CH644831A5

CH644831A5 - Verfahren zur herstellung eines mehrbasigen treibladungspulvers.

Info

Publication number: CH644831A5
Application number: CH1073779A
Authority: CH
Inventors: Hartmut Dr Vasatko; Gregor Stockmann; Klaus Dr Fabian
Original assignee: Nitrochemie Gmbh
Priority date: 1979-01-02
Filing date: 1979-12-04
Publication date: 1984-08-31
Also published as: GB2038796B; NL186807B; ZA796889B; CA1168052A; NO794219L; NO151036C; SE449487B; IT7928168A0; DE2900020A1; GB2038796A; DE2900020C2; SE7910652L; PT70653A; JPS5595698A; BE880961A; FR2445823B1; NL7909134A; JPH0234914B2; FR2445823A1; NO151036B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrbasigen Treibladungspulvers für Rohrwaffen mit Nitrozellulose und Sprengöl als Energieträger.

In solchen mehrbasigen Treibladungspulvern hat das Sprengöl den Zweck, den durch die Explosionswärme charakterisierten Energiegehalt des Treibladungspulvers über den Wert hinaus zu steigern, der mit sogenannten einbasi-gen, im wesentlichen nur aus Nitrozellulose bestehenden Pulvern erreichbar ist und praktisch dem Energiegehalt der Nitrozellulose selbst (z.B. ca. 4000 J/g) entspricht. Daneben dient das Sprengöl als Gelatinator für die Nitrozellulose. Wegen der angestrebten Energiesteigerung werden gelegentlich angewandte Öle, die zwar eine Gelatinierung der Nitrozellulose bewirken, aber mit ihrem Energiegehalt unter oder höchstens bei dem der niedrigst nitrierten und für Pulver noch eingesetzten Nitrozellulose liegen, nicht als Sprengöl bezeichnet. Technische Bedeutung als Sprengöl im obigen Sinne haben folgende Alkoholnitrate:

Nitroglyzerin (=NGL)

Diäthylenglykol-dini trat (=Diglykoldinitrat = DEGN) /

ch2-o-no2

I

ch-o-no2

I

ch2-o-no2 ch2-o-no2

I

ch2 ch2

I

ch2-o-no2

1,2,4-Butantriol-trinitrat

Methrioltrinitrat ch2-o-no2

I

ch2

I

ch-o-no2 ch2-o-no2 ch2-o-no2

I

ch3-c-ch2-o-no2 ch2-o-no2

25

30

Explosionswärme 6322 J/g Sauerstoffwert +3,5%

40

45

Explosionswärme 4857 J/g Sauerstoffwert -40,8%

Explosionswärme 5945 J/g Sauerstoffwert -16,6%

50

Explosionswärme 5175 J/g Sauerstoffwert -34,5%

Übliche Treibladungspulver enthalten ein einziges Sprengöl. Das jeweils eingesetzte Sprengöl, sein Gehalt, der Gehalt an Nitrozellulose und deren Nitrierungsgrad bestimmen die Eigenschaften des Treibladungspulvers und sein Verhalten bei der Herstellung. So hat der typischerweise zwischen 11,8 bis 13,4% N2 liegende Nitrierungsgrad Einfluss auf das Herstellungsverfahren und den Energiegehalt des Treibladungspulvers. In noch verstärktem Mass trifft dies für das jeweils eingesetzte Sprengöl zu. Da sich die Sprengöle z.B. im Gelierverhalten gegenüber der Nitrozellulose, der Explosionswärme und dem Sauerstoffwert unterscheiden, können deshalb mit ihnen Treibladungspulver unterschiedlicher Eigenschaften hergestellt werden.

Die energiereichsten Treibladungspulver erhält man bei Verwendung von Nitroglyzerin. So kann z.B. ein zweibasi-ges, mit Lösungsmittel gefertigtes Treibladungspulver mit ca. 40% Nitroglycerin auf eine Explosionswärme von 5000 J/g eingestellt werden. Dagegen erbringt ein vergleichbares Treibladungspulver mit Diglykoldinitrat eine Explosionswärme von 4200 J/g.

