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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren für die serienmässige Herstellung und das Einbringen einer Zündladung als separaten Bestandteil in einen Behälter für einen Explosivkörper, wobei jedem einzelnen Behalter der benötigte Mengenanteil Zündladung, die einen Initialsprengstoff enthält, zugeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zündladung mit einer Rate herstellt, die praktisch mit der Rate ihrer Zuteilung zu den einzelnen Behältern übereinstimmt, und dass die Herstellung der Zündladung die Bildung mindestens eines Teils des Initialsprengstoffs durch chemische Reaktion zwischen zwei oder mehreren relativ unempfindlichen Komponenten in Gegenwart eines flüssigen Reaktionsmediums umfasst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zündladung in situ herstellt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zündladung herstellt, indem man einen vorbestimmten Mengenanteil einer praktisch trockenen Vormischung dosiert, die Komponenten enthält, welche in Gegenwart eines flüssigen Reaktionsmediums unter Bildung des gewünschten Initialsprengstoffs chemisch reagieren, und dass man die trockene Vormischung mit einem vorbestimmten Mengenanteil des flüssigen Reaktionsmediums vereinigt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die praktisch trockene Vormischung ausser zur Bildung des Initialsprengstoffs nötigen trockenen Komponenten noch weitere Zusatzmittel enthält, deren Anwesenheit in der Zündladung erwünscht ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Reaktionsmedium mindestens eine, jedoch nicht alle, der zur Bildung des Initialsprengstoffs benötigten Komponenten und/oder mindestens eines der weiteren Zusatzmittel enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die praktisch trockene Vormischung Styphninsäure und eine Bleiverbindung aus der Gruppe von Blei-monoxid, -hydroxid und -carbonat enthält, und dass das flüssige Reaktionsmedium wässrig ist, wobei die Styphninsäure und die Bleiverbindung unter Bildung von Bleistyphnat als Initialsprengstoff reagieren.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündladung zusätzlich ein Oxidatonsmittel, einen Sensibilisator für den Initialsprengstoff, ein reibungserzeugendes Mittel, Brennstoff, einzeln oder im Gemisch untereinander, enthält.
8. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Einbringen der Zündladung in Randfeuerpatronen oder in Zündkapseln für Zentralfeuerpatronen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für die serienmässige Herstellung und das Einbringen einer Zündladung als separaten Bestandteil in einen Behälter für einen Explosivkörper, wobei jedem einzelnen Behälter der benötigte Mengenanteil Zündladung, die einen Initialsprengstoff enthält, zugeteilt wird, und auf die Anwendung des Verfahrens zum Einbringen der Zündladung in Randfeuerpatronen oder in Zündkapseln für Zentralfeuerpatronen.
Derzeit wird Initialsprengstoff für die Zündladung von Explosivkörpern (z.B. Munitionspatronen) entfernt von der Einlegezone in einem grossen Ansatz oder mit der grösstmöglichen Geschwindigkeit kontinuierlich erzeugt. In der Einbringstufe wird Initialsprengstoff vom Vorrat entnommen, mit anderen Bestandteilen einer Mischung in einer beträchtlichen Menge vermischt, die dann auf die Explosivkörper, z.B. Zündkapseln oder Patronenhülsen, aufgeteilt wird.
Diese Arbeitsweise bringt Vorratshaltung in grösseren Mengen, Transport zur Mischstation, den Mischvorgang als solchen, Transport der Mischung zur Einbringzone und Verteilung auf die Explosivkörper mit sich. Da die Erzeugung und Handhabung von Initialsprengstoffen an sich schon mit Gefahren verbunden ist, ist jede dieser Verfahrensstufen gefährlich und erfordert spezielle Vorkehrungen, insbesondere wenn der Initialsprengstoff in grösseren Mengen vorhanden ist.
Beim erfindungsgemässen Verfahren, das im Patentanspruch 1 definiert ist, wird jedes der drei folgenden Merkmale für sich allein oder in beliebiger Kombination mit den übrigen angewendet:
1. Die Zündladung wird in einer relativ kleinen Menge, vorzugsweise entsprechend einer Einzeldosis, hergestellt;
2. die Zündladung wird mit relativ geringem Ausstoss, vorzugsweise nicht wesentlich rascher, als sie für das Einlegen benötigt wird, hergestellt;
3. die Erzeugung der Zündladung erfolgt im wesentlichen kontinuierlich bzw. gleichzeitig mit deren Weiterverwendung.
Die Zündladung kann in einem für mehrere Einzeldosen ausreichenden Ansatz, der jedoch gegenüber üblichen Ansätzen klein ist, hergestellt werden. Um den Gesamtbedarf während eines Zeitraumes zu decken, kann eine Reihe solcher Ansätze in diesem Zeitraum hergestellt werden, die räumlich und/oder auf eine Weise voneinander getrennt sind, die die Isolierung einer Explosion in einem der Ansätze erleichtert.
Die Ansätze können in regelmässiger Folge, beispielsweise in vorherbestimmten Zeitabständen, hergestellt werden, wodurch eine entsprechende Abstandhaltung und die anschliessende Handhabung erleichtert werden.
Die maximal zulässige Grösse jedes Ansatzes hängt von der Gattung der Zündladung und den Bedingungen ab, unter denen sie hergestellt werden muss. Die Empfindlichkeit, Brisanz, erforderlichen Produktionsbedingungen und Teilbarkeit der Zündladung bei der Weiterverwendung beeinflussen die Ansatzgrösse. Der Gesamtbedarf pro Zeiteinheit beeinflusst die Ansatzgrösse ebenso wie die für die Isolation der einzelnen Ansätze erforderlichen Vorkehrungen. Herkömmliche Zündladungen für Randfeuerpatronen verwenden Bleistyphnat als Initialsprengstoff: ein für beispielsweise 20 Zündladungen ausreichender Ansatz von Styphnat kann hergestellt und in einem kontinuierlichen Verfahren auf die Patronenhülsen aufgeteilt werden. Entsprechend können auch Zündkapseln für Schrotpatronen mit Zündladungen versehen werden.
Grössere Ansätze erfordern zwar zusätzliche Vorsichtsmassnahmen; Ansätze von einigen Dekagramm können jedoch in Abständen von etwa einer Minute hergestellt werden.
Bei der bevorzugten Arbeitsweise wird ein Ansatz auf eine Einzeldosis abgestimmt, d.h., dass beispielsweise jeder Ansatz einer Reihe gerade für eine Zündladung für eine Randfeueroder Schrotpatrone ausreicht. Dies gestattet die gleichzeitige Erzeugung und Verarbeitung, wenn der Initialsprengstoff in situ in einem Bauteil hergestellt wird.
Die Begriffe Bauteil und Herstellung in situ werden im folgenden erläutert.
Bauteil bezeichnet die Kombination von zumindest zwei Bestandteilen eines Explosivkörpers, von denen zumindest einer eine Masse der erwähnten Zündladung ist. Der andere kann ein blosser Behälter oder Träger für die Zündladung sein, beispielsweise eine Randfeuerpatronenhülse oder eine Zündkapsel. Das gebrauchsfähige Element kann ein fertiger Explosivkörper sein, ist aber meist nur teilweise fertiggestellt; beispielsweise können a) noch weitere Bestandteile, wie Treibladung und Geschoss für eine Randfeuerpatrone, hinzuzufügen sein oder b) die Bestandteile umgeformt oder in ihrer Relativlage verändert werden, wenn z.B. die im Boden der Hülse
gebildete Zündladung durch einen herkömmlichen Schleudervorgang in den Rand der Randfeuerpatronenhülse gepresst wird.
Herstellung in situ bedeutet, dass die Zündladung in Beziehung zu zumindest einem anderen Bestandteil hergestellt wird, so dass die erwähnte Kombination entsteht. Ist der andere Bestandteil ein Behälter, wird die Zündladung in der Regel darin erzeugt werden. Ist der andere Bestandteil ein Träger, kann die Zündladung als Masse auf einem Teil des Trägers hergestellt werden. Wie oben angedeutet, schliesst die Herstellung in situ nicht ein, dass die Kombination für den endgültigen Verwendungszweck fertig ist.
Die Zündladung kann in einem kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Strom, jedoch mit einer Geschwindigkeit, die gegenüber herkömmlichen kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Verfahren langsam ist, erzeugt werden. Der Strom kann durch Explosionssperren in aufeinanderfolgende Abschnitte unterteilt werden.
Die Herstellung der Zündladung in Form eines kontinuierlichen Stromes oder einer Reihe von Ansätzen wird vereinfacht, wenn das Herstellungsverfahren kontinuierlich oder gleichzeitig mit der Verarbeitungsstufe erfolgt. Kontinuität schliesst nicht unbedingt unmittelbare Verarbeitung ein; in der Praxis bildet sich unvermeidlich ein gewisser ungebrauchter Vorrat, wenn die Produktion nicht in situ durchgeführt wird, und dieser Vorrat kann an die Produktionsumstände angepasst werden. Jedoch besteht ein ständiger Strom zwischen Produktions- und Verarbeitungsstufe, so dass eine abseitige Lagerung gefährlicher Substanzen vermindert oder vermieden wird. Zu diesem Zweck werden Produktions- und Verarbeitungsgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt oder im wesentlichen abgestimmt, zumindest durchschnittlich während eines Zeitraumes.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist vorzugsweise automatisiert. Die für die Produktion der Zündladung erforderlichen Materialien können automatisch in einen Strom oder in Ansätze unter geregelten thermischen Bedingungen, auch wenn nur geringe Mengen gebraucht werden, gemessen werden. Ebenfalls vorzugsweise ist ein automatisches Verfahren mit einer automatischen Verarbeitungsstufe gekoppelt, in welcher eine zumindest teilweise fertiggestellte Zündladung erzeugt wird; so kann beispielsweise im Falle des Einbringens der Zündladung in Randfeuerpatronen die Herstellung des Initialsprengstoffs kontinuierlich mit einer automatischen Einrichtung erfolgen, in welcher die mit der Zündladung versehenen Hülsen aufgenommen werden, die Treibladung eingefüllt und das Projektil eingesetzt wird.
Die Zündladung soll gegen Hitze, Reibung, Flammen, elektrische Funken, Schlag oder andere vorgesehene auslösende Momente empfindlich sein und ist dazu bestimmt, Hitze oder Flammen für die Zündung von Treibladungen zu erzeugen.
Im folgenden wird die in der Beschreibung noch gebrauchte Terminologie erläutert: a) Das Wort Material wird in einem allgemeinen Sinn gebraucht; b) mit Bestandteil wird ein Teil einer Mischung bzw.
Masse bezeichnet, in welcher die Bestandteile einzeln identifizierbar bleiben, während c) Komponente verwendet wird, um ein Material zu bezeichnen, das mit einer anderen Komponente oder anderen Komponenten unter Bildung eines weiteren Materials vereinigt wird, in welchem keine der Komponenten für sich identifizierbar ist.
Der Initialsprengstoff kann in jeder erforderlichen physikalischen Form vorliegen. Insbesondere, aber nicht ausschliesslich, hat er die Form einer Verbindung, Mischung oder eines gemischten Salzes, beispielsweise eines Doppelsalzes der Gattung, wie sie in der DE-PS 289 016 beschrieben ist. Eine explosive Verbindung oder das gemischte Salz kann einen Teil einer Mischung bilden und kann in einer Mischung einiger oder aller anderen Bestandteile der Mischung hergestellt werden: So kann beispielsweise eine explosive Verbindung oder ein gemischtes Salz in einer Mischung hergestellt werden, welche einen Brennstoff und/oder ein Oxidationsmittel und/ oder einen Friktionator enthält. Eine derartige Mischung ist in der US-PS 2 239 547 geoffenbart.
Es kann eine Mischung hergestellt werden, indem ihre Bestandteile oder einige ihrer Bestandteile und Kompoenten, die miteinander die übrigen Bestandteile bilden, zusammengebracht werden.
Beim erfindungsgemässen Verfahren sind die Materialien, die zwecks Bildung der Zündladung zusammengebracht werden, vergleichsweise unempfindlich, wodurch Lagerungs-, Misch- und Füllprobleme verringert werden. Es kann jedoch notwendig sein. einige empfindliche Ausgangsmaterialien zu verwenden. So kann eine explosive Mischung beispielsweise mehrere empfindliche Bestandteile enthalten, und es kann schwierig oder unmöglich sein, alle diese empfindlichen Bestandteile gleichzeitig in der Mischung zu erzeugen: z.B.
wäre es schwierig, Bleistyphnat und Tetrazen gleichzeitig in einer Mischung für eine Randfeuerpatronen-Zündladung herzustellen, obwohl diese beiden Bestandteile erforderlich sein können. Die Erfindung umfasst daher auch die Verwendung empfindlicher Ausgangsmaterialien. Wenn diese jedoch verwendet werden, können sie einen kleineren Anteil und vorzugsweise einen kleinen Anteil der Ausgangsmaterialien bilden.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung eine empfindliche Zündladung aus z.B. relativ unempfindlichen Ausgangsmaterialien herzustellen und sie dann mit weiteren Bestandteilen einer Mischung zu mischen. Dies kann notwendig werden, wenn die weiteren Bestandteile die Bildung der empfindlichen Zündladung behindern. Es wird jedoch bevorzugt, derartige Zusätze wenn möglich zu vermeiden, da dies selbstverständlich mit zusätzlichen Gefahren verbunden ist.
