CZ198499A3 - Kompozice hexanitrohexaazaisowurtzitanu a výbušné kompozice tyto kompozice obsahující - Google Patents

Abstract

Kompozice hexanitrohexaazaisowurtzitanu obsahují 0,1 až 5 %hmotn. polynitropolyacetylhexaazaisowurtzitanu a 0,01 až 1,0 %hmotn. jedné nebo více sloučenin oxaisowurtzitanu a zbytek tvoří hlavní složka hexanitrohexaazaisowurtzitan. Výbušné kompozice se zlepšenou bezpečností při manipulaci obsahují 55 až 95 %hmotn. hexanitrohexaazaisowurtzitanové kompozice a zbytek tvoří pojivo.

Description

Oblast techniky

Předložený vynález se týká kompozici obsahujících hexanitrohexaazaisowurtzitan jako hlavní složku a výbušných kompozicí, které obsahují tyto kompozice obsahující hexanitrohexaazaisowurtzitan. Kompozice podle předloženého vynálezu jsou vynikající nejen v účincích vyjádřených jako zápalnost, spalitelnost, detonační schopnost a podobně, ale také ochotou, s níž poskytují zlepšenou bezpečnost při manipulaci. h

Dosavadní stav techniky

Výbušné materiály se dělí na výbušniny používané pro trhání a podobně, a spalné kompozice které vyvíjejí plyn a teplo bez dodávky vzduchu nebo kyslíku zvnějšku. Příklady výbušnin zahrnují dynamit, obsahující nitroglycerin, ANFO, vyrobené míšením dusičnanu amonného s topnými oleji, PBX (Plastic Bonded Explosives, plastické výbušniny), vyrobené spojením hexogenu (RDX) nebo oktogenu (HMX) s polymerními pojivý, a třaskaviny, obsahující RDX nebo HMX jako hlavní složku. Tyto kompozice mohou být snadno přivedeny k výbuchu pomocí detonátorů nebo roznětek. Příklady spalných kompozic zahrnují nedetonující střelné a raketové výmetné látky, vyrobené míšením pevných oxidantů jako například chloristanu amonného, dusičnanu amonného, HMX, RDX a podobně, s polymerními pojivý, nitrocelulózou nebo podobně. Dosud byl prováděn výzkum s cílem zlepšení účinku těchto výmetných

látek hledáním a vyvíjením materiálů, majících vysokou hustotu energie na jednotku hmotnosti nebo objemu. Jedním prostředkem pro dosažení tohoto cíle je použití materiálů s vysokou hustotou energie, jako je hexanitrohexaazaisowurtzitan, hexanitrohexaazaadamantan, oktanitrocuben a podobně. Příklad je uveden na str. 228 a 229 příspěvku zveřejněného na Energetic Materials Summer Conference 25. července 1989, že CL-20 popsaný v Critical Technology Pian, vydaném USDOD (United States Departement of Defense), zmíněný ve vydání Boei Gijutsu (Defense Technology Journal) z února 1992, je hexanitrohexaazaisowurtzitan. Podle tohoto příspěvku má hexanitrohexaazaisowurtzitan 432 kBar vyplývá, hustotu 1,98, detonační tlak o

a energetickou hustotu 455 kcal/cm . Z toho že hexanitrohexaazaisowurtzitan má hustotu vyšší asi o 4 %, detonační tlak vyšší asi o 10 % a energetickou hustotu asi 4,2 krát vyšší než HMX (ten má hustotu 1,90, detonační tlak 391 kBar a energetickou hustotu 109 cal/cm^), který má mezi jinými konvenčními výbušninami nejvyšší účinek.

Citlivost hexanitrohexaazaisowurtzitanu je téměř stejná jako citlivost HMX za podmínek za nichž je obvykle vyroben, avšak vyšší než formě, aby byla dodržena pokusy snížit citlivost citlivost HMX v určité krystalické bezpečnost manipulace. Byly činěny použitím inertních plastifikátorů, avšak přetrvávají problémy jako například separace hexanitrohexaazaisowurtzitanu z inertního plastifikátoru následkem vzájemné nekompatibilnosti a zhoršení účinku, vyjádřeného jako zápalnost, spalitelnost, detonační schopnost a podobně, v důsledku inertnosti plastifikátoru.