Unter Berücksichtigung des Herstellungsprozesses für ein Treibladungspulver lässt sich dessen Explosionswärme über einen bestimmten, vom jeweils verwendeten Sprengöl abhängigen Wert praktisch nicht steigern. So ist es z.B. unmöglich, ein lösungsmittelfrei zu fertigendes Treibladungspulver mit Diglykoldinitrat als Sprengöl herzustellen, das eine Explosionswärme von 4750 J/g hat. In solchen Fällen ist es bisher üblich, die geforderte Explosionswärme durch Verwendung eines höherkalorigen Öles, im obigen Beispiel also Nitroglyzerin, und gleichzeitigen Einbau energiezehrender Stoffe, wie z.B. Centralite oderPhthalate, einzustellen. Die Verwendung energiezehrender Stoffe ist deshalb notwendig, weil Treibladungspulver aus Gründen der Herstellung, z. B. seiner Homogenisierung und Gelatinierung auf den heissen 55 Walzwerken, eine bestimmte Mindestmenge an Sprengölen, im Beispiel also Nitroglyzerin, erfordert, durch welche aber dann die geforderte Explosionswärme ohne Anwendung energiezehrender Stoffe überschritten würde. Anderseits kann der energiezehrende Stoff im Treibladungspul ver Bal-60 last für dessen eigentliche Funktion sein, der unter Umständen erwünschte Eigenschaften des Treibladungspulvers nachteilig beeinflusst.

Auch die bekannten dreibasigen Treibladungspulver, 65 z.B. das nitroguanidinhaltige Nitroglyzerinpulver oder das nitroguanidinhaltige Diglykoldìnitratpulver, das sogenannte Gudolpulver, enthalten jeweils nur ein Sprengöl. Deshalb ist auch bei ihnen die Einstellung einer innerhalb eines nennens-

3

644 831

Ein herkömmliches Treibladungspulver A hat folgende Zusammensetzung:

Nitrozellulose mit 13,1 % N2 52,00 Gew.-%

Nitroglyzerin 40,00 Gew.-%

Weichmacher 5,50 Gew.-%

Stabilisatoren 2,50 Gew.-%

100,00 Gew.-% Die Explosionswärme beträgt ca. 4600 J/g.

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werten Bereiches beliebig vorgegebenen Explosionswärme ohne energiezehrende Stoffe nicht möglich. Der in dreibasi-gen Treibladungspulvern enthaltene weitere Energieträger, z.B. das Nitroguanidin, lässt sich für eine solche Einstellung nicht heranziehen, weil er keine Gelierung bewirkt, sondern s ein Füllstoff ist, dessen Einbaubarkeit in das Nitrozellulose-Sprengöl-Gel begrenzt ist.

Aus der DE-OS 2 603 927 sind mehrbasige Treibladungspulver bekannt, bei denen das Nitroglyzerin vollständig oder teilweise durch andere, explosive organische Salpetersäure- io Ester, also Sprengöle, namentlich die eingangs genannten Sprengöle, ersetzt sein kann. In der DE-OS ist weder der Zweck der Massnahme, ein Treibladungspulver aus Nitrozellulose und einem Sprengöl-Gemisch herzustellen noch der mit ihr erzielbare Vorteil angegeben. Der Gegenstand der is DE-OS ist im Kern ein anderer, und zwar das Umhüllen der einzelnen Treibladungspulver-Partikel mit einer Acrylharz-Schicht zur Beeinflussung des Abbrandverhaltens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leicht durchführbares Verfahren zur Herstellung eines mehrbasi- 20 gen Treibladungspulvers anzugeben, bei welchem die Explosionswärme des erhaltenen Treibladungspulvers in einem weiten Energiebereich auf einen bestimmten, gewünschten Wert einstellbar ist und ausserdem auch die übrigen Eigenschaften des erhaltenen Treibladungspulvers, insbesondere das Schiessverhalten und die Lagerfähigkeit, gegenüber herkömmlichen Treibladungspulvern noch verbessert sind.

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäss mit dem im Anspruch 1 und bezüglich vorteilhafter Ausgestaltungen in den Ansprüchen 2-6 gekennzeichneten Verfahren gelöst. 30

Bei dem erfmdungsgemässen Verfahren ist es in einfacher und günstiger Weise möglich, eine bestimmte, vorgegebene Explosionswärme des erzeugten Treibladungspulvers ohne die Verwendung von Ballaststoffen, die nur der Energiezeh- 35 rung dienen, sondern lediglich durch entsprechende Variation der Anteile von mindestens zwei verschiedenen, d.h.

auch in ihrem Energiegehalt unterschiedlichen Sprengölen genau einzustellen, die Einarbeitung eines Gemisches von zwei oder mehr Sprengölen in die Nitrozellulose derart, dass 40 man den Anteil des niederkalorigen Sprengöls so gross wie möglich macht und höherkalorige Sprengöle nur mit dem Anteil in das Treibladungspulver einbaut, wie es zur Erreichung der geforderten Explosionswärme notwendig ist, erlaubt die genaue Einstellung der geforderten Explosionswär- 45 me auch unter Berücksichtigung der angegebenen Grenzen für die Zusammensetzung bzw. den Sprengöl-Gesamtgehalt, welche durch die jeweilige Herstellungsart - ohne Lösemittel, mit begrenzter Menge an Lösemittel oder mit Lösemittel - gezogen sind, und unter Berücksichtigung der anderen, 50 vom Treibladungspulver nach geforderten Eigenschaften, z.B. das Sprengölbindungsverhalten in bezug auf Exsudationsgefahr.