Die Herstellung der Zündladung erfolgt in einem flüssigen Medium, vorzugsweise Wasser. Das flüssige Medium kann nach Bildung der Zündladung vertrieben oder anderweitig entfernt werden. Das flüssige Medium kann feste empfindliche Bestandteile unempfindlich machen, die so lange feucht bleiben sollen, bis die Mischung gebildet ist, und es wirkt als Reaktionsmedium, das gestattet, dass zwei oder mehr Komponenten den Initialsprengstoff bilden.
Eine in einem Reaktionsmedium lösliche Komponente kann durch das Medium gelöst und dann mit einer anderen Komponente zusammengebracht werden. Komponenten und Medium können aber auch unabhängig voneinander sein, bevor sie zusammengebracht werden. Ferner können die Komponenten, wenn sie in Abwesenheit eines Mediums nicht gefährlich miteinander reagieren, zusammengebracht werden, bevor sie mit dem Medium zusammengebracht werden.
Die Erfindung umfasst zwar die Bildung von Mischungen, indem bloss deren Bestandteile gemischt werden, es ist jedoch selbstverständlich, dass eine Wechselwirkung zwischen Komponenten stattfindet in Form einer chemischen Reaktion. Die erwünschten Charakteristika einer solchen Reaktion sind nachstehend angeführt: a) Einfachheit: Die Reaktion soll vorzugsweise in einer einzigen Stufe ohne längeres Rühren (vorzugsweise überhaupt ohne Rühren) und ohne eng begrenzte kritische Bedingungen, wie Temperatur oder pH-Wert, durchführbar sein.
b) Geschwindigkeit: Die Reaktion soll vorzugsweise in kurzer Zeit beendet sein. Dies ist jedoch nicht wesentlich, wenn eine unvollständige Reaktion die weitere Verarbeitung, beispielsweise Schleudern, Trocknen, Zusatz der Treibladung und des Projektils bei der Herstellung von Munition, nicht behindert wird, vorausgesetzt, dass die Reaktion vollständig ist, wenn das Produkt für seinen endgültigen Verwendungszweck gebraucht wird.
c) Verträglichkeit mit Behältern: Die an der Reaktion teilnehmenden Lösungen oder anderen Materialien sollen selbstverständlich mit dem Material der Behälter, in welchen die Reaktion stattfindet, verträglich sein. Einige Säuren sind daher von Reaktionen, die in Metallbehältern, z.B. Messingpatronenhülsen, stattfinden, ausgeschlossen.
d) Nebenprodukte: Es sollen keine übermässig schädlichen Nebenprodukte entstehen. In einigen Fällen kann es möglich sein, Nebenprodukte der Reaktion beispielsweise als Oxidationsmittel in einer Zündladungsmasse zu verwenden. Wenn dies nicht möglich ist, können die Nebenprodukte inert, gasförmig, flüchtig oder verdampfbar oder zumindest nicht sehr schädlich sein.
e) Ausgangsmaterialien: Diese sollen in grösserer Menge leicht zu handhaben sein. Sie sollen im Vergleich zum Endprodukt unempfindlich sein; allerdings können auch kleine Mengen empfindlicher Materialien, z.B. Tetrazen, unter den Ausgangsmaterialien für eine Zündladungsmasse in ihrer vollständigen Form vorhanden sein. Die Ausgangsmaterialien müssen nicht nicht-explosiv sein, sind jedoch vorzugsweise keine Initialsprengstoffe.
Ein Radikalaustausch erfüllt die obigen Forderungen a) und b) meist am besten. Die Bildung kovalenter Bindungen ist meist ein relativ langsames Verfahren. Geeignete Umsetzungen unter Radikalaustausch sind doppelte Zersetzungen und Säure/Basen-Reaktionen. Es wurde auch gefunden, dass die Bildung gemischter Kristalle neben dem Radikalaustausch eine geeignete Reaktion im Hinblick auf die obigen Kriterien a) und b) ist.
Wenn die Zündladung in situ erzeugt wird, ist es nicht notwendig, eine sogenannte freifliessende Kristallform zu erzeugen. Die Herstellung einer solchen Kristallform ist ein lange bestehendes Problem in der Explosivstofftechnik und kann durch die in situ erfolgende Herstellung vermieden werden.
Ferner ist die erforderliche Empfindlichkeit der Zündladung jene des endgültigen Verwendungszweckes und nicht eine vom Ladungsverfahren abhängige Empfindlichkeit. In der Vergangenheit mussten viele geeignete Verbindungen abgelehnt werden, da sie sich als zu gefährlich empfindlich für den Einsatz bei herkömmlichen Verfahren zum Anbringen der Zündladung. bei welchen der Initialsprengstoff aus einem Ansatz auf die Explosivkörper verteilt wird, erwiesen haben. Beispiele für geeignete Materialien werden noch angeführt.
Im erfindungsgemässen Verfahren werden relativ unempfindliche Materialien zusammengebracht, um eine Zündladung in einer Menge zu erzeugen, die praktisch für einen einzelnen Explosivkörper ausreicht. Diese Einzelmenge ist vorzugsweise eine aus einer Reihe solcher Mengen. Die Herstellung der Zündladung erfolgt vorzugsweise vollständig in situ in einem Bauteil. Es liegt jedoch im Rahmen der Erfindung, die Herstellung der Zündladung ausserhalb des Bauteils zu beenden und das Produkt in den Bauteil einzubringen oder die Materialien ausserhalb des Bauteils zusammenzubringen und die Herstellung der Zündladung in situ zu vervollständigen.
Eine zweckmässige Vorrichtung zur Herstellung und das Einbringen von Zündladungen in Explosivkörper umfasst beispielsweise Einrichtungen, um Materialien, die zusammen die Zündladung bilden, mit geringer Geschwindigkeit und/ oder in aufeinanderfolgenden kleinen Mengen, die vorzugsweise Einzeldosen entsprechen, und/oder auf einem Strömungsweg, der kontinuierlich mit Einrichtungen zur Förderung der teilweise oder vollständig gebildeten Zündladung zu einer Folge anderer Elemente von Verarbeitungseinrichtungen verläuft, zusammenzubringen.
Wenn Zündladungen in aufeinanderfolgenden kleinen Portionen erzeugt werden sollen, kann die Vorrichtung mehrere Ausgabeeinrichtungen aufweisen, die jeweils eine vorbestimmte Materialdosis in einen Aufnehmer ausgeben, so dass jeder Aufnehmer von jeder der Ausgabeeinrichtungen eine Dosis empfängt.
Die ausgegebenen Materialien können Komponenten einer Zündladung und ein Medium sein, in welchem die Komponenten reagieren können.
Wenn die Produktion nicht vollständig in situ stattfindet, können Ausgangsmaterialien kontinuierlich einer Mischzone zugeführt werden. Die Ausgangsmaterialien können Bestandteile einer Zündladung und/oder Komponenten einer Verbindung oder eines Mehrfachsalzes sein. In der Mischzone können sie in kleinen Mengen oder mit geringer Geschwindigkeit zusammengebracht werden. Die Mischung kann die Zone in Form einer Reihe kleiner Einzeldosen oder als Strom mit kleinen Abmessungen verlassen. Ein solcher Strom kann in Abständen unterbrochen sein, um die Explosionsgefahr zu vermindern; beispielsweise können Explosionssperren angeordnet sein, so dass eine Explosion an einer bestimmten Stelle des Stromes auf den Bereich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sperren begrenzt ist.
Die Mischung kann kontinuierlich von der Mischzone in eine Verarbeitungszone gefördert werden. Wenn die Mischung die Mischzone als Reihe kleiner Portionen verlässt, kann jede Portion die Grösse einer Einzeldosis beispielsweise für eine Schrotkapsel oder eine Randfeuerpatrone haben. Die Portionen können daher direkt in eine entsprechende Reihe von Behältern für Explosivkörper abgegeben werden. Wenn die Mischung die Zone als Strom mit kleinen Abmessungen verlässt, können diese so gewählt werden, dass die Teilung des Stroms in Portionen, die Einzeldosen entsprechen, vereinfacht wird. Beispielsweise kann der Querschnitt des Stromes einer einzelnen Randfeuerpatrone oder Zündkapsel entsprechen.
Die Materialien werden vorzugsweise in im wesentlichen vorherbestimmten Anteilen in der Mischzone gemischt.
Die Mischzone kann freien Zugang zu Zuführungen haben, über welche ihr die Materialien zugeführt werden. Anderseits kann aber der Zutritt von diesen Zuführungen geregelt werden. Beispielsweise können die Materialien durch geschlossene, normalerweise von der Mischzone getrennte Leitungen zirkulieren und durch (iffnen von Absperrmitteln portionenweise in die Mischzone eingespeist werden.
Das Mischen in der Zone kann auf beliebige Weise, beispielsweise durch Turbulenz, mechanisch oder mittels Gasblasen erfolgen.
Es wurde gefunden, dass das vorsätzliche Mischen der Materialien in manchen Fällen unnötig ist. Wenn z.B. zumindest ein Material in Lösung geht, die ohne Mischen in die Masse eines anderen Materials eindringt, dann kann eine Mischstufe weggelassen werden. Im allgemeinen wird jedoch ein beabsichtigtes Mischen bevorzugt, um eine vollständige Reaktion sicherzustellen.
Die Auswahl eines Initialsprengstoffs hängt von den erforderlichen Herstellungs- und Verwendungsbedingungen ab, wobei die oben angeführten Kriterien berücksichtigt werden müssen. Das Doppelsalz Bleinitrat-hypophosphit ist ein besonders günstiger Initialsprengstoff für die Zündladung von Munition im Hinblick auf die meisten der Kriterien.
Es kann in einer einfachen, raschen Reaktion zwischen Bleinitrat und Bleihypophosphit hergestellt werden, wobei beide mit Messinghülsen von Randfeuerpatronen verträglich sind. Es entstehen keine Nebenprodukte, und beide Ausgangsmaterialien sind nicht explosiv. Das Produkt ist empfindlich und mit Behälter und Treibladung verträglich. Es ist imstande, Treibladungspulver zu zünden. Es wurde gefunden, dass gewisse Schwierigkeiten bei feuchter Lagerung auftreten.
Diese können jedoch durch Anordnung eines z.B. bituminösen Dichtungsmaterials zwischen Projektil und Patronenhülse behoben werden. Als geeignetes Material hat sich z.B. Rito- lastic von Lancashire Tar Distillers Building Products, Liverpool, erwiesen.
Die Säure/Basen-Reaktion bei der Herstellung von Bleistyphnat entspricht ebenfalls den obigen Anforderungen und hat den Vorteil, dass sie ein Produkt ergibt, das herkömmlichen Initialsprengstoffen sehr nahekommt und als relativ unempfindlich gegenüber feuchter Lagerung bekannt ist. Dieses Verfahren ist daher dem Bleinitrat/Natriumstyphnat Verfahren vorzuziehen, da das auf diesem Wege produzierte Natriumnitrat hygroskopisch ist.
Eine Schwierigkeit besteht bei beiden chemischen Wegen der Styphnatherstellung, nämlich die Notwendigkeit, Tetrazen einzuführen, um dem Produkt die nötige Empfindlichkeit zu verleihen. Tetrazen selbst ist ein empfindlicher Initialsprengstoff und muss daher in sehr kleinen Mengen in der Materialzuführung verwendet werden. Wenn eine dieser Materialzuführungen in Form einer Flüssigkeit erfolgt, kann Tetrazen in dieser Flüssigkeit dispergiert sein, und geeignete Dispergiermittel können in der Lösung enthalten sein, um dies zu unterstützen. Wenn möglich, ist es aber günstig, Tetrazen durch einen anderen Sensibilisator zu ersetzen. Bleinitrat-hypophosphit kann gleichzeitig mit Bleistyphnat hergestellt werden, insbesondere wenn eine doppelte Zersetzung mit Bleinitrat angewendet wird.
Bleiazid entspricht den meisten Anforderungen, korrodiert jedoch bekannterweise Behälter aus Kupferlegierungen, wie Patronenhülsen aus Messing. Durch Reaktion mit dem Kupfer in der Hülse entsteht ein Kupferazid, das ein empfindlicheres Material als Bleiazid ist.
Erwähnt soll noch werden, dass die beschriebene Reaktion nicht in dem endgültigen Behälter stattfinden muss. Sie kann in einem anderen Gefäss stattfinden, das weniger strenge Anforderungen an die Reaktionsbedingungen stellt. Die Bildung der Zündladung kann in einem solchen Gefäss auch beendet werden, und mit der gebildeten Tablette (pellet) wird dann der endgültige Behälter geladen. Wenn die Zündladung auf oder um einen Träger herum erzeugt wird, kann der Träger in ein derartiges Gefäss ragen. In manchen Fällen kann es möglich sein, Nebenprodukte zu entfernen, die andernfalls schädlich wären, beispielsweise wenn sie in der Reaktionsflüssigkeit löslich sind, die dekantiert, abgesaugt oder aus dem Gefäss abgelassen werden kann.
