CZ2014152A3 - BERTA Bezolovnatá ekologická rázová trubice na bázi Tetraamminu - Google Patents

Abstract

Charakteristickým rysem tohoto vynálezu je plné využití fyzikálně-chemického jevu, při němž kaskádovitě, nebo plynule stoupá hustota vhodného energetického materiálu od bodu iniciace a to zrcadlově v obou směrech uvnitř geometricky vhodného a pevného obalu. Základní princip tohoto jevu je zřejmý z obr. A. Šipky znázorňují obousměrné působení tlaků, které má za následek jejich prudký nárůst. Ukázalo se, že pro využití tohoto jevu postačí sférická výseč viz. obr. B. Praktická aplikace tohoto jevu je zřejmá z obr. C, kde pevný obal zastupuje a plně nahrazuje tvar sférický. Díky čemuž je možný přechod od deflagrace až k plné detonační rychlosti charakteristické pro daný energetický materiál. Což doposud nebylo možné bez mechanických přepážek, zpětných uzávěrů, pojistek či pomocných látek používaných u rozbušek typu NPED, které využívají šíření rázové vlny pouze v jednom směru. Vzhledem k výše uvedenému, je charakteristickým rysem předkládaného vynálezu kovová trubice, jež je z obou konců otevřená, nebo je z obou konců chráněna pouze proti vnějším vlivům vhodným způsobem. Chemickou látkou uvnitř rázové trubice je pouze čistý Tetraammin chloristanu mědi, mechanicky zpracovaný přesně daným způsobem. Dále jen TACP. A to bez obsahu pomocných látek, mechanických uzávěrů a polo uzávěrů jak je tomu dosud v konstrukcích typu NPED.

Description

Předložený vynález se týká aplikace zatím plně nevyužitého fyzikálně - chemického jevu ve vlastnostech energetických materiálů.

Předložený vynález se týká praktického využití tohoto jevu při konstrukci rázové trubice, ve smyslu výbušného zařízení, jež se skládá z duté měděné trubice bez uzavřených konců, která obsahuje Tetraammin chloristanu mědi a zapalovací prostředek. Charakteristickým rysem je, že zmíněná chemická sloučenina a zapalovací prostředek jsou do dutiny zapracovány přesně daným mechanickým způsobem a geometrií. A to tak, aby po iniciaci zapalovacího prostředku, došlo k zažehnutí chemické látky a následně k vývinu silné rázové vlny, jež je schopna přivést k plné detonaci obecně známé a používané sekundární výbušniny. Vynález se týká samostatného iniciačního prvku, tedy rázové trubice, zejména však známého, zatím však plně nevyužitého fyzikálně-chemického jevu. Dále pak levného a jednoduchého způsobu preparace Tetraamminu chloristanu mědi, jež s předkládaným vynálezem úzce souvisí.

Předložený vynález využívá fyzikálně-chemického jevu, při kterém díky postupně stoupající hustotě vhodného energetického materiálu, dojde k plynulému přechodu od zažehnutí, přes deflagraci až nakonec k detonaci vysokou rychlostí.

Předložený vynález se týká rázové trubice pro použití jako výbušné zařízení, jež neobsahuje těžké kovy ani jejich deriváty. Předložený vynález je vhodný pro zahájení detonace sekundárních výbušnin. Předložený vynález se týká přípravy Tetraamminu chloristanu mědi, jednodušší a levnější metodou, doposud nepoužívanou.