Die vorteilhafte Einstellbarkeit der Explosionswärme bei einem nach dem neuen Verfahren ohne Verwendung aus- 55 schliesslich energiezehrender Ballaststoffe erhaltenen, erfmdungsgemässen Treibladungspulver sei an folgendem Vergleich aufgezeigt:

60

65

Ein anderes, herkömmliches Treibladungspulver B hat folgende Zusammensetzung:

Nitrozellulose mit 12,6% N2 56,00 Gew.-%

Nitroglyzerin 38,80 Gew.-%

Stabilisatoren 5,10Gew.-%

Magnesiumoxid + Grafit 0,10 Gew.-%

100,00 Gew.-% Die Explosionswärme beträgt ca. 4600 J/g. Ein erfmdungsgemässes Treibladungspulver C hat folgende Zusammensetzung:

Nitrozellulose mit 13,0% N2 59,50 Gew.-%

Diglykoldinitrat 24,80 Gew.-%

Nitroglyzerin 14,90 Gew.-%

Stabilisatoren 0,70 Gew.-%

Magnesiumoxid + Grafit 0,10 Gew.-%

100,00 Gew.-% Die Explosionswärme beträgt wiederum ca. 4600 Joule/g.

Die Treibladungspulver A und B enthalten einen deutlich höheren Anteil an Stabilisatoren und Weichmacher bzw. an Stabilisatoren, als es an sich notwendig ist. Der überschies-sende Anteil dient ausschliesslich zur Energiezehrung, durch welche die Explosionswärme auf den angegebenen Wert eingestellt wird. Beim erfmdungsgemässen Treibladùngspulver C wird demgegenüber die gleiche Explosionswärme ohne gesonderte Energiezehrung durch den Einbau von zwei Sprengölen in entsprechenden Anteilen erreicht.

Zum Vergleich der Pulvereigenschaften wurden die Treibladungspulver B und C in einer Waffe von 105 mm Kaliber eingesetzt. Hierbei zeigte es sich, dass das erfindungsge-mässe Treibladungspulver C im Aussentemperatur-Druck-verhalten eindeutig günstiger liegt als das Treibladungspulver B. Das Treibladungspulver B zeigte bei —40 °C schon einen als kritisch zu beurteilenden Druckanstieg, der unter sonst gleichen Bedingungen beim Treibladungspulver C nicht auftrat.

Die Schiesseigenschaften der Treibladungspulver A und C wurden mit einer Waffe von 120 mm Kaliber verglichen. Es zeigte sich, dass mit dem erfmdungsgemässen Treibladungspulver C Geschossgeschwindigkeiten erzielt wurden, die mit dem Treibladungspulver A erst bei um 100 bis 200 bar höheren Drücken erreicht wurden.

Es ergibt sich also eine eindeutige ballistische Überlegenheit des erfmdungsgemässen Treibladungspulvers mit mehreren Sprengölen gegenüber dem herkömmlichen Treibladungspulver.

Das erfindungsgemässe Treibladungspulver zeigt eine weitere vorteilhafte Eigenschaft:

In modernen Waffensystemen werden anstelle der konventionellen Metallkartuschen in steigendem Masse verbrennbare Kartuschen-Hülsen eingesetzt. Diese bestehen z. B. aus einem hohen Anteil an Nitrozellulosen und zusätzlich Neutralfasern, einem Harzbinder und einem chemischen Stabilisator für die Nitrozellulose. Auf Grund ihres stofflichen Zusammensetzung können sie Weichmacher und Sprengöle in Kontakt mit Treibladungspulvern aufnehmen. Um eine lange Lagerfähigkeit von Munition mit verbrennbaren Hülsen zu gewährleisten, ist es aber wichtig, dass das Treibladungspulver möglichst wenig Sprengöl an das Hülsenmaterial abgibt.

Bei einer Untersuchung des erfmdungsgemässen Treibladungspulvers in dieser Hinsicht ergab sich überraschend, dass es signifikant weniger Sprengöl an verbrennbares Hülsenmaterial abgibt als bekannte Treibladungspulver.