Es gibt weitere Merkmale gewisser oben beschriebener Ausführungsformen, die sie von dem in der Beschreibung angeführten Stand der Technik unterscheiden.
Zunächst kann sich ein Initialsprengstoff frei bilden, insbesondere, aber nicht im wesentlichen, ohne Beeinträchtigung seiner Kristallform. So wurde schon die freie Bildung von Bleinitrat-hypophosphitkristallen mit dem in der US-PS 2 160 469 beschriebenen Rühren verglichen. Es wurde auch schon darauf hingewiesen, dass es nicht notwendig ist, frei fliessende und empfindlichkeitsverminderte Kristallformen von Aziden und Styphnaten, wie sie beispielsweise in den GB-PS
1 336 561 und 519 340 beschrieben sind, herzustellen. Solche Kristallmodifikationsverfahren sind zwar erfindungsgemäss nicht ausgeschlossen, können sich jedoch im erfindungsgemässen Verfahren als unnötig herausstellen.
Die Erfindung betrifft daher auch Zündladungen, in denen der Initialsprengstoff vollständig oder hauptsächlich von einem gemischten Salz eines Hypophosphits, insbesondere wenn dieses Salz während seiner Bildung frei kristallisieren konnte, gebildet wird. Der Ausdruck mehrfaches Salz bezeichnet hier ein Salz, das durch Mischkristallisation zweier oder mehrerer Salzkomponenten entstanden ist.
Die Zündladung kann eine Masse sein, die andere, vorzugsweise nicht-explosive Bestandteile, beispielsweise einen Friktionator und/oder einen Brennstoff, enthält. Das gemischte Salz enthält vorzugsweise eine Nitratkomponente und eine Hypophosphitkomponente. Vorzugsweise sind beide Komponenten Bleisalze.
Die Zündladung kann mit einer Treibladung auf Nitrocellulosebasis verwendet werden. Die Treibladung kann die Form von Scheiben haben, wie sie beispielsweise von Imperial Chemical Industries Limited unter der Bezeichnung Acurex geliefert werden. Die Treibladung kann jedoch auch die Form von Kugeln, Flocken oder Schiesspulver haben.
Nebenprodukte einer Reaktion, die einen Initialsprengstoff ergibt, können in einer Zündladung zurückgehalten werden.
Es wurde schon erwähnt, dass unter gewissen Umständen Nebenprodukte zurückbehalten werden können, insbesondere wenn sie als Oxidationsmittel oder zumindest als erwünschtes Verdünnungsmittel wirken.
Das Nebenprodukt bildet vorzugsweise im wesentlichen wasserfreie Kristalle und ist sehr wenig hygroskopisch. Es ist vorzugsweise ein Nitrat, wenn es als Oxidationsmittel wirken soll. Es gibt aber auch noch andere Bedingungen, die erfüllt werden müssen. So soll beispielsweise das zugeführte Material bei der doppelten Zersetzung für die Herstellung von Styphnaten so löslich wie möglich sein. Natriumstyphnat hat eine annehmbare Löslichkeit und Natriumnitrat eignet sich zufriedenstellend als Oxidationsmittel in einer Bleistyphnat enthaltenden Mischung, wobei es das übliche Bariumnitrat ersetzt.
Kalium- und Ammoniumstyphnat sind ebenfalls brauchbar im Hinblick auf die Löslichkeit, Kalium- und Ammoniumnitrat haben sich jedoch als nicht zweckmässig als Oxidationsmittel erwiesen. Magnesiumstyphnat ist am löslichsten, Magnesiumnitrat enthält jedoch eine beträchtliche Menge Kristallisationswasser, das schwer zu entfernen ist.
Es ist nicht notwendig, dass bei der doppelten Zersetzung das in einer Masse benötigte gesamte Oxidationsmittel entsteht. Beispielsweise kann der Masse nach Bildung des Schwermetallstyphnats ein übliches Oxidationsmittel, wie Bariumnitrat, zugesetzt werden. Der Zusatz des Bariumnitrats in einem frühen Stadium der Reaktion kann zur Bildung von Bariumstyphnat führen, das im Vergleich zu Bleistyphnat ein weniger empfindlicher Initialsprengstoff ist.
Initialsprengstoff und Nebenprodukt können in einer Mischung anderer Bestandteile hergestellt werden, die z.B einen Friktionator und/oder Brennstoff enthält. Andere Bestandteile können aber auch nach Herstellung des Initialsprengstoffs und Nebenprodukts zur Mischung hinzugefügt werden.
Der Initialsprengstoff ist meist eine Verbindung oder zumindest ein gemischtes Salz. Es ist jedoch auch bekannt, Initialsprengstoffe zu verwenden, die Mischungen von Bestandteilen, die meist ein Chlorat enthalten, sind. Derartige Mischungen sind ebenfalls verwendbar. Die Gattung der Zündladung hängt in einem gewissen Ausmass vom Verwendungszweck ab. Wenn beispielsweise ein wenig brisanter Explosivstoff, z.B. Kugeln, Flocken, Scheiben und Schiesspulver, die meist Nitrocellulose enthalten und einfach, doppelt oder dreifach aufgebaut sein können, gezündet werden soll, soll die Zündladung den wenig brisanten Explosivstoff zünden und nicht zur Detonation bringen. Die Zündladung soll daher Flammen und/oder Hitze und/ oder Funken erzeugen.
Die beschriebene Zündladung soll jedenfalls zur Verwendung als Einlage in Explosivkörpern geeignet sein. Solche Körper sind meist derart ausgelegt, dass sie bedeutende Energiemengen, beispielsweise in Form von Hitze und/oder Gas produzieren. Alle erforderlichen Vorsichtsmassnahmen müs sen getroffen werden, um sicherzustellen, dass derartige Körper nur auf Grund eines vorher festgelegten Auslösemoments bzw. von Auslösemomenten gezündet wird, und dies kann durch Wahl der geeigneten Mischung für die Zündladung und/ oder deren Behälter geschehen.
Das beschriebene Verfahren umfasst meist kontinuierliche oder halbkontinuierliche wiederkehrende Arbeitsgänge während eines längeren Zeitraums, wobei in diesem Zeitraum ein beträchtlicher Ausstossbedarf besteht. Die Erfindung gestattet die Ausdehnung der Produktion der Zündladung auf diesen Zeitraum an Stelle der bisher üblichen Konzentration, so dass bisher mit der Produktion und Lagerung verbundene Gefahren vermieden werden. Der Ausstoss beim erfindungsgemässen Verfahren entspricht im wesentlichen dem Bedarf, wobei es jedoch auch annehmbar sein kann, wenn ein geringes Defizit oder ein geringer Überschuss auftreten, die durch ein relativ einfaches Zündladungsmagazin ausgeglichen werden können.
Für die Produktion ist es erwünscht, dass jede stattfindende chemische Reaktion leicht und mit gleichmässigen Resultaten reproduzierbar ist.
Selbstverständlich muss ein fertiger Explosivkörper vor seiner endgültigen Verwendung noch gut verpackt und vorsichtig behandelt werden. Die Erfindung ermöglicht sichere Produktionsverfahren zur Herstellung sicherer Explosivkörper, insbesondere Munition, vorzugsweise in grossen Mengen und meist an einem fixen Standort, der keine Beziehung zum endgültigen Einsatzort hat.
Wie erwähnt, ist es nicht wesentlich, die Komponenten von Bleinitrat-hypophosphit zu mischen, um ein brauchbares Produkt zu erhalten; Mischen ergibt jedoch eine zusätzliche Gewähr für ein gleichförmiges Produkt bei der Herstellung von Explosivkörpern in grossem Umfang. Es scheint, dass eine zumindest eine Komponente enthaltende Lösung durch eine Masse ungelösten Materials unter Bildung des Doppelsalzes durchdringt. Da die bevorzugte Ausführungsform mit kleinen Materialmengen auskommt, reicht der Diffusionsgrad meist für die Erzielung des gewünschten Resultats aus.
Im erfindungsgemässen Verfahren müssen gemischte Salze nicht allein als Initialsprengstoffe zum Einsatz gelangen. Es können auch andere Initialsprengstoffe, z.B. Styphnate, vorhanden sein und in situ gleichzeitig mit dem gemischten Salz gebildet werden.
Die Erfindung steht im Gegensatz zur DE-PS 289 016, da die Zündladung in Form einer Masse aus untereinander verbundenen Kristallen oder Partikeln verwendet werden kann.
Dies verbessert den Halt der Zündladung in einem Behälter, wogegen in der DE-PS die reine Kristallform von Bleinitrathypophosphit für die Zündladung von Explosivkörpern verwendet wird. Dies scheint ein Hinweis auf eine freifliessende Kristallform zu sein, die erfindungsgemäss nicht erforderlich ist. Das frei kristallisierte Produkt wird nach der DE-PS nur in Nebelsignalen verwendet.
Im folgenden werden Beispiele für Zündladungen angeführt, welche erfindungsgemäss in Randfeuerpatronenhülsen eingebracht werden können.
In den Beispielen, die sich auf das Einbringen von Zündladungen in Randfeuermunition beziehen, wird ein Empfindlichkeitstest erwähnt. Bei diesem wird eine Kugel von 56,7 g auf einen Schlagbolzen fallen gelassen, der den Rand einer Patronenhülse einschlägt. Die Resultate sind als durchschnittliche Zündhöhe angegeben, womit die Fallhöhe der Kugel auf den Bolzen gemeint ist, mit welcher mit 50Soiger Wahrscheinlichkeit die Zündung einer Hülse in einer gegebenen Probe von meist 50 Hülsen erreicht wird; sie wird durch eine statistische Berechnung erhalten und die damit verbundene Standard Abweichung wird ebenfalls angegeben. Gelegentlich ist die Gesamtzündhöhe angeführt, das ist die Fallhöhe der Kugel, bei welcher alle Hülsen der Probe zünden.
Beispiel I
Styphnate a) Doppelzersetzung:
Folgende Materialien werden in den angegebenen Gewichtsanteilen eingesetzt: Natriumstyphnat 27 Teile Bleihypophosphit 7 Teile Grit 25 Teile
EMI5.1
trocken Bleinitrat 31 Teile Tetrazen 3 Teile Gummiarabicum Lissapol
EMI5.2
nass
Die ersten drei Materialien sind relativ unlöslich in Wasser, verglichen mit Bleinitrat, und werden in einer vorbestimmten Dosis in Pulverform in eine Randfeuerpatronenhülse eingefüllt. Die erforderliche Dosis hängt von der für die Zündung der Treibladung erforderlichen Menge der Zündladung ab. In einer Patrone, die etwa 80 mg Pulver auf Nitrocellulosebasis als Treibladung enthalten soll, werden die Reaktionskomponenten in solchen Mengen zugesetzt, dass man etwa 20 mg Zündladung erhält. Dies kann den gewünschten ballistischen Charakteristika der Kombination angepasst werden.
Bleinitrat ist in Wasser löslich und wird den trockenen Bestandteilen in wässeriger Lösung zugesetzt. Das Tetrazen wird in der Bleinitratlösung dispergiert, da es ein zu gefährliches Material ist, um trocken verarbeitet zu werden. Gummiarabicum und Lissapol sind in kleinen Mengen aus dem Fachmann wohlbekannten Gründen vorhanden.
Die Reaktion zwischen dem Bleinitrat und dem Natriumstyphnat tritt dann in der Patronenhülse auf, wobei Bleistyphnat und Natriumnitrat in der Mischung entstehen. Das Produkt wird nach der Reaktion getrocknet, und dann werden der Mischung etwa 10 Vol.-% Wasser zugesetzt, um sie formbar zu machen. Die die formbare Mischung enthaltende Randfeuerhülse wird dann einer üblichen Schleudereinrichtung zugeführt, um die Mischung auf bekannte Weise in den Rand der Hülse zu pressen. Die geformte Mischung wird dann durch eine herkömmliche Trockenlage geführt, und die mit der Zündladung versehene Hülse wird anschliessend auf bekannte Weise weiterbehandelt.
Um Kapseln mit einer Zündladung zu versehen, kann der Grit zumindest teilweise durch Antimonsulfid in trockener Pulverform ersetzt werden.
Die beschriebene doppelte Zersetzung wird bei Zimmertemperatur ausgeführt. Höhere Temperaturen können grössere Kristallgrössen beim Bleistyphnat ergeben, was die Empfindlichkeit der Masse beeinträchtigen könnte. Mit steigender Temperatur wächst auch das Risiko einer Zersetzung des Tetrazens, was insbesondere bei über etwa 700C ein Problem darstellt. Die unter Berücksichtigung der anderen Einschränkungen höchstmögliche Temperatur ist vorteilhaft, da sie die Kristallisation des Bleistyphnats aus dem Gel, welches sich in den frühen Stadien der Doppelzersetzung bildet. erleichtert.
Der pH-Wert der Mischung in der Patronenhülse wird nicht kontrolliert. Er ist infolge der Anwesenheit der Bleinitratlö- sung wahrscheinlich leicht sauer, und dies ist notwendig für die Kristallisation des Bleistyphnats. Ein pH-Wert im Bereich von 3 bis 6 ist zweckmässig.