• 444

4

Podstata vynálezu

Cílem předloženého vynálezu je poskytnout výbušné kompozice se zlepšenou bezpečností manipulace bez snížení účinku, vyjádřeného jako zápalnost, spalitelnost, detonační schopnost a podobně výběrem plastifikátorů s dobrou kompatibilitou s hexanitrohexaazaisowurtzitanem, snižujících citlivost.

Na základě provedeného intenzivního výzkumu řešení výše uvedeného problému vynálezce vytvořil předložený vynález, založený na zjištění', že kompozice hexanitrohexaazaisowurtzitanu s bezpečnější úrovní citlivosti při manipulaci je možno získat bez snížení účinku, vyjádřeného jako zápalnost, spalitelnost, detonační schopnost a podobně smísením hexanitrohexaazaisowurtzitanu se sloučeninami polynitropolyacetylhexaazaisowurtzitanu a oxaisowurtzitanu (oxasloučeniny odvozené od hexanitrohexaazaisowurtzitanu), které jsou vynikající v kompatibilitě s hexanitrohexaazaisowurtzitanem v důsledku podobnosti stavby jejich kostry. Sloučeniny oxaisowurtzitanu jsou reprezentovány následujícími vzorci (1) až (5).

\

N02 (2) (1)

ΟιΝ (5) . ΝΟ2

V souladu s tím předložený vynález poskytuje kompozice obsahující hexanitrohexaazaisowurtzitan, připravené smísením hexanitrohexaazaisowurtzitanu s polynitropolyacetylhexaazaisowurtzitany a jednou nebo více sloučeninami oxaisowurtzitanu vzorce (1) až (5). Obsah polynitropolyacetylhexaazaisowurtzitanu je v rozmezí 0,1 až 5 % hmotnostních a obsah sloučeniny oxaisowurtzitanu je v rozmezí 0,01 až 0,5 % hmotnostních. Polynitropolyacetylhexaazaisowurtzitany zahrnují dinitrotetraacetylhexaazaisowurtzitan, trinitrotriacetylhexaazaisowurtzitan, tetranitrodiacetylhexaazaisowurtzitan a pentanitromonoacetylhexaazaisowurtzitan, které mohou být použity, nezávisle nebo v kombinaci dvou nebo více, pro přípravu uvedených kompozic obsahujících hexanitrohexaazaisowurtzitan .

Předložený vynález dále poskytuje výbušnou kompozici připravenou smísením konvenční výbušniny, nebo výbušné • ·

složky takovéto konvenční výbušniny, s výše uvedenými kompozicemi obsahujícími hexanitrohexaazaisowurtzitan. Pro zabránění snížení účinku kompozice, například pro snížení velikosti poklesu detonační rychlosti kompozice o několik procent nebo méně, je obsah hexaazaisowurtzitanu s výhodou hmotnostních, a obsah sloučeniny polynitropolyacetyl0,1 až 5 procent oxaisowurtzitanu je s výhodou 0,01 až 1,0 procento hmotnostní. Jestliže je obsah polynitropolyacetylhexaazaisowurtzitanu větší než 5 procent sloučeniny příliš se hmotnostních, nebo jestliže oxaisowurtzitanu větší než 1,0 snižuje účinek výbušné kompozice.

je obsah hmotnostní,

Jestliže je obsah polynitropolyacetylhexaazaisowurtzitanu menší než 0,1 procenta hmotnostního, příliš vzrůstá citlivost kompozice při manipulaci. Jestliže je obsah sloučeniny oxaisowurtzitanu menší než 0,01, citlivost při manipulaci také vzrůstá. Ještě výhodněji je obsah polynitropolyacetylhexaazaisowurtzitanu 0,2 až 2 procent hmotnostních, a obsah sloučeniny oxaisowurtzitanu je 0,01 až 0,2 procent hmotnostních.

Polynitropolyacetylhexaazaisowurtzitany zahrnuj i dinitrotetraacetylhexaazaisowurtzitan, trinitrotriacetylhexaazaisowurtzitan, tetranitrodiacetylhexaazaisowurtzitan a pentanitromonoacetylhexaazaisowurtzitan, které mohou být použity navzájem nezávisle nebo v kombinaci dvou nebo více.

