuft, gespritzt wird. Der Durchmesser des Kernes ist 1. 27 mm, die Mennige und das Kaliumnitrat sind im Verhältnis 71-4 : 28-6 anwesend und das Silizium liegt in einem Überschuss von 23% vor. Das Verhältnis des Pulvers zum Bindemittel ist 75 : 20. Die entstehende Zündschnur hat eine Abbrenngeschwindigkeit von annähernd 36 Sekunden je Meter bei Atmosphärendruck und 41. 5 Sekunden je Meter bei einem Drittel des Atmosphärendruckes.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Nicht detonierende Zündmassen, insbesondere für Zündschnüre od. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem pulverförmigen Gemisch von Kaliumnitrat, Mennige und Silizium bestehen.