Es wird so viel Wasser verwendet, dass das Bleinitrat in Lösung geht. Dies ergibt eine pastöse Konsistenz der Mischung nach Zusatz der Lösung. Es ist wünschenswert, die Wassermenge auf einem Minimum zu halten, da dieses nach Bildung des Bleistyphnats entfernt werden muss.
Die Hauptmenge der obigen Ausgangsmaterialien ist unempfindlich, verglichen mit dem Bleistyphnat. Tetrazen ist jedoch ein Initialsprengstoff, und trockenes Natriumstyphnat kann zur Explosion gebracht werden, wenn es durch einen Schwarzpulverzünder gezündet wird.
Es kann daher notwendig sein, diese Materialien bei der Lagerung und Zufuhr zur Patronenhülse feucht zu halten. Es ist jedoch zu bemerken, dass der Anteil des vorgebildeten Initialsprengstoffs in den Ausgangsmaterialien sehr gering ist noch immer unter 10%, auch wenn der angegebene Anteil etwas erhöht wird.
Wenn das Schwermetall Blei ist, werden die Verfahrensbedingungen vorzugsweise so geregelt, dass normales Bleistyphnat gebildet wird; ein Anteil an basischem Bleistyphnat kann sich aber entsprechend den gewünschten Anwendungsbedingungen als annehmbar herausstellen. Die Ausbeute an Bleistyphnat kann durch gründliches Mischen der Komponenten erhöht werden, so dass der Anteil an nicht umgesetzten Ausgangsmaterialien in der Mischung auf ein Minimum herabgesetzt wird. Wenn das Verfahren in kleinem Umfang ausgeführt wird, wie in dem obigen Beispiel für das Einbringen von Zündladungen in Patronenhülsen in situ, kann das Mischen durch Vibration der Reaktionskomponenten erreicht werden. Die Ausbeute an normalem Bleistyphnat kann durch Regelung des pH-Werts erhöht werden, und es kann nötig sein, freie Säure zuzusetzen, um den erforderlichen Säurewert in der Reaktionsmischung aufrechtzuerhalten.
In der ersten Stufe der doppelten Zersetzungsreaktion bildet sich ein Gel, aus welchem das Schwermetallstyphnat kristallisiert. Die für die Kristallisation aus der Gelstufe erforderliche Zeitdauer hängt von der Temperatur und der Konzentration der Mischung ab und ist um so länger, je niedriger die Temperatur und je höher die Konzentration ist. Wenn die Mischung in situ hergestellt wird, ist eine maximale Konzentration zweckmässig. um die Entfernung des Lösungsmittels, meist Wasser, zu vermeiden. Ebenso ist eine maximal zulässige Temperatur zweckmässig, aber diese wird durch die Tendenz zu einer thermischen Zersetzung der Reaktionskomponenten und Reaktionsprodukte und gegebenenfalls auch durch die Auswirkungen steigender Temperatur auf die Kristallgrösse des Styphnats begrenzt.
b) Reaktion mit Styphninsäure:
Aus den folgenden Materialien in den angegebenen Gewichtsteilen wird eine Mischung hergestellt: Styphninsäure 100 Teile Bleiweiss 100 Teile Gemahlenes Glas 50 Teile Bariumnitrat 50 Teile
Alle Materialien liegen in trockener Pulverform vor, und alle Pulverpartikel treten durch ein Sieb mit 0,15 mm Maschenweite hindurch. Beim Aufteilen auf Randfeuerpatronenhülsen wird die Mischung mit Wasser befeuchtet und in den Hülsen in situ reagieren gelassen. Es wurde gefunden, dass die erhaltene, mit der Zündladung versehene Hülse mit einer ziemlichen Flamme zufriedenstellend zur Explosion gebracht werden kann. Die Menge der Zündladung in jeder Hülse ist im Bereich von 14 bis 15 mg.
Es wurde Styphninsäure von Royal Ordnance Factory,
Bridgwater, eingesetzt. Bleiweiss ist basisches Bleicarbonat, wie es häufig in Farbpigmenten verwendet wird. Es hat die chemische Formel 2 PbCO3 - Pb(OH)2.
Der Weg über das Styphnat ist nicht auf die Herstellung von Bleiverbindungen beschränkt. Andere Schwermetallstyphnate können auf ähnliche Weise hergestellt werden und wurden auch schon als Initialsprengstoffe vorgeschlagen. Die Säurereaktion ist auch nicht auf die Verwendung von Bleiweiss (Bleicarbonat) oder Bleioxid (PbO) beschränkt. Eine weitere Möglichkeit ist Bleihydroxid. Die Verwendung von Bleioxid ist besonders zweckmässig, da dabei keine Nebenprodukte entstehen, da Bleioxid und Styphninsäure unter Bildung von Bleistyphnat reagieren. Die Verwendung von Bleihydroxid ist ebenfalls aus diesem Grund möglich, da das einzige entstehende Nebenprodukt Wasser ist, das in jedem Fall als Ionisie rungsmittel vorhanden ist. Eine weitere Möglichkeit ist eine Reaktion zwischen Bleiacetat und Styphninsäure.
In diesem Fall ist das erwartete Nebenprodukt Essigsäure, die flüchtig ist und während der Reaktion verdampft werden kann. Das Nebenprodukt von Bleiweiss ist CO2, das verdampft wird.
Weitere Einzelheiten über die Herstellung von Styphnaten sind in der US-PS 2 295 104 und der DE-PS 2 531 997 enthalten.
Beispiel 2
Gemischte Salze, insbesondere Nitrat-hypophosphite
Das Doppelsalz Bleinitrat-hypophosphit ist in der DE-PS 289 016 und seine Verwendung in einer Zündladung ist in den US-PS 2 160 469 und 2 116 878 beschrieben.
Bei einem Versuch werden die folgenden Materialien in den angegebenen Gewichtsprozentsätzen verwendet: Bleinitrat 40% Gummiarabicum Lissapol
EMI6.1
nass Bleihypophosphit 40% Grit 20%
EMI6.2
trocken
Die zuletzt genannten beiden Materialien sind in Wasser relativ unlöslich und werden in die Patronenhülse in Form eines gemischten Pulvers eingebracht.
Eine konzentrierte wässerige Lösung von Bleinitrat, die kleine Menge Gummiarabicum und Lissapol enthält, wird dem Pulver dann in einer vorbestimmten Menge zugesetzt.
Das Doppelsalz Bleinitrat-hypophosphit fällt aus der Lösung bei Umgebungstemperatur aus. Das Produkt kann dann getrocknet werden, bis es formbar ist, worauf die Hülse in eine bekannte Schleudervorrichtung gebracht und die Mischung im Rand verdichtet wird. Das Lissapol wirkt in diesem Beispiel als oberflächenaktives Mittel, kann sich aber auch als unnötig herausstellen.
Das Trocknen kann bei einer Temperatur bis zu 100ob ausgeführt werden, so dass man ein Produkt mit einem Wassergehalt von 10 bis 12 Gew.-% erhält, das sich für eine Verdichtung eignet. Das Produkt kann dann vollständig getrocknet werden. Falls gewünscht, kann das Ausgangsprodukt vollständig getrocknet und eine vorbestimmte Menge Wasser zugesetzt werden, um eine formbare Mischung zu erhalten. Eine weitere Trockenstufe ist nach der Verdichtung wie bei dem anderen Verfahren notwendig.
Bei einem weiteren Verfahren zur Herstellung einer Zündladung werden Bleinitrat, Bleihypophosphit und Grit als trokkenes Pulver gemischt, und eine vorbestimmte Menge des trockenen Pulvers wird in die Randfeuerhülse eingebracht.
Dem gemischten Pulver werden dann etwa 10 bis 12 Gew.-% Wasser zusammen mit Gummiarabicum und Lissapol zugesetzt, und in der Mischung entsteht, wie oben beschrieben, das Doppelsalz. Da die Mischung nun die nötige Wassermenge enthält und formbar ist, ist vor dem Einbringen der Hülse in die Schleudervorrichtung oder eine andere Vorrichtung, die die Mischung im Rand der Hülse verdichtet, keine Trocknung erforderlich. Bei diesem Verfahren können die Pulver vor dem Einbringen in die Hülse vorgemischt sein oder sie können einzeln eingebracht und die Hülse kann dann zwecks Mischung der Pulver vibriert werden. Die Mischstufe wurde bei einigen Versuchen weggelassen, und trotzdem wurde ein zufriedenstellendes Produkt erhalten.
Es sei festgehalten, dass bei dem oben beschriebenen Verfahren - ob die Pulver nun vorgemischt werden oder die Aufschlämmung während der Reaktion gerührt wird - das Doppelsalz im wesentlichen frei kristallisieren gelassen wird, d.h.
ohne Vorkehrungen, um die Kristallgrösse zu kontrollieren, wie dies in der US-PS 2 160 469 beschrieben ist. Die Bildung gedehnter Kristalle , die in dieser PS erwähnt wird, kann in situ stattfinden.
Es ist sehr vorteilhaft, die Mischung bei Umgebungstemperatur zu bilden, und dies hat sich als zufriedenstellend erwiesen. Das Verfahren ist jedoch nicht auf solche Temperaturen beschränkt; gewünschtenfalls kann die Temperatur, bei welcher das Produkt entsteht, geregelt und gegebenenfalls auch Wärme zugeführt werden, um die Temperatur über Umgebungstemperatur zu erhöhen. Temperaturen bis zu 45oC haben sich schon als zufriedenstellend erwiesen; höhere Temperaturen können unter Berücksichtigung der Zersetzung der Verbindungen angewendet werden.
Es hat sich auch als möglich herausgestellt, das Doppelsalz bei einem pH-Wert im Bereich von 1-3 herzustellen, was aber für saurer als nötig gehalten wird. Übermässiger Säuregehalt ist unerwünscht, da möglicherweise das Material der Hülse durch die darin enthaltene Lösung angegriffen wird. Anderseits kann eine übermässige Alkalinität der Lösungen eine Korrosion der Hülse bewirken; ein pH-Wert von 3 bis 5 wird für zweckmässig gehalten. Der pH-Wert wird meist durch den pH-Wert der Bleinitratkomponente bestimmt.
Die Molekulargewichte von Bleinitrat und Bleihypophosphit sind annähernd gleich; die Pulver werden daher vorzugsweise in annähernd gleichen Gewichtsanteilen eingesetzt. Ein kleiner Überschuss eines Pulvers kann sich in der Praxis je nach den Umständen als vorteilhaft erweisen. Die Erfindung ist nicht auf im wesentlichen gleiche Gewichtsmengen beschränkt, da ein Überschuss bis zu 100% einer Komponente noch immer ein Produkt mit zufriedenstellender Empfindlichkeit und Brisanz ergibt. Mit steigendem Überschuss an einem Produkt kann jedoch ein entsprechendes Mischen der Komponenten problematisch werden, und Brocken nicht umgesetzter Komponenten können in dem Hülsenrand gefunden werden.
Wenn eine Lösung von Bleinitrat zu Bleihypophosphitpulver zugesetzt werden soll, ist es zweckmässig, die Lösung so konzentriert wie möglich zu machen, um die vor der Verdichtung zu entfernende Wassermenge auf ein Minimum zu reduzieren.
Eine Anzahl von Randfeuerpatronen, die mit Bleinitrathypophosphit nach dem oben zuerst beschriebenen Verfahren mit einer Zündladung versehen sind, werden einer Reihe von Versuchen unterworfen, deren Ergebnisse im folgenden Abschnitt zusammengefasst sind.
Empfindlichkeit:
Durchschnittliche Zündhöhe 117,63 mm+29,97 mm
Gesamtzündhöhe 228,6 mm
Dies zeigt, dass die Empfindlichkeit grösser als jene herkömmlicher, Bleistyphnat und Tetrazen enthaltender Zündladungen ist.
Es wurde gefunden, dass die Empfindlichkeit vom Anteil des Friktionators, d.h. Grit, in dem obigen Beispiel abhängt.
Wenn der Friktionator nicht vorhanden ist, zündet das Produkt nicht einmal in einem Gewehrverschluss. Andere Friktionatoren sind z.B. pulverisiertes Glas und Kohleteilchen (Koks).
Die Empfindlichkeit hängt, wie gefunden wurde, zu einem gewissen Mass auch von dem Verhältnis des Bleinitrats und Bleihypophosphits ab. Eine etwas geringere Empfindlichkeit wird bei einem Überschuss an Hypophosphit festgestellt.
Laufzeit:
Dies ist der Zeitraum zwischen dem Aufschlag des Bolzens des Gewehrs und dem Austritt des Geschosses aus dem Lauf.
Dieser Zeitraum wird mit 2,59+0,13 Millisekunden gemessen.
Der Bereich der Messungen beträgt 0,58 Millisekunden. Dies ist im Vergleich mit den erwähnten herkömmlichen Zündladungen zufriedenstellend.