Pro zlepšení účinku konvenčních výbušnin je možné úplné nebo částečné nahrazení výbušniny hexanitrohexaazaisowurtzitanovou kompozicí, která obsahuje polynitropolyacetylhexaazaisowurtzitany a sloučeniny oxaisowurtzitanu.

• · • 9 • · • ·

Typické příklady používaných konvenčních výbušnin zahrnují trinitrotoluen (TNT), trinitroazetidin (TNAZ), kompozice trhavin získané tavením a míšením RDX nebo HMX s uvedenými výbušninami, a takzvané PBX vyrobené spojením RDX nebo HMX pomocí polymerních pojiv. Typické příklady těchto konvenčních výbušnin, které se používají jako střelné a raketové výmetné látky, zahrnují pevné kompozice získané spojením pevných oxidantů jako například chloristanu amonného, dusičnanu amonného, HMX, RDX a podobně, s polymerními pojivý, a kompozice vyrobené míšením vysokoenergetických pevných materiálů jako například HMX, RDX, nitroguanidin a podobně se směsí nitrocelulózy a nitroglycerínu.

Úplné nebo částečné nahrazení těchto pevných oxidantů nebo vysokoenergetických pevných materiálů hexanitrohexaazaisowurtzitanovou kompozicí podle předloženého vynálezu poskytuje výbušniny, jejichž účinek je zlepšen navzdory jejich úrovni citlivosti při manipulaci, která je bezpečnější nebo stejná jako u konvenčních výbušnin.

Míšení hexanitrohexaazaisowurtzitanových kompozic podle předloženého vynálezu s konvenčními výbušninami se provádí za použití pojiv. Pojivá zahrnují sloučeniny s koncovou hydroxylovou skupinou nebo bez hydroxylových skupin. Výběr pojiv závisí na účelu aplikace výbušnin a podmínkách, za kterých se výbušniny používají.

Příklady sloučenin s koncovou hydroxylovou skupinou, které mohou být použity jako pojivá podle předloženého vynálezu, zahrnují inertní sloučeniny jako například • 9

9

99 • 9 9

9 9 99 • 9 9 9 • 9 9 9 • 9 99 • 9 9 • 99 999 polybutadieny s koncovou hydroxylovou skupinou, polypropylenglykoly a podobně a polyethery obsahující jednu nebo více nitrato- nebo azido-skupin, jako například kopolymery nitratoometyloxetanu a bisazidometyloxetanu. Tyto sloučeniny se vulkanizují uretanovými vazbami vytvořenými reakcí s izokyanáty, jako například s izoforondiizokyanátem.

Příklady sloučenin bez hydroxylových koncových skupin, které se mohou s výhodou používat jako pojivá, jsou termoplastické polymery jako například práškový polypropylen nebo polymerní estery celulózy, jako například nitrocelulóza, acetobutyrát celulózy, acetopropionát celulózy a podobně.

Když se hexanitrohexaazaisowurtzitanová kompozice podle předloženého vynálezu mísí s pojivém, činí obsah uvedené kompozice s výhodou 55 až 95 procent hmotnostních. Jestliže je obsah výbušné kompozice menší než 55 procent hmotnostních, pak například při míšení kompozice s polybutadienem s koncovými hydroxylovými skupinami nelze dosáhnout stejnoměrné disperze, protože kompozice se během procesu vulkanizace sráží za působení gravitace. Jestliže je obsah hexanitrohexaazaisowurtzitanové kompozice větší než 95 procent hmotnostních, potom nelze směs kompozice a pojivá lisovat do požadovaného tvaru, protože se kompozice špatně mísí s pojivém.

Příklady provedení vynálezu

Předložený vynález bude dále popsán podrobněji za pomoci následujících příkladů provedení a srovnávacích příkladů.