Im einzelnen wurde eine Überprüfung mit den zuvor aufgeführten Treibladungspulvern A und C in der Weise ausgeführt, dass Treibladungspulver zwischen zwei Stücken verbrennbaren Hülsenmaterials gepresst und in gut verschlösse-

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nen Flaschen bei 65 "C und 80 °C gelagert wurde. Dabei wurde die Gewichtszunahme des verbrennbaren Hülsenmaterials über die Zeit verfolgt.

Bei 80 °C Lagertemperatur wurden folgende Gewichtszunahmen ermittelt:

Pulver A

Pulver C

Differenz nach 1 Woche nach 3 Wochen nach 6 Wochen

9,0% 16,7% 21,4%

7,3% 12,0% 14,5%

1,7% 4,7% 6,9%

Bei 65 °C Lagertemperatur wurde nach 18 Tagen folgende Gewichtszunahme ermittelt:

Pulver A

Pulver C

8,0%

6,9%

1,1%

Die aufgeführten Ergebnisse zeigen deutlich die Überlegenheit des erfindungsgemässen Treibladungspulvers gegenüber einem bekannten Treibladungspulver im Hinblick auf den Sprengöl-Übergang in das Hülsenmaterial.

Schliesslich kann man von einem erfindungsgemässen Treibladungspulver wegen der genauen Einstellbarkeit der Explosionswärme noch den Vorteil einer vergleichsweise geringeren Waffenrohr-Erosion erwarten.

Im folgenden werden vier Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemässe Treibladungspulver näher erläutert.

10

15

Differenz

20

25

30

Beispiel 1

für ein lösungsmittelfreies Diglykoldinitrat/Nitroglyze-rin-Treibladungspulver: 35

In einer in der Pulverfertigung üblichen 400-1-Knete werden zusammengemischt:

148,8 kg Trockengewicht einer 30% Wasser enthaltenden Pulverrohmasse folgender, auf Trockengewicht bezogener Zusammensetzung: 40

60% Nitrozellulose eines Nitrierungsgrades von 13,0% Stickstoff 25% Diglykoldinitrat 15% Nitroglycerin;

1,080 kg Arkarditll 45

0,075 kg Magnesiumoxid 0,075 kg Grafit

Nach optimaler Durchmischung im Kneter wird die Masse auf einem Walzknetwerk bei 85 °C in der üblichen Arbeitsweise zu einem gut durchgelatinierten Fell verarbeitet, 50 dann zu einem Presswickel gerollt und in einer hydraulischen Presse bei 70 °C zu einem 7-Loch-Strang verpresst, dessen Durchmesser und Stegbreite nach den Munitionsanforderungen eingestellt sind. Nach dem Schneiden der Stränge auf die geforderte Länge wird das Pulver nach der Reifelagerung 55 abgemischt.

Das Fertig-Pulver hat innerhalb der Toleranzgrenzen die folgende Zusammensetzung:

Nitrozellulose mit 13,0% Stickstoff 59,5 Gew.-% Diglykoldinitrat 24,8 Gew.-% 60

Nitroglyzerin 14,9 Gew.-%

Akardit II 0,7 Gew.-%

Grafit 0,05 Gew.-%

Magnesiumoxid 0,05 Gew.-%

100,00 Gew.-% 65 Seine Explosionswärme beträgt ca. 4600 J/g.

An dem Treibladungspulver wurde das vorstehend beschriebene günstige ballistische Verhalten ermittelt.

Beispiel 2

für ein lösungsmittelfreies Butantrioltrinitrat/Nitroglyze-rin-T reibladungspulver:

Der Knetansatz ist wie folgt:

148,8 kg Trockengewicht einer 30% Wasser enthaltenden Pulverrohmasse folgender, auf Trockengewicht bezogener Zusammensetzung:

64% Nitrozellulose eines Nitrierungsgrades von 13,0% Stickstoff, 22% 1,2,4-Butantrioltrinitrat,

14% Nitroglyzerin,

0,375 kg CentralitI 0,675 kg Akardit II 0,075 kg Magnesiumoxid 0,075 kg Grafit

Die Herstellung entspricht dem Beispiel 1. Das Fertig-Pulver hat innerhalb der Toleranzgrenzen die folgende Zusammensetzung:

Nitrozellulose mit 13,0% Stickstoff 63,50 Gew.-% 1,2,4-Butantrioltrinitrat 21,70 Gew.-%

Nitroglyzerin 14,00 Gew.-%

Centralit I 0,25 Gew.-%

Akardit II 0,45 Gew.-%

Grafit 0,05 Gew.-%

Magnesiumoxid 0,05 Gew.-%

100,00 Gew.-% Seine Explosionswärme beträgt ca. 4950 J/g.