Die Laufzeit hängt in gewissem Mass von dem Verhältnis der Anteile von Zündladung und Treibladung ab. Bei den erwähnten Versuchen wird die von ICI Limited unter der Bezeichnung Acurex vertriebene scheibenförmige, einfache Treibladung verwendet. Die Patronen enthalten bei den Versuchen etwa 80 mg Treibladung und etwa 20 mg Zündladung.
Dies liegt im Mengenbereich üblicher Treibladungen.
Schubkraft und Geschwindigkeit:
Die von den untersuchten Patronen erzeugte Schubkraft beträgt durchschnittlich 910,28 kg/cm2, was eine Geschwindigkeit von etwa 321 m/s1 ergibt. Dies ist etwas geringer als die bei herkömmlichen Zündladungen festgestellte Schubkraft und Geschwindigkeit, aber ausreichend. Nach Lagerung unter feuchten Bedingungen erzeugen die Patronen eine Schubkraft von etwa 895,67 kg/cm2 und eine Geschwindigkeit von 316 m/s1.
Massenexplosivität:
Dies ist der Prozentsatz an Hülsen, die durch die Explosion einer Hülse in einer Gruppe gezündet werden. Es wurde gefunden, dass 90% der Gruppe auf diese Weise gezündet werden können, wahrscheinlich wegen der sehr hohen Empfindlichkeit der Zündladung. Dem kann in gewissem Masse durch Verwendung von Zusätzen wie Glasmehl oder anderen inerten Substanzen (US-PS 2 356 210) oder Polyvinylalkohol (US-PS 2 341 262) bzw. durch Anbringung einer Lackschicht über der Zündladung in den mit dieser versehenen Hülsen Rechnung getragen werden. Eine andere Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, Patronen in einer kontinuierlich arbeitenden Anlage zu erzeugen, dabei jedoch zu vermeiden, dass an irgendeinem Punkt der Anlage Gruppen von mit Zündladungen versehenen Hülsen gebildet werden.
Die Zündladungsmasse kann weitere Zusätze enthalten, um ihr zusätzliche Eigenschaften zu verleihen oder ihre Eigenschaften zu modifizieren. Beispielsweise kann sie Zusätze enthalten, um die Massenexplosivität zu vermindern, wie oben erwähnt, oder um die Verarbeitbarkeit zu verbessern, wie in den US-PS 2 327 867, 2 377 670 und 2 662 818 beschrieben.
Weitere Zusätze können Brennstoff liefern: so kann beispielsweise zu diesem Zweck Antimonsulfid beigegeben sein, um eine grössere Flamme zu erzielen. Sowohl Silizium als auch Calciumsilizid ergeben Funken. Brennstoffe können besonders für Zündladungen von Kapseln wichtig sein. Das Doppelsalz Bleinitrat-hypophosphit kann in Gegenwart jedes der erwähnt ten Brennstoffe erzeugt werden, und es hat sich gezeigt, dass diese Brennstoffe dazu neigen, die Empfindlichkeit der Masse zu erhöhen, wodurch der erforderliche Anteil an Friktionator vermindert wird. Die Mischung kann erforderlichenfalls auch kleine Mengen anderer Initialsprengstoffe enthalten.
Beim Verfahren zur Herstellung des gemischten Salzes ist es nicht notwendig, den gesamten Arbeitsgang im Behälter des Explosivkörpers durchzuführen. Die Komponenten können auch ausserhalb zusammengebracht und die Salzbildung in situ vervollständigt werden. Es kann aber auch die Salzbildung ausserhalb des Behälters durchgeführt und erst das gebildete Produkt in diesen eingebracht werden. Vorzugsweise wird das gemischte Salz wegen seiner hohen Empfindlichkeit und der mit einem grossen Ansatz verbundenen Explosionsgefahr in kleinen Portionen, insbesondere Einzeldosen für jeden Explosivkörper, hergestellt.
Die Verwendung von gemischten Salzen ist nicht auf Bleinitrat-hypophosphit beschränkt. Ähnliche gemischte Salze sind in den US-PS 2 175 826, 2 292 956 und 2 352 964 erwähnt, und andere können sich ebenfalls als geeignet erweisen.
Beispiel 3
Azide
Alle in diesem Beispiel angeführten Lösungen sind wässerig.
Wenn nicht anders angegeben, wird bei allen Versuchen eine Mischung in einer Patronenhülse gebildet, die Mischung vollständig getrocknet, bis zur Formbarkeit wieder benetzt, in dem Hülsenrand verdichtet und wieder getrocknet. Wenn nicht anders angegeben, reagieren die Reaktionskomponenten in stöchiometrischen Anteilen, und die Materialien werden, meist durch Vibration, in der Hülse gemischt.
Versuch 1:
5,4 mg Natriumazid (Teilchengrösse < 0,15 mm) werden in Pulverform mit 5,4 mg pulverisiertem Glas gemischt, und diese Menge wird in eine .22 Randfeuerpatronenhülse eingebracht.
10,8 1ll Bleinitrat in 50 Gew.-%iger Lösung werden in die Hülse eingefüllt. Natriumazid und Bleinitrat reagieren in der Hülse unter Bildung von Bleiazid und Natriumnitrat. Die erhaltene Mischung wird getrocknet, jedoch nicht in den Rand der Hülse geschleudert.
Diese Mischung enthält einen deutlichen Überschuss an Natriumazid gegenüber Bleinitrat bezogen auf die stöchiometrischen Anteile. Trotzdem beträgt die durchschnittliche Zündhöhe von mit derartigen Zündladungen versehenen Hülsen 157,48*17,78 mm.
Versuch 2:
3,5 mg Natriumazid, gemischt mit 3,5 mg pulverisiertem Glas, werden in eine Randfeuerpatronenhülse eingefüllt und mit 17,8 1 einer 50 Gew.-%igen Bleinitratlösung ergänzt. Die durchschnittliche Zündhöhe beträgt 117,602*17,78 mm.
Versuch 3:
7,7 mg eines Pulvers, das die folgenden Gewichtsanteile enthält, werden in eine Randfeuerpatronenhülse eingefüllt: Natriumazid 50% Glaspulver 25% Antimonsulfid 25%
20 ul einer 50 Gew.-9/oigen Bleinitratlösung werden in die Kapsel eingebracht. Die durchschnittliche Zündhöhe beträgt 162,56+45,212 mm und man stellt fest, dass die Mischung mehr Flammen produziert als die aus Versuch 2. Dies dürfte eine Folge des Zusatzes des Antimonsulfids sein. Diese Mischungsgattung eignet sich zur Verwendung in einer Zündkapsel einer Schrotpatrone.
Versuch 4:
4,5 mg Glaspulver werden in eine Randfeuerpatronenhülse gefüllt, worauf 12,5 p1 einer 28 Gew.-%igen Lösung von Natriumazid und dann 18 p1 einer 50 Gew.-%igen Lösung von Bleinitrat hinzugefügt werden. Die Hülse wird während des Zusatzes der Lösungen vibriert, die entstehende Mischung jedoch nicht in den Rand geschleudert. Die Mischung wird gründlich getrocknet.
Die erhaltene durchschnittliche Zündhöhe beträgt 180,34+58,42 mm. Wenn jedoch 4 yI Wasser zugegeben und die erhaltene formbare Mischung in den Rand des Hülsenbodens geschleudert wird, beträgt die durchschnittliche Zündhöhe nach dem Trocknen 129,54*22,606 mm. Derart behandelte Hülsen haben eine Gesamtzündhöhe von 228,6 mm bei einem Ansatz von 50 Hülsen.
Versuch 5:
16 mg eines trockenen Pulvers aus folgenden Bestandteilen (gewichtsmässig) wird nach gründlichem Mischen in eine Randfeuerpatronenhülse eingefüllt: Bleinitrat 53 % Natriumazid 20% Glaspulver 27%
Dieses Pulver wird mit 2,4 mg (15 Gew.-%) Wasser benetzt, die entstehende Mischung wird in den Rand der Hülse geschleudert und dann getrocknet. Es ist festzustellen, dass die Mischung etwas pulverig ist, was darauf zurückzuführen sein könnte, dass nicht genügend Wasser für eine vollständige Reaktion zugesetzt wurde. Trotzdem könnten auf diese Weise mit einer Treibladung versehene Hülsen gezündet werden, und die durchschnittliche Zündhöhe beträgt 259,08+32,512 mm.
Versuch 6:
4 mg Glaspulver werden in eine Randfeuerpatronenhülse gemessen, und die folgenden Lösungen werden in der angegebenen Reihenfolge zugesetzt: a) 12 iI Bleinitratlösung mit einem Feststoffgehalt von 6 mg, b) 24 ul Bariumazidlösung mit einem Feststoffgehalt von 4 mg.
Die durchschnittliche Zündhöhe wird mit 163,83+27,432 mm gemessen.
Versuch 7:
9,3 mg eines Pulvers, das 6,7 mg Bleihypophosphit, Rest Glaspulver, enthält, werden in eine Randfeuerhülse gefüllt.
Dem Pulver werden 9,5 1ll einer 28 Gew.-%igen Lösung von Natriumazid zugesetzt, was ein Gesamtgewicht der Zündladung von 12 mg ergibt.
Die durchschnittliche Zündhöhe wird als 237,49+84,836 mm berechnet. Diese Mischung ergibt, wie festgestellt wird, eine grosse Flamme, was bedeutet, dass sie als Zündladung für Zündkapseln von Schrotpatronen geeignet sein kann.
Versuch 8:
Wie Versuch 7, jedoch mit 26,5 ul Bariumazidlösung (Konzentration 166 g pro Liter) an Stelle des Natriumazids; Gesamtgewicht der Zündladung: 14 mg.
Die durchschnittliche Zündhöhe wird mit 176,53+32,004 mm berechnet. Wieder wird bei Zündung dieser Mischung eine grosse Flamme festgestellt.
Versuch 9:
13 mg eines Pulvers, bestehend aus einer 50:50-Mischung von Bleinitrat und Glaspulver werden in eine Randfeuerhülse eingefüllt, und 9 ul einer 28 Gew.- %igen Lösung von Natrium azid werden zugesetzt. Das Gesamtgewicht der Zündladung beträgt 15,5 mg.
Die durchschnittliche Zündhöhe wird mit 132,08+25,146 mm berechnet.
Versuch 10:
Wie Versuch 9, jedoch mit 4,4 mg Bariumazid in der gering sten Wassermenge, die das Azid zu lösen vermag, an Stelle des Natriumazids.
Die durchschnittliche Zündhöhe wird mit 1 14,3 +40,386 mm berechnet.
Im obigen Versuch 6 reagieren Bariumazid und Bleinitrat unter Bildung von Bleiazid und Bariumnitrat. Letzteres ist das Oxidationsmittel, das in üblichen Zündladungen verwendet wird. Häufig ist ein Moderator erforderlich, um die Heftigkeit der Explosion von Aziden in Zündladungen zu vermindern, und das in der Reaktion gebildete Bariumnitrat kann diese Funktion erfüllen. Das bei der Reaktion von Bleinitrat mit Natriumazid entstehende Natriumnitrat kann ähnlich wie das Bariumnitrat wirken. Das Oxidationsmittel kann auch Sauerstoff für Hilfsbrennstoffe wie Antimonsulfid liefern.
Brauchbare Azide sind nicht nur die oben angeführten.
Theoretisch können auch andere Schwermetalle verwendet werden, in der Praxis wird aber Blei universell verwendet. Es können auch andere Bleisalze als Reaktionskomponenten eingesetzt werden; lösliche Salze werden bevorzugt. Bleiacetat ist insbesondere eine mögliche Alternative zu Bleinitrat, da es üblicherweise zur Herstellung von Bleiazid verwendet wird.
Das entstehende Natriumacetat wirkt nicht als Oxidationsmittel, sondern als Moderator in der oben beschriebenen Weise.
Andere lösliche Bleisalze sind Citrate, Isobutyrate, Lactate, Nitrite, Peroxydisulfate und Dithionate.
Besonders vorteilhaft, jedoch nicht wesentlich, ist es, die Zündladung in einem wässerigen Medium herzustellen. In den angeführten Versuchen treten die Reaktionen bei Zimmertemperatur auf, dies ist jedoch ebenfalls nicht wesentlich. Es wird aber bevorzugt, die Reaktionstemperatur nicht darunter zu senken, da dadurch die Löslichkeit der Komponenten in Wasser vermindert und zusätzliches Wasser in der Hülse erforderlich wird. In den geschilderten Versuchen werden keine besonderen Vorkehrungen getroffen, um den pH-Wert der Reaktionsmischung zu kontrollieren. Ein geeigneter pH-Wert kann empirisch eingestellt werden.
Es wird angenommen, dass das Natrium- und Bariumazid in den Versuchen 7 und 8 einer doppelten Zersetzungsreaktion mit dem Bleihypophosphit unter Bildung von Bleiazid und Natrium- oder Bariumhypophosphit eingeht. Es ist aber auch möglich, dass ein gemischtes Natrium- oder Bariumazid-Bleihypophosphit-Salz gebildet wird und den oder einen explosiven Bestandteil der Mischung bildet. Die Bildung eines solchen gemischten Salzes fällt in den Rahmen der Erfindung, wie sie im Beispiel 2 erläutert ist.