Až doposud rázové trubice a rozbušky typu NPED ( Non Primary Explosive Detonator) obsahují sekundární výbušninu jako je Pentaerythritoltetranitrát (PETN) a nebo cyklotrimethylentrinitramin (RDX), cyclotetramethylenetetranitramin (HMZ), trinitrophenylmethylnitramin (tetryl) a trinitrotoluen (TNT), nebo směsi dvou, nebo více z nich. Které při vhodné mechanické konstrukci plní funkci jak primární, tak sekundární části rázové trubice, nebo rozbušky. Na výrobu zmíněných výbušnin je však třeba esterifikační či nitrační proces, za použití vysoce koncentrovaných kyselin, nákladného výrobního postupu a značného nebezpečí při výrobním procesu. Což značně zatěžuje životní prostředí. Pro iniciaci průmyslových, hojně užívaných ammonledkových trhavin se doposud v drtivé většině používá takzvaná počinová nálož. Dosavadní praxe a stav techniky je takový, že komerčně užívaná rozbuška ať již typu NPED nebo klasická s obsahem těžkých kovů, je zavedena do počinové nálože o hmotnosti 10 až 100 gramů i více. Prostřednictvím počinové nálože je průmyslová trhavina spolehlivě přivedena k plné detonaci. Předkládaný vynález obchází výše zmíněné sekundární trhaviny používané v rozbuškách a počinových náložích.Ve spojení s nitromethanovou želatinou dokáže předkládaný vynález přimět k detonaci kteroukoli průmyslovou ammonledkovou trhavinu.

Nitromethan je organická sloučenina s chemickým vzorcem CH 3 NO2.Je to nejjednodušší organická nitrosloučenina. Jedná se o mírně viskózní, vysoce polární kapalinu běžně používanou jako rozpouštědlo v řadě průmyslových aplikací, jako jsou například extrakce, jako reakční prostředí, a jako čisticí rozpouštědlo.

Jako meziprodukt v organické syntéze, je široce používán při výrobě léčiv, pesticidů, výbušnin, vláken, a

povlaků. Také jako závodní palivo a jako důležitá součást paliva spalovacích motoriS , dálkové řízených · · · · modelů.

Předmětem předkládaného vynálezu je odstranit nebo minimalizovat výše uvedené riziko, nebezpečí pro životní prostředí a vysoké investice, které plynou z výroby PETN, RDX, HMZ, tetrylu a TNT a jím podobných látek. Mezi další nevýhody (oproti předkládanému vynálezu) doposud patentovaných či komerčně využívaných rázových trubic typu NPED, je jejich složitá vnitřní struktura. V souvislosti s tímto se odkazuji na následující patentové spisy:

US Pat. Č. 3212439 popisuje rozbušku, která obsahuje pouze sekundární výbušniny. Detonace sekundární výbušniny je způsobena další sekundární výbušninou, která je stlačením uspořádaná v uzavřeném prostoru do silné ocelové trubky, která má určité rozměry. To omezuje prostředí poskytující podmínky, za kterých elektrický zapalovač zapálí sekundární výbušninu.

US Pat. Č. 3978791 se týká rozbušky obsahující pouze sekundární výbušninu. V tomto případě pyrotechnická slož urychlí kovový disk na takovou rychlost, že při úderu do akceptoru ze slisované sekundární slože dojde k její iniciaci. Celá konstrukce je značně složitá.

US Pat. Č. 4239004 popisuje zařízení pro rozbušky strukturu podobnou jako u US pat. Č. 3978791, ale zařízení obsahuje také zpožďující směs, která propůjčuje zařízení časovou prodlevu před tím, než je zahájen úder do akceptoru.

DE AS č. 1646 340 popisuje rozbušku pro zahájení detonace necitlivé výbušniny, která obsahuje pojistku a pyrotechnický zpožďovací prvek a základním rysem zařízení je to, že obsahuje pouzdro naplněné sekundární výbušninou, která má možnost otevřít se pouze na jednom konci. Druhá strana je proti otevření a poklesu potřebného tlaku jištěna pomocí zpožďovací slože.

US Pat. Č. 3724383 (1973) se týká nového způsobu zahájení výbuchu, pomocí laserového pulsu, který prochází optickým vláknem (9) a se zaměřením korálek (4) zasáhne náplň (11) sekundární výbušniny, která je nastavena na dolní hranici detonace.

US Pat. Č. 4206705 (1980) se týká elektrického iniciátoru, obsahující polymerní pevnou síru, nitrid (SN).