Beispiel 3

für ein lösungsmittelfreies Diglykoldinitrat/Nitroglyze-rin/Nitroguanidin-Treibladungspulver:

Der Knetansatz ist wie folgt:

103,8 kg Trockengewicht einer 30% Wasser enthaltenden Pulverrohmasse analog Beispiel 2 mit Diglykoldinitrat statt 1,2,4-Butantrioltrinitrat 45,0 kg Nitroguanidin 0,300 kg Centralit I 0,750 kg Akardit II 0,075 kg Magnesiumoxid 0,075 kg Grafit

Nitrozellulose mit 13,0% Stickstoff 44,30 Gew.-% Diglykoldinitrat 15,00 Gew.-%

Nitroglyzerin 9,90 Gew.-%

Nitroguanidin 30,00 Gew.-%

Centralit I 0,20 Gew.-%

Akardit II 0,50 Gew.-%

Magnesiumoxid 0,05 Gew.-%

Grafit 0,05 Gew.-%

100,00 Gew.-% Seine Explosionswärme beträgt ca. 4100 J/g.

Beispiel 4

für ein lösungsmittelhaltiges Butantrioltrinitrat/ Methrioltrinitrat/Diglykoldinitrat/Nitroguanidin-Treibla-dungspulver:

In eine 400-Liter-Knete werden eingefüllt:

172 kg einer 30% Alkohol enthaltenden Nitrolzellulose mit 12,8% N2 (= 110 kg Nitrozellulose, umgerechnet auf alkoholfreie Substanz)

40 kg Nitroguanidin 2 kg Akardit II

In dieses vorgemischte Gemenge wird eine Mischung aus folgenden, mit Lösungsmitteln phlegmatisierten Sprengölen eingebracht:

5

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16 kg 1,2,4-Butantrioltrinitrat

Methrioltrinitrat 16 kg Diglykoldinitrat 40 kg Alkohol-Äther-Gemisch

Nach dem Mischen im Kneter wird der Ansatz einer lOtägigen Reifung bei ca. 25 C überlassen, danach erneut durchgeknetet und anschliessend in einer hydraulischen Presse zu Einloch-Strängen verpresst. Nach dem Schneiden wird das Pulver im Warmluftstrom, ggf. unter Vakuum, getrocknet.

Das Fertig-Pulver hat innerhalb der Toleranzgrenzen folgende Zusammensetzung:

Nitrozellulose mit 12,8% Stickstoff 55,00 Gew.-% 1,2,4-Butajitrioltrinitrat 8,00 Gew.-% Methrioltrinitrat 8,00 Gew.-% Diglykoldinitrat 8,00 Gew.-%

Nitroguanidin 20,00 Gew.-% Akardit II 1.00 Gew.-%

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100,00 Gew.-% Die Explosionswärme beträgt ca. 3960 J/g.

s

Claims

644 831 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines mehrbasigen Treibladungspulvers für Rohrwaffen, bei welchem in die Nitrozellulose ein Gemisch aus mindestens zwei der Sprengöle Nitroglyzerin, Diglykoldinitrat, Methrioltrinitrat und 1,2,4-Bu-tantrioltrinitrat in einem bestimmten Sprengöl-Gesamtge-halt eingearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass nicht mehr an energiezehrenden Ballaststoffen eingearbeitet werden, als diese ausschliesslich zur Stabilisierung notwendig sind, und dass der Anteil des oder der höherkalorigen Spreng-öle(s) im Sprengöl-Gesamtgehalt so bemessen wird, dass das Treibladungspulver eine bestimmte, vorgegebene Explosionswärme hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprengöl-Gesamtgehalt, bezogen auf den Nitrozel-lulose-Gehalt, bei lösemittelfreier Herstellung auf höchstens 100 Gew.-% eingestellt wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprengöl-Gesamtgehalt auf einen Wert zwischen 54 Gew.-% und 82 Gew.-% eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Nitrozellulose, jeweils bezogen auf den Nitrozellulose-Gehalt, 33-52 Gew.-%, bevorzugt 41-43 Gew.-%, Diglykoldinitrat und 21-30 Gew.-%, bevorzugt 24-26 Gew.-%, Nitroglyzerin eingearbeitet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprengöl-Gesamtgehalt bei Herstellung mit begrenzter Lösungsmittelmenge als Gelatinierhilfe auf maximal 30 Gew.-% eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprengöl-Gesamtgehalt, bezogen auf den Nitrozellulosegehalt, bei Herstellung mit Lösungsmitteln auf maximal 150 Gew.-% eingestellt wird.