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PATENT CLAIMS
1. Process for the serial production and the introduction of a primer charge as a separate component in a container for an explosive body, each individual container being allocated the required proportion of primer charge which contains an initial explosive, characterized in that the primer charge is produced at a rate which corresponds practically to the rate of their allocation to the individual containers, and that the manufacture of the primer charge comprises the formation of at least part of the initial explosive by chemical reaction between two or more relatively insensitive components in the presence of a liquid reaction medium.
2nd A method according to claim 1, characterized in that the ignition charge is produced in situ.
3rd Method according to claim 1 or 2, characterized in that the primer charge is produced by metering in a predetermined proportion of a practically dry premix containing components which react chemically in the presence of a liquid reaction medium to form the desired initial explosive, and in that the dry one Premix combined with a predetermined proportion of the liquid reaction medium.
4th A method according to claim 3, characterized in that the practically dry premix contains, in addition to the dry components necessary for the formation of the initial explosive, other additives whose presence in the primer charge is desired.
5. A method according to claim 4, characterized in that the liquid reaction medium contains at least one, but not all, of the components required to form the initial explosive and / or at least one of the further additives.
6. A method according to claim 3, characterized in that the practically dry premix contains styphnic acid and a lead compound from the group of lead monoxide, hydroxide and carbonate, and that the liquid reaction medium is aqueous, the styphnic acid and the lead compound with the formation of lead phosphate react as an initial explosive.
7. A method according to claim 1, characterized in that the primer charge additionally contains an oxidizing agent, a sensitizer for the initial explosive, a friction-generating agent, fuel, individually or as a mixture with one another.
8th. Application of the method according to claim 1 for introducing the primer charge into rimfire cartridges or into primer capsules for central fire cartridges.
The present invention relates to a method for the serial production and the introduction of a primer charge as a separate component in a container for an explosive body, each required quantity of primer charge, which contains an initial explosive, being allocated to each individual container, and to the application of the method for introducing the primer in rimfire cartridges or in primers for central fire cartridges.
Initial explosives are currently being used to ignite explosive devices (e.g. B. Ammunition cartridges) removed from the loading zone in a large batch or continuously at the highest possible speed. In the loading stage, initial explosives are taken from the supply, mixed with other constituents of a mixture in a considerable amount, which are then applied to the explosives, e.g. B. Primers or cartridge cases, is divided.
This method of operation involves stockpiling in large quantities, transport to the mixing station, the mixing process as such, transport of the mixture to the introduction zone and distribution to the explosive devices. Since the generation and handling of initial explosives is inherently dangerous, each of these process stages is dangerous and requires special precautions, especially if the initial explosive is present in large quantities.
In the method according to the invention, which is defined in claim 1, each of the following three features is used alone or in any combination with the others:
1. The primer charge is produced in a relatively small amount, preferably in accordance with a single dose;
2nd the primer charge is produced with a relatively low output, preferably not much faster than it is required for insertion;
3rd the ignition charge is generated essentially continuously or simultaneously with their further use.
The primer charge can be produced in a batch which is sufficient for several single doses, but which is small compared to conventional batches. To meet the overall needs during a period, a number of such approaches can be made during that period that are spatially and / or separated from one another in a manner that facilitates the isolation of an explosion in one of the approaches.
The approaches can be produced in a regular sequence, for example at predetermined time intervals, which facilitates appropriate spacing and subsequent handling.
The maximum allowable size of each approach depends on the type of primer and the conditions under which it must be made. The sensitivity, explosiveness, required production conditions and divisibility of the primer charge when used further influence the batch size. The total requirement per unit of time influences the size of the batch as well as the precautions required for the isolation of the individual batches. Conventional primer charges for rimfire cartridges use lead phosphate as the initial explosive: a batch of styphnate that is sufficient for, for example, 20 primer charges can be produced and distributed to the cartridge cases in a continuous process. Accordingly, primers for shot cartridges can also be provided with primers.
Larger approaches require additional precautionary measures; Batches of some decagrams can, however, be made at about one minute intervals.
In the preferred mode of operation, an approach is tailored to a single dose, i.e. H. that, for example, each batch in a row is just sufficient for an ignition charge for a rimfire or shotgun cartridge. This allows simultaneous generation and processing when the initial explosive is made in situ in one component.
The terms component and manufacturing in situ are explained below.
Component refers to the combination of at least two components of an explosive, at least one of which is a mass of the ignition charge mentioned. The other can be a mere container or carrier for the primer charge, for example a rimfire cartridge case or a primer. The usable element can be a finished explosive device, but is usually only partially completed; For example, a) additional components, such as propellant charge and projectile for a rimfire cartridge, may have to be added, or b) the components may be reshaped or their relative positions changed if, for. B. the one in the bottom of the sleeve
ignition charge formed is pressed into the edge of the rimfire cartridge case by a conventional spinning process.
Manufacturing in situ means that the priming charge is made in relation to at least one other component, so that the combination mentioned arises. If the other component is a container, the primer charge will usually be generated in it. If the other component is a carrier, the primer charge can be produced as a mass on part of the carrier. As indicated above, in situ manufacture does not imply that the combination is ready for the final use.
The primer charge can be generated in a continuous or semi-continuous flow, but at a rate that is slow compared to conventional continuous or semi-continuous processes. The flow can be divided into successive sections by explosion barriers.
The manufacture of the primer in the form of a continuous stream or series of approaches is simplified if the manufacturing process is continuous or simultaneous with the processing stage. Continuity does not necessarily include immediate processing; in practice, if the production is not carried out in situ, a certain unused stock is inevitably formed, and this stock can be adapted to the production circumstances. However, there is a constant flow between the production and processing stages, so that the remote storage of dangerous substances is reduced or avoided. For this purpose, production and processing speeds are coordinated or essentially coordinated, at least on average over a period of time.
The method according to the invention is preferably automated. The materials required for the production of the primer charge can be measured automatically in a stream or in batches under controlled thermal conditions, even if only small quantities are used. An automatic method is also preferably coupled to an automatic processing stage in which an at least partially completed primer charge is generated; For example, if the primer charge is placed in rimfire cartridges, the initial explosive can be produced continuously with an automatic device in which the sleeves provided with the primer charge are received, the propellant charge is filled in and the projectile is used.
The primer charge is intended to be sensitive to heat, friction, flames, electrical sparks, shock or other intended triggering moments and is intended to generate heat or flames for the ignition of propellant charges.
The terminology still used in the description is explained below: a) The word material is used in a general sense; b) part of a mixture or
Mass denotes the component in which the components remain individually identifiable, while c) component is used to designate a material which is combined with another component or other components to form a further material in which none of the components is identifiable per se.
The initial explosive can be in any physical form required. In particular, but not exclusively, it has the form of a compound, a mixture or a mixed salt, for example a double salt of the type described in DE-PS 289 016. An explosive compound or the mixed salt can form part of a mixture and can be produced in a mixture of some or all other constituents of the mixture: for example an explosive compound or a mixed salt can be produced in a mixture which is a fuel and / or contains an oxidizing agent and / or a frictionator. Such a mixture is disclosed in U.S. Patent 2,239,547.
A mixture can be made by bringing its constituents or some of their constituents and components which together form the remaining constituents together.
In the method according to the invention, the materials which are brought together to form the primer charge are comparatively insensitive, as a result of which storage, mixing and filling problems are reduced. However, it may be necessary. to use some delicate raw materials. For example, an explosive mixture may contain several sensitive components and it may be difficult or impossible to produce all of these sensitive components in the mixture at the same time: e.g. B.
it would be difficult to simultaneously produce pencil and tetrazene in a mixture for a rimfire cartridge primer, although these two components may be required. The invention therefore also includes the use of sensitive starting materials. However, if these are used, they can form a smaller proportion and preferably a small proportion of the starting materials.
It is also within the scope of the invention a sensitive primer from z. B. to produce relatively insensitive starting materials and then to mix them with other components of a mixture. This may be necessary if the other components hinder the formation of the sensitive primer charge. However, it is preferred to avoid such additives if possible, since this is of course associated with additional dangers.
The primer charge is produced in a liquid medium, preferably water. The liquid medium can be marketed or otherwise removed after the primer has formed. The liquid medium can render insensitive to solid, sensitive components which are to remain moist until the mixture is formed and acts as a reaction medium which allows two or more components to form the initial explosive.
A component soluble in a reaction medium can be dissolved by the medium and then brought together with another component. Components and medium can also be independent of one another before they are brought together. Furthermore, if the components do not react dangerously with one another in the absence of a medium, the components can be brought together before they are brought into contact with the medium.
While the invention encompasses the formation of mixtures by merely mixing their components, it goes without saying that an interaction between components takes place in the form of a chemical reaction. The desired characteristics of such a reaction are listed below: a) Simplicity: The reaction should preferably be carried out in a single step without prolonged stirring (preferably without stirring at all) and without narrowly limited critical conditions, such as temperature or pH.
b) Speed: The reaction should preferably be completed in a short time. However, this is not essential if an incomplete reaction does not hinder further processing, e.g. spinning, drying, addition of the propellant charge and projectile in the manufacture of ammunition, provided that the reaction is complete when the product is for its final use is needed.
c) Compatibility with containers: The solutions or other materials participating in the reaction should of course be compatible with the material of the containers in which the reaction takes place. Some acids are therefore from reactions that occur in metal containers, e.g. B. Brass cartridge cases, take place, excluded.
d) By-products: No excessively harmful by-products should arise. In some cases, it may be possible to use by-products of the reaction, for example, as an oxidant in an ignition charge mass. If this is not possible, the by-products can be inert, gaseous, volatile or evaporable or at least not very harmful.
e) Starting materials: These should be easy to handle in large quantities. They should be insensitive to the end product; however, small amounts of sensitive materials, e.g. B. Tetrazene, be present in its complete form among the starting materials for an ignition charge mass. The starting materials need not be non-explosive, but are preferably not initial explosives.
A radical exchange usually best fulfills the requirements a) and b) above. The formation of covalent bonds is usually a relatively slow process. Suitable reactions involving radical exchange are double decomposition and acid / base reactions. It was also found that the formation of mixed crystals in addition to the radical exchange is a suitable reaction with regard to the criteria a) and b) above.
If the primer charge is generated in situ, it is not necessary to create a so-called free-flowing crystal form. The production of such a crystal form is a long-standing problem in explosive technology and can be avoided by the production taking place in situ.
Furthermore, the required sensitivity of the primer charge is that of the ultimate use and not a sensitivity dependent on the charging method. In the past, many suitable connections had to be rejected because they were found to be too dangerously sensitive to be used in conventional priming methods. in which the initial explosive from one batch is distributed to the explosive devices. Examples of suitable materials are given.
In the method according to the invention, relatively insensitive materials are brought together in order to generate an ignition charge in an amount which is practically sufficient for a single explosive device. This single amount is preferably one of a number of such amounts. The ignition charge is preferably produced completely in situ in one component. However, it is within the scope of the invention to stop producing the priming charge outside the component and to introduce the product into the component or to bring the materials outside the component together and to complete the production of the priming charge in situ.
An expedient device for producing and introducing primer charges into explosive bodies comprises, for example, devices for moving materials that together form the primer charge at low speed and / or in successive small quantities, which preferably correspond to single doses, and / or on a flow path that is continuous with devices for conveying the partially or completely formed primer charge to a sequence of other elements of processing devices.
If primer charges are to be generated in successive small portions, the device can have a plurality of dispensing devices, each of which dispenses a predetermined dose of material into a sensor, so that each sensor receives a dose from each of the dispensing devices.
The materials dispensed can be components of a primer and a medium in which the components can react.
If production does not take place entirely in situ, raw materials can be continuously fed to a mixing zone. The starting materials can be components of an ignition charge and / or components of a compound or a multiple salt. In the mixing zone, they can be brought together in small quantities or at slow speed. The mixture can leave the zone in the form of a series of small single doses or as a stream with small dimensions. Such a current can be interrupted at intervals to reduce the risk of explosion; For example, explosion barriers can be arranged so that an explosion at a specific point in the current is limited to the area between two successive barriers.
The mixture can be continuously conveyed from the mixing zone into a processing zone. If the mixture leaves the mixing zone as a series of small portions, each portion can be the size of a single dose, for example for a shot capsule or a rimfire cartridge. The portions can therefore be dispensed directly into a corresponding row of containers for explosive devices. If the mixture leaves the zone as a stream of small dimensions, these can be chosen to simplify the division of the stream into portions corresponding to single doses. For example, the cross-section of the current can correspond to a single rimfire cartridge or primer.
The materials are preferably mixed in substantially predetermined proportions in the mixing zone.
The mixing zone can have free access to feeders through which the materials are fed. On the other hand, access from these feeders can be regulated. For example, the materials can circulate through closed lines which are normally separate from the mixing zone and can be fed into the mixing zone in portions by opening shut-off means.
The mixing in the zone can take place in any way, for example by turbulence, mechanically or by means of gas bubbles.
It has been found that deliberate mixing of the materials is unnecessary in some cases. If e.g. B. If at least one material goes into solution that penetrates the mass of another material without mixing, then a mixing stage can be omitted. In general, however, intentional mixing is preferred to ensure complete reaction.