Jak by mělo být zřejmé z výše uvedeného, předmětem předkládaného vynálezu je poskytnout rázovou trubici, která odstraňuje nebo alespoň snižuje nevýhody primárního rozněcovače a eliminuje nebo snižuje nevýhody dříve známých NPED rozněcovačů nebo alespoň nabízí cennou alternativu díky levné a ekologické kontrukci, použitím tetraamminu chloristanu mědi. Dále pak možnost využití široce používaného a tudíž relativně levného nitromethanu, jenž tvoří základ zde doporučované počinové nálože. Přesněji řečeno, je zde poskytován vynález ekologického iniciátoru velmi jednoduché konstrukce, který dokáže uskutečnit přechod od deflagrace k detonaci pouze pomocí jediné chemické látky, čímž se vytvoří rázová vlna, která spolehlivě přivede k plné detonaci typicky sekundární výbušninu, kterou je například nitromethanová želatina, nebo jiná, komerčně užívaná sekundární výbušnina, jak již bylo uvedeno.

Charakteristickým rysem tohoto vynálezu je plné využití fyzikálně - chemického jevu, při němž kaskádovitě, nebo plynule stoupá hustota vhodného energetického materiálu od bodu iniciace a to zrcadlově v obou směrech uvnitř geometricky vhodného a pevného obalu. Základní princip tohoto jevu je zřejmý z obr. A. Šipky znázorňují obousměrné působení tlaků, které má za následek jejich prudký nárůst. Princip je známý odborníkům v oboru. Ukázalo se, že pro využití tohoto jevu postačí sférická výseč viz. obr.B. Praktická aplikace tohoto jevu je zřejmá z obr. C, kde pevný obal zastupuje a plně nahrazuje tvar sférický. Díky čemuž je možný přechod od deflagrace až k plné detonační rychlosti charakteristické pro daný energetický materiál. Což doposud nebylo možné bez mechanických přepážek, zpětných uzávěrů, pojistek či pomocných *

• · • · · · • · β« · · · · · · • · · · · • · · · · · · látek používaných u rozbušek typu NPED, které využívají šíření rázové vlny poLw»vjednorři«sméi^su.’ · Vzhledem k výše uvedenému, je charakteristickým rysem předkládaného vynálezu kovová trubice, jež je z obou konců otevřená, nebo je z obou konců chráněna pouze proti vnějším vlivům vhodným způsobem. Chemickou látkou uvnitř rázové trubice je pouze čistý Tetraammin chloristanu mědi, mechanicky zpracovaný přesně daným způsobem. Dále jen TACP. A to bez obsahu pomocných látek, mechanických uzávěrů a polo uzávěrů jak je tomu dosud v konstrukcích typu NPED.

Jak se neočekávaně ukázalo, tuto látku je možné přivést k vysoké detonační rychlosti pouze pomocí standardní iniciační pilule, nebo ještě jednodušeji, pouze pomocí rezistoru typu SMD, jenž je přímo zalisovaný do vhodného energetické materiálu, na vhodném místě uvnitř rázové trubice, napojen na přívodní elektrické vodiče. Viz obr. C. Z čehož plynou ekologické a ekonomické výhody.

Použití jiné podvojné soli a nebo jiného, energetického materiálu není z nároků tohoto vynálezu vyloučeno. Zejména se jedná o podvojné soli na bázi amoniaku, ethylendiamminu (EN) a hydrazinu, jako například: [Cu(EN)2](CIO4)2, [Co(EN)3](CIO4)3, [Ni(EN)3](CIO4)2, [Hg(EN)2](CIO4)2, [Cr(N2H4)3](CIO4)3, [Cd(N2H4)3](CIO4)2, [Ni(N2H4)3](NO3)2, [Co(N2H4)3](NO3)3, [Zn(N2H4)3](NO3)2.

Pro obzvláště výhodné provedení z ekologicko-ekonomického hlediska je však v rámci vynálezu přednostně použit TACP. Součástí předkládaného vynálezu jak již bylo zmíněno, je nová metoda přípravy TACP, která výrobní náklady dále snižuje.

Laboratorní preparace TACP pro konstrukci rázové trubice

Reagencie: Cu g

NH4CIO430 g

NH3..................100g+ 30g

H20....................70g

K laboratorní přípravě postačují pouze 4