• fl··· · ··· · • flfl flflfl · · · · • ·· fl · flfl ·

Příklad 1 hexanitrohexaazaisowurtzitanová kompozice sestávající z 98 procent hmotnostních hexanitrohexaazaisowurtzitanu,

1,9 procent hmotnostních pentanitromonoacetylhexaazaisowurtzitanu a 0,1 procent hmotnostních

4,10-dinitro-2,6,8,12-tetraoxa-4,10-diazatetracyklo[5.5.0 . O⁶ ' . O³ ’ dodekanu (TEX) vzorce (5) byla smísena s pojivém, obsahujícím kopolymer bisazidometyloxetan-nitrátometyloxetan, mající hydroxylové skupiny na obou koncích, (BAMO-NMMO) jako hlavní složku, v hmotnostním poměru 90:10 kompozice:pojivo. Pojivo sestává ze 75 procent hmotnostních BAMO-NMMO, isoforondiisokyanátu jako

8,84 procent hmotnostních vulkanizačního činidla,

1,16 procent hmotnostních trimetylolpropanu jako zesíúovadla a 15 procent hmotnostních dioktyl adipátu jako plastifikátoru na 100 procent hmotnostních uvedeného pojivá.

Výše uvedené sloučeniny byly vzájemně míšeny v mísiči při 50 °C po dobu asi 30 minut. Výsledná směs byla plněna do ocelových trubic majících vnitřní průměr 30 mm a délku 200 mm. Detonační rychlost takto tvarované směsi byla měřena iontovou metodou popsanou v příručkách o výbušninách, a bylo zjištěno, že směs měla detonační rychlost asi 8820 m/s. Směs byla následně rozemleta na částice, procházející sítem 10 mesh, a jejich citlivost na úder byla měřena metodou ES-21 (1), popsanou v Explosives Society Standards (standardy společnosti pro výbušniny). Výsledky ukázaly, že částice měly citlivost na úder stupně 6 na šestistupňové stupnici.

Příklad 2 • 4 · 44 • · 4 · · · 4

4 4 4 • 4 444 4 4· • 4 4

Sedmdesát šest procent hmotnostních hexanitrohexaazaísowurtzitanové kompozice sestávající z 98 procent hmotnostních hexanitrohexaazaisowurtzitanu,

1,9 procent hmotnostních pentanitromonoacetylhexaazaisowurtzitanu a 0,1 procent hmotnostních TEX; 12 procent hmotnostních acetobutyrátu celulózy jako pojivá; 4 procenta hmotnostní nitrocelulózy jako dalšího pojivá;

7,6 procent hmotnostních acetyl trietyl citrátu jako plastifikátoru; a 0,4 procenta hmotnostního etyl centralitu jako stabilizátoru bylo míšeno s roztokem etylacetátetylalkohol (sestávajícím z etylacetátu a etylalkoholu v hmotnostním poměru 60 ku 40) v hnětacím stroji do dosažení stejnoměrné směsi. Směs byla vytlačována pod tlakem pomocí vytlačovacího stroje s rozpouštědlem a řezána na takzvaná sedmkrát perforovaná zrna, která měla tvar válce o vnějším průměru asi 4 mm a délce asi 10 mm. Každé ze zrn mělo sedm otvorů, z nichž každý měl průměr 0,3 mm. Zrna byla sušena při asi 50 °C po dobu 10 dnů do té míry, že jejich obsah rozpouštědla klesl na 0,5 procent hmotnostních nebo méně, vztaženo na 100 procent hmotnosti zrna.

Vysušená zrna byla umístěna do testovacího aparátu typu uzavřené bomby, a byl měřen jejich maximální spalovací tlak. Získaný maximální spalovací tlak byl konvertován na hodnotu impulsu, která byla 1070 J/g. Měření zrn pomocí nárazového zařízení ukázalo citlivost na úder stupně 6 na stupnici.

Srovnávací příklad 1

Hmota a částice z ní nadrcené byly připraveny stejným způsobem jaký byl popsán v příkladu 1 ze směsi tvořené 90 % • · 4 «4 • · · « 4 444 • 4»

4 4 4 hmotnostními hexanitrohexaazaisowurtzitanové kompozice, sestávající z 99,5 % hmotnostních hexanitrohexaazaisowurtzitanu a 0,5 % hmotnostních TEX, a 10 procenty hmotnostními pojivá obsahujícího BAMO/NMMO, jehož složení bylo stejné jako složení použitého v příkladu 1.

Na základě měření hmoty stejným způsobem jaký byl popsán v příkladu 1 byla zjištěna jejich detonační rychlost asi 8840 m/s, přičemž citlivost částic na úder byla ve stupni 5 na stupnici.