The selection of an initial explosive depends on the required manufacturing and use conditions, whereby the criteria listed above must be taken into account. The double salt lead nitrate hypophosphite is a particularly favorable initial explosive for the primer charge of ammunition with regard to most of the criteria.
It can be produced in a simple, rapid reaction between lead nitrate and lead hypophosphite, both of which are compatible with brass casings from rimfire cartridges. There are no by-products and neither of the raw materials are explosive. The product is sensitive and compatible with the container and propellant. It is able to ignite propellant powder. It has been found that there are certain difficulties with moist storage.
However, these can be arranged by arranging a z. B. bituminous sealing material between the projectile and the cartridge case. A suitable material has z. B. Ritostlastic by Lancashire Tar Distillers Building Products, Liverpool.
The acid / base reaction in the manufacture of pencil phosphate also meets the above requirements and has the advantage that it results in a product that comes very close to conventional initial explosives and is known to be relatively insensitive to moist storage. This method is therefore preferable to the lead nitrate / sodium styphnate method, since the sodium nitrate produced in this way is hygroscopic.
One difficulty with both chemical ways of producing styphnate is the need to introduce tetrazene to give the product the sensitivity it needs. Tetrazen itself is a sensitive initial explosive and must therefore be used in very small quantities in the material feed. If any of these feeds are in the form of a liquid, tetrazene may be dispersed in that liquid and suitable dispersants may be included in the solution to aid in this. If possible, however, it is beneficial to replace tetrazene with another sensitizer. Lead nitrate hypophosphite can be produced simultaneously with lead phosphate, especially if double decomposition with lead nitrate is used.
Lead azide meets most requirements, but is known to corrode copper alloy containers, such as brass cartridge cases. Reaction with the copper in the sleeve creates a copper azide, which is a more sensitive material than lead azide.
It should also be mentioned that the reaction described does not have to take place in the final container. It can take place in another vessel that places less stringent requirements on the reaction conditions. The formation of the priming charge can also be stopped in such a vessel, and the final container is then loaded with the tablet (pellet) formed. If the primer charge is generated on or around a carrier, the carrier may protrude into such a vessel. In some cases it may be possible to remove by-products that would otherwise be harmful, for example if they are soluble in the reaction liquid that can be decanted, suctioned off or drained from the vessel.
There are other features of certain embodiments described above that distinguish them from the prior art set forth in the description.
Initially, an initial explosive can form freely, in particular, but not essentially, without impairing its crystal shape. The free formation of lead nitrate hypophosphite crystals has already been compared with the stirring described in US Pat. No. 2,160,469. It has also already been pointed out that it is not necessary to use free-flowing and sensitivity-reduced crystal forms of azides and styphnates, as described, for example, in the GB-PS
1,336,561 and 519,340. Such crystal modification methods are not excluded according to the invention, but can prove to be unnecessary in the method according to the invention.
The invention therefore also relates to primers in which the initial explosive is wholly or mainly formed from a mixed salt of a hypophosphite, in particular if this salt was able to crystallize freely during its formation. The term multiple salt here means a salt that is formed by mixed crystallization of two or more salt components.
The primer charge can be a mass that contains other, preferably non-explosive components, for example a friction device and / or a fuel. The mixed salt preferably contains a nitrate component and a hypophosphite component. Both components are preferably lead salts.
The primer charge can be used with a nitrocellulose-based propellant charge. The propellant charge can take the form of disks, such as those supplied by Imperial Chemical Industries Limited under the name Acurex. However, the propellant charge can also take the form of bullets, flakes or gunpowder.
By-products of a reaction that gives rise to an initial explosive can be retained in a primer.
It has already been mentioned that by-products can be retained under certain circumstances, especially if they act as an oxidizing agent or at least as a desirable diluent.
The by-product preferably forms essentially anhydrous crystals and is very little hygroscopic. It is preferably a nitrate if it is to act as an oxidizing agent. But there are other conditions that must be met. For example, the material supplied in the double decomposition for the production of styphnates should be as soluble as possible. Sodium styphnate has an acceptable solubility and sodium nitrate is satisfactorily useful as an oxidizing agent in a mixture containing lead styphnate, replacing the usual barium nitrate.
Potassium and ammonium styphnate are also useful in terms of solubility, but potassium and ammonium nitrate have not been found to be useful as oxidizing agents. Magnesium styphnate is the most soluble, but magnesium nitrate contains a significant amount of water of crystallization that is difficult to remove.
It is not necessary for the double decomposition to produce the entire oxidizing agent required in one mass. For example, a conventional oxidizing agent, such as barium nitrate, can be added to the mass after the heavy metal styphnate has formed. The addition of barium nitrate at an early stage in the reaction can lead to the formation of barium styphnate, which is a less sensitive initial explosive compared to pencil pyhrnate.
Initial explosive and by-product can be made in a mixture of other ingredients, e.g. B contains a frictionator and / or fuel. However, other components can also be added to the mixture after the initial explosive and by-product have been produced.
The initial explosive is usually a compound or at least a mixed salt. However, it is also known to use initial explosives that are mixtures of components that usually contain a chlorate. Mixtures of this type can also be used. The type of primer charge depends to a certain extent on the intended use. For example, if a slightly explosive explosive, e.g. B. Bullets, flakes, disks and gunpowder, which mostly contain nitrocellulose and can be detonated in a simple, double or triple structure, are intended to ignite the explosive charge and not to detonate it. The primer charge should therefore generate flames and / or heat and / or sparks.
The ignition charge described should in any case be suitable for use as an insert in explosive devices. Such bodies are usually designed in such a way that they produce significant amounts of energy, for example in the form of heat and / or gas. All necessary precautionary measures must be taken to ensure that such bodies can only be operated on the basis of a predetermined triggering moment or is triggered by trigger moments, and this can be done by choosing the appropriate mixture for the primer charge and / or its container.
The described method usually comprises continuous or semi-continuous recurring operations over a longer period of time, during which time there is a considerable need for output. The invention allows the production of the priming charge to be extended to this period instead of the previously usual concentration, so that dangers associated with production and storage have been avoided up to now. The output in the method according to the invention essentially corresponds to the demand, although it can also be acceptable if a small deficit or a small excess occur, which can be compensated for by a relatively simple primer magazine.
It is desirable for production that every chemical reaction taking place is easy and reproducible with uniform results.
Of course, a finished explosive device must be well packed and handled carefully before it is finally used. The invention enables safe production methods for the production of safe explosive devices, in particular ammunition, preferably in large quantities and usually at a fixed location which has no relation to the final place of use.
As mentioned, it is not essential to mix the components of lead nitrate hypophosphite in order to obtain a useful product; However, mixing provides an additional guarantee of a uniform product in the manufacture of explosive devices on a large scale. It appears that a solution containing at least one component penetrates through a mass of undissolved material to form the double salt. Since the preferred embodiment manages with small amounts of material, the degree of diffusion is usually sufficient to achieve the desired result.
In the process according to the invention, mixed salts need not be used as initial explosives alone. Other initial explosives, e.g. B. Styphnate, be present and formed in situ at the same time as the mixed salt.
The invention is in contrast to DE-PS 289 016, since the primer charge can be used in the form of a mass of interconnected crystals or particles.
This improves the hold of the primer charge in a container, whereas in DE-PS the pure crystal form of lead nitrate hypophosphite is used for the primer charge of explosive devices. This appears to be an indication of a free-flowing crystal form which is not required according to the invention. According to DE-PS, the free-crystallized product is only used in fog signals.
Examples of primer charges which can be introduced into rimfire cartridge cases according to the invention are given below.
A sensitivity test is mentioned in the examples relating to the introduction of primers in rimfire ammunition. In this, a ball of 56.7 g is dropped on a firing pin that strikes the edge of a cartridge case. The results are given as the average ignition height, which means the drop height of the ball on the bolt, with which the ignition of a sleeve in a given sample of 50 sleeves is most likely to be achieved; it is obtained through a statistical calculation and the associated standard deviation is also given. Occasionally the total ignition height is given, that is the drop height of the ball, at which all sleeves of the sample ignite.
Example I
Styphnate a) Double decomposition:
The following materials are used in the stated proportions by weight: sodium styphnate 27 parts lead hypophosphite 7 parts grit 25 parts
EMI5. 1
dry lead nitrate 31 parts tetrazene 3 parts gum arabic Lissapol
EMI5. 2nd
wet
The first three materials are relatively insoluble in water compared to lead nitrate and are filled into a rimfire cartridge case in a predetermined dose in powder form. The dose required depends on the amount of primer charge required to ignite the propellant charge. In a cartridge, which should contain about 80 mg of nitrocellulose-based powder as a propellant charge, the reaction components are added in amounts such that about 20 mg of primer charge are obtained. This can be adapted to the desired ballistic characteristics of the combination.
Lead nitrate is soluble in water and is added to the dry components in aqueous solution. The tetrazene is dispersed in the lead nitrate solution because it is too dangerous a material to be processed dry. Gum arabic and lissapol are present in small amounts for reasons well known to those skilled in the art.
The reaction between the lead nitrate and the sodium styphnate then occurs in the cartridge case, with pencil lead and sodium nitrate being formed in the mixture. The product is dried after the reaction and then about 10 vol. -% water added to make them malleable. The edge fire sleeve containing the moldable mixture is then fed to a conventional centrifugal device in order to press the mixture into the edge of the sleeve in a known manner. The shaped mixture is then passed through a conventional dry layer, and the sleeve provided with the primer is then further treated in a known manner.
In order to provide capsules with an ignition charge, the grit can be at least partially replaced by antimony sulfide in dry powder form.
The double decomposition described is carried out at room temperature. Higher temperatures can result in larger crystal sizes in the pencil, which could affect the sensitivity of the mass. As the temperature rises, the risk of tetrazene decomposition also increases, which is particularly problematic at temperatures above about 700C. The highest possible temperature, taking into account the other restrictions, is advantageous because it crystallizes the lead from the gel that forms in the early stages of double decomposition. facilitated.
The pH of the mixture in the cartridge case is not checked. It is likely to be slightly acidic due to the presence of the lead nitrate solution, and this is necessary for the crystallization of the lead phosphate. A pH in the range from 3 to 6 is appropriate.
So much water is used that the lead nitrate dissolves. This results in a pasty consistency of the mixture after adding the solution. It is desirable to keep the amount of water to a minimum, as this must be removed after the lead is formed.
The majority of the above starting materials are insensitive compared to the lead phosphate. However, tetrazene is an initial explosive, and dry sodium styphnate can explode if ignited by a black powder igniter.
It may therefore be necessary to keep these materials moist during storage and delivery to the cartridge case. However, it should be noted that the proportion of the pre-formed initial explosive in the starting materials is still very low, even below 10%, even if the stated proportion is increased somewhat.
If the heavy metal is lead, the process conditions are preferably controlled so that normal lead phosphate is formed; a proportion of basic lead phosphate can, however, turn out to be acceptable in accordance with the desired application conditions. The yield of lead phosphate can be increased by thoroughly mixing the components so that the proportion of unreacted starting materials in the mixture is minimized. If the process is carried out on a small scale, as in the above example for the introduction of primers into cartridge cases in situ, the mixing can be achieved by vibration of the reaction components. The yield of normal lead phosphate can be increased by controlling the pH, and it may be necessary to add free acid to maintain the required acid value in the reaction mixture.
In the first stage of the double decomposition reaction, a gel is formed from which the heavy metal styphnate crystallizes. The time required for the crystallization from the gel stage depends on the temperature and the concentration of the mixture and is the longer, the lower the temperature and the higher the concentration. If the mixture is made in situ, a maximum concentration is appropriate. to avoid the removal of the solvent, usually water. A maximum permissible temperature is also expedient, but this is limited by the tendency towards thermal decomposition of the reaction components and reaction products and possibly also by the effects of increasing temperature on the crystal size of the styphnate.
b) Reaction with styphnic acid:
A mixture is produced from the following materials in the stated parts by weight: styphnic acid 100 parts lead white 100 parts ground glass 50 parts barium nitrate 50 parts
All materials are in dry powder form and all powder particles pass through a 0.15 mm mesh screen. When dividing onto rimfire cartridge cases, the mixture is moistened with water and allowed to react in situ in the cases. It has been found that the sleeve provided with the primer charge can be satisfactorily ignited with a fair flame. The amount of the primer charge in each sleeve is in the range of 14 to 15 mg.
It was styphnic acid from Royal Ordnance Factory,
Bridgwater. Lead white is basic lead carbonate, as it is often used in color pigments. It has the chemical formula 2 PbCO3 - Pb (OH) 2.
The route via the styphnate is not limited to the production of lead compounds. Other heavy metal styphnates can be made in a similar manner and have also been proposed as initial explosives. The acid reaction is also not limited to the use of lead white (lead carbonate) or lead oxide (PbO). Another option is lead hydroxide. The use of lead oxide is particularly expedient since no by-products are formed, since lead oxide and styphnic acid react with the formation of lead phosphate. The use of lead hydroxide is also possible for this reason, since the only by-product formed is water, which is present as an ionizing agent in any case. Another possibility is a reaction between lead acetate and styphnic acid.
In this case, the expected by-product is acetic acid, which is volatile and can be evaporated during the reaction. The lead product of lead white is CO2, which is evaporated.
Further details on the production of styphnates are contained in US Pat. No. 2,295,104 and DE Pat. No. 2,531,997.
Example 2
Mixed salts, especially nitrate hypophosphites
The double salt lead nitrate hypophosphite is described in DE-PS 289 016 and its use in an ignition charge is described in US Pat. Nos. 2,160,469 and 2,116,878.
The following materials are used in an experiment in the stated weight percentages: lead nitrate 40% gum arabic Lissapol
EMI6. 1
wet lead typophosphite 40% grit 20%
EMI6. 2nd
dry
The latter two materials are relatively insoluble in water and are introduced into the cartridge case in the form of a mixed powder.
A concentrated aqueous solution of lead nitrate containing a small amount of gum arabic and lissapol is then added to the powder in a predetermined amount.
The double salt lead nitrate hypophosphite precipitates out of the solution at ambient temperature. The product can then be dried until it is moldable, whereupon the sleeve is placed in a known spinner and the mixture is compacted in the rim. In this example, the Lissapol acts as a surface-active agent, but can also prove to be unnecessary.
Drying can be carried out at a temperature up to 100ob, so that a product with a water content of 10 to 12 wt. -% that is suitable for compression. The product can then be dried completely. If desired, the starting product can be dried completely and a predetermined amount of water added to obtain a moldable mixture. A further drying stage is necessary after the compression, as with the other process.
In another method of making a primer, lead nitrate, lead typophosphite and grit are mixed as a dry powder, and a predetermined amount of the dry powder is placed in the rimfire case.
The mixed powder is then about 10 to 12 wt. -% water added together with gum arabic and Lissapol, and the double salt is formed in the mixture, as described above. Since the mixture now contains the necessary amount of water and is moldable, no drying is required before the sleeve is introduced into the centrifugal device or another device which compresses the mixture in the edge of the sleeve. In this method, the powders can be premixed before being introduced into the sleeve or they can be introduced individually and the sleeve can then be vibrated to mix the powders. The mixing stage was omitted in some experiments, and still a satisfactory product was obtained.
It should be noted that in the process described above - whether the powders are premixed or the slurry is stirred during the reaction - the double salt is essentially allowed to crystallize, i.e. H.
without precautions to control the crystal size, as described in U.S. Patent 2,160,469. The formation of stretched crystals mentioned in this PS can take place in situ.
It is very advantageous to form the mixture at ambient temperature and this has been found to be satisfactory. However, the process is not limited to such temperatures; if desired, the temperature at which the product is formed can be regulated and, if necessary, heat can also be added in order to raise the temperature above ambient temperature. Temperatures up to 45oC have already proven to be satisfactory; higher temperatures can be used considering the decomposition of the compounds.
It has also turned out to be possible to produce the double salt at a pH in the range of 1-3, but this is considered to be more acidic than necessary. Excessive acidity is undesirable because the sleeve material may be attacked by the solution contained therein. On the other hand, excessive alkalinity of the solutions can cause the sleeve to corrode; a pH of 3 to 5 is considered appropriate. The pH is usually determined by the pH of the lead nitrate component.
The molecular weights of lead nitrate and lead hypophosphite are approximately the same; the powders are therefore preferably used in approximately equal parts by weight. In practice, a small excess of a powder can prove advantageous depending on the circumstances. The invention is not limited to essentially equal amounts by weight, since an excess of up to 100% of a component still gives a product with satisfactory sensitivity and explosiveness. With increasing excess of a product, however, appropriate mixing of the components can become problematic, and chunks of unreacted components can be found in the rim of the sleeve.
If a solution of lead nitrate is to be added to lead hypophosphite powder, it is advisable to make the solution as concentrated as possible in order to minimize the amount of water to be removed before compression.
A number of rimfire cartridges that are primed with lead nitrate hypophosphite according to the method first described above are subjected to a number of experiments, the results of which are summarized in the following section.
Sensitivity:
Average ignition height 117.63 mm + 29.97 mm
Total ignition height 228.6 mm
This shows that the sensitivity is greater than that of conventional primers containing lead phosphate and tetrazene.
It has been found that the sensitivity of the fractionator portion, i. H. Grit depends in the example above.
If the friction device is not present, the product will not even ignite in a rifle lock. Other frictionators are e.g. B. powdered glass and coal particles (coke).
The sensitivity, as has been found, also depends to some extent on the ratio of lead nitrate and lead hypophosphite. A slightly lower sensitivity is found with an excess of hypophosphite.
Running time:
This is the period between the impact of the rifle bolt and the projectile's exit from the barrel.
This period is measured at 2.59 + 0.13 milliseconds.
The range of measurements is 0.58 milliseconds. This is satisfactory in comparison with the conventional primer charges mentioned.
The runtime depends to a certain extent on the ratio of the proportions of primer charge and propellant charge. In the experiments mentioned, the disk-shaped, simple propellant charge sold by ICI Limited under the name Acurex is used. During the tests, the cartridges contain about 80 mg propellant charge and about 20 mg primer charge.
This is in the range of usual propellant charges.
Thrust and speed:
The pushing force generated by the examined cartridges averages 910.28 kg / cm2, which results in a speed of approximately 321 m / s1. This is slightly less than the thrust and speed found with conventional primer charges, but sufficient. After storage in humid conditions, the cartridges generate a thrust of approximately 895.67 kg / cm2 and a speed of 316 m / s1.
Mass explosiveness:
This is the percentage of pods ignited by the explosion of a pod in a group. It has been found that 90% of the group can be ignited in this way, probably because of the very high sensitivity of the primer. To a certain extent, this can be achieved by using additives such as glass powder or other inert substances (US Pat. No. 2,356,210) or polyvinyl alcohol (US Pat. No. 2,341,262) or by applying a layer of lacquer over the primer charge in the sleeves provided with it. Another way to solve this problem is to create cartridges in a continuously operating system, but avoiding the formation of groups of primed sleeves at any point in the system.
The primer charge composition can contain further additives in order to give it additional properties or to modify its properties. For example, it may contain additives to reduce mass explosiveness, as mentioned above, or to improve processability, as described in U.S. Patents 2,327,867, 2,377,670 and 2,662,818.
Additional additives can provide fuel: for example, antimony sulfide can be added for this purpose in order to achieve a larger flame. Both silicon and calcium silicide produce sparks. Fuels can be particularly important for priming capsules. The double salt lead nitrate hypophosphite can be produced in the presence of any of the fuels mentioned, and it has been found that these fuels tend to increase the sensitivity of the mass, thereby reducing the amount of friction required. If necessary, the mixture can also contain small amounts of other initial explosives.
In the process for producing the mixed salt, it is not necessary to carry out the entire operation in the container of the explosive body. The components can also be brought together outside and the salt formation can be completed in situ. However, salt formation can also be carried out outside the container and only the product formed can be introduced into it. Because of its high sensitivity and the risk of explosion associated with a large batch, the mixed salt is preferably produced in small portions, in particular single doses for each explosive body.
The use of mixed salts is not limited to lead nitrate hypophosphite. Similar mixed salts are mentioned in U.S. Patent Nos. 2,175,826, 2,292,956 and 2,352,964, and others may also be useful.
Example 3
Azides
All of the solutions in this example are aqueous.
Unless stated otherwise, in all experiments a mixture is formed in a cartridge case, the mixture is completely dried, wetted again until it is malleable, compacted in the edge of the case and dried again. Unless otherwise stated, the reaction components react in stoichiometric proportions and the materials are mixed in the sleeve, usually by vibration.
Trial 1:
5.4 mg sodium azide (particle size <0.15 mm) are mixed in powder form with 5.4 mg of powdered glass, and this amount is placed in a .22 rimfire cartridge case.
10.8 ml of lead nitrate in 50% by weight solution are introduced into the sleeve. Sodium azide and lead nitrate react in the sleeve to form lead azide and sodium nitrate. The mixture obtained is dried, but not thrown into the edge of the sleeve.
This mixture contains a significant excess of sodium azide over lead nitrate based on the stoichiometric proportions. Nevertheless, the average ignition height of sleeves provided with such charges is 157.48 * 17.78 mm.
Trial 2:
3.5 mg of sodium azide, mixed with 3.5 mg of powdered glass, are filled into a rimfire cartridge case and supplemented with 17.8 l of a 50% by weight lead nitrate solution. The average ignition height is 117.602 * 17.78 mm.
Trial 3:
7.7 mg of a powder containing the following parts by weight are filled into a rimfire cartridge case: sodium azide 50% glass powder 25% antimony sulfide 25%
20 μl of a 50% by weight lead nitrate solution are introduced into the capsule. The average ignition height is 162.56 + 45.212 mm and it can be seen that the mixture produces more flames than that from test 2. This may be a result of the addition of the antimony sulfide. This type of mixture is suitable for use in a primer of a shotgun cartridge.
Experiment 4:
4.5 mg of glass powder are filled into a rimfire cartridge case, whereupon 12.5 pl of a 28% by weight solution of sodium azide and then 18 pl of a 50% by weight solution of lead nitrate are added. The sleeve is vibrated as the solutions are added, but the resulting mixture is not thrown into the rim. The mixture is dried thoroughly.
The average ignition height obtained is 180.34 + 58.42 mm. However, if 4 μl of water are added and the moldable mixture obtained is thrown into the edge of the base of the tube, the average ignition height after drying is 129.54 * 22.606 mm. Sleeves treated in this way have a total ignition height of 228.6 mm with a shoulder of 50 sleeves.
Experiment 5:
After thorough mixing, 16 mg of a dry powder of the following components (by weight) is poured into a rimfire cartridge case: lead nitrate 53% sodium azide 20% glass powder 27%
This powder is wetted with 2.4 mg (15% by weight) of water, the resulting mixture is thrown into the edge of the sleeve and then dried. Note that the mixture is somewhat powdery, which may be due to insufficient water being added to complete the reaction. Nevertheless, sleeves with a propellant charge could be ignited in this way, and the average ignition height is 259.08 + 32.512 mm.
Experiment 6:
4 mg of glass powder are measured in a rimfire cartridge case and the following solutions are added in the order given: a) 12 ml of lead nitrate solution with a solids content of 6 mg, b) 24 μl of barium azide solution with a solids content of 4 mg.
The average ignition height is measured at 163.83 + 27.432 mm.
Experiment 7:
9.3 mg of a powder containing 6.7 mg of lead hypophosphite, the rest of which is glass powder, are placed in an edge fire sleeve.
9.5 μl of a 28% by weight solution of sodium azide are added to the powder, which gives a total weight of the primer charge of 12 mg.
The average ignition height is calculated as 237.49 + 84.836 mm. This mixture is found to produce a large flame, which means that it can be used as a primer for shotgun cartridges.
Experiment 8:
As experiment 7, but with 26.5 μl of barium azide solution (concentration 166 g per liter) instead of the sodium azide; Total weight of the primer: 14 mg.
The average ignition height is calculated as 176.53 + 32.004 mm. Again, a large flame is detected when this mixture is ignited.
Experiment 9:
13 mg of a powder consisting of a 50:50 mixture of lead nitrate and glass powder are placed in a rimfire sleeve and 9 μl of a 28% by weight solution of sodium azide are added. The total weight of the primer charge is 15.5 mg.
The average ignition height is calculated as 132.08 + 25.146 mm.
Trial 10:
Like experiment 9, but with 4.4 mg of barium azide in the least amount of water that the azide can dissolve, instead of the sodium azide.
The average ignition height is calculated at 1 14.3 +40.386 mm.
In experiment 6 above, barium azide and lead nitrate react to form lead azide and barium nitrate. The latter is the oxidizing agent used in common primers. A moderator is often required to reduce the severity of the azide explosion in primers, and the barium nitrate formed in the reaction can perform this function. The sodium nitrate formed in the reaction of lead nitrate with sodium azide can act in a similar way to barium nitrate. The oxidizer can also provide oxygen for auxiliary fuels such as antimony sulfide.
Usable azides are not only those listed above.
Theoretically, other heavy metals can also be used, but in practice lead is used universally. Other lead salts can also be used as reaction components; soluble salts are preferred. Lead acetate in particular is a possible alternative to lead nitrate since it is commonly used to produce lead azide.
The resulting sodium acetate does not act as an oxidizing agent, but as a moderator in the manner described above.
Other soluble lead salts are citrates, isobutyrates, lactates, nitrites, peroxydisulfates and dithionates.
It is particularly advantageous, but not essential, to produce the primer charge in an aqueous medium. In the experiments listed, the reactions occur at room temperature, but this is also not essential. However, it is preferred not to lower the reaction temperature below this, since this reduces the solubility of the components in water and requires additional water in the sleeve. In the experiments described, no special precautions are taken to control the pH of the reaction mixture. A suitable pH can be set empirically.
In experiments 7 and 8, the sodium and barium azide are believed to undergo a double decomposition reaction with the lead typophosphite to form lead azide and sodium or barium hypophosphite. However, it is also possible for a mixed sodium or barium azide lead hypophosphite salt to be formed and to form the or an explosive component of the mixture. The formation of such a mixed salt falls within the scope of the invention as explained in Example 2.