Srovnávací příklad 2

Stejným způsobem jako bylo popsáno v příkladu 2 byla připravena zrna za použití 90 % hmotnostních hexanitrohexaazaisowurtzitanové kompozice, sestávající z 99,5 % hmotnostních hexanitrohexaazaisowurtzitanu a 0,5 % hmotnostních TEX, a 10 % procent hmotnostních směsi sestávající ze stejných složek, včetně pojiv a ostatních, jaké byly použity v příkladu 2.

Maximální spalovací tlak zrn byl měřen pomocí testovacího aparátu typu uzavřené bomby stejným způsobem jako bylo popsáno v příkladu 2, a bylo zjištěno, že jejich impuls byl 1075 J/g. Měření zrn pomocí nárazového zařízení ukázalo citlivost na úder stupně 5 na stupnici.

Průmyslová využitelnost hexanitrohexaazaisowurtzitanové kompozice podle předloženého vynálezu jsou použitelné jako složky raketových

«9

9 9

9 9 99 • 9 9 9

9 9 9

99

9 9 9 • 9 9 9

999 999

9

99 výmetných vyžaduj i zachování látek, výbušnin vyšší bezpečnost vysokého účinku.

a podobných aplikací, které než konvenční výbušniny při pť Wtf- mn

Claims (11)

1. • · · « 4» · · » · φ

   PATENTOVÉ

   NÁROKY

   1. Kompozice obsahující 0,1 až '5 procent polynitropolyacetylhexaazaisowurtzitanu 1,0 procenta hmotnostního jedné nebo oxaisowurtzitanu (oxasloučeniny hexanitrohexaazaisowurtzitanu) vzorce (1) hexanitrohexaazaisowurtzitanu hmotnostních a 0,01 až více sloučenin odvozené od až (5) (4) (3) ·» ♦* • * » • · · · · • ♦ · · • · · · «· ·· ·« ·· ♦ « · · 9 9 99 • · · · • · · · ·· ·· ·» ·» • 9 9 « • · 9 9

   9 9 99 9 # · • ·

   9 9 9 9
2. 2. Kompozice hexanitrohexaazaisowurtzitanu podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje jeden nebo více polynitropolyacetylhexaazaisowurtzitanu, které zahrnují dinitrotetraacetylhexaazaisowurtzitan, trinitrotriacetylhexaazaisowurtzitan, tetranitrodiacetylhexaazaisowurtzitan a pentanitromonoacetylhexaazaisowurtzitan.
3. 3. Výbušná kompozice obsahující kompozici hexanitrohexaazaisowurtzitanu podle nároku 1 nebo 2.
4. 4. Výbušná kompozice obsahující výbušnou kompozici podle nároku 3 a pojivo.
5. 5. Výbušná kompozice podle nároku 4, vyznačující se tím, že pojivo obsahuje jednu nebo více sloučenin s koncovou hydroxylovou skupinou.
6. 6. Výbušná kompozice podle nároku 5, vyznačující se tím, že pojivo obsahuje jednu nebo více sloučenin s koncovou hydroxylovou skupinou, jako například polybutadieny a polypropylenglykoly ukončené hydroxylovou skupinou.
7. 7. Výbušná kompozice podle nároku 5, vyznačující se tím, že pojivo obsahuje jeden nebo více poletherů s koncovou

   - 14 V · » • · ·· « • · · · · • · · ' hydroxylovou skupinou, které nitráto- nebo azido-skupin.
8. 8. Výbušná kompozice podle nároku 4, vyznačující se tím, že pojivo obsahuje jednu nebo více sloučenin, neobsahujících koncové hydroxylové skupiny.
9. 9. Výbušná kompozice podle nároku 8, vyznačující se tím, že pojivo obsahuje jednu nebo více sloučenin, neobsahujících koncové hydroxylové skupiny, jako například termoplastické polymery.
10. 10. Výbušná kompozice podle nároku 8, vyznačující se tím, že pojivo obsahuje jednu nebo více látek ze skupiny nitrocelulóza, acetobutyrát celulózy, a acetopropionát celulózy.
11. 11. Výbušná kompozice podle nároku 4, vyznačující se tím, že obsahuje 55 až 95 procent hmotnostních hexanitrohexaazaisowurtzitanové kompozice podle nároku 1 nebo 2.

    obsahují jednu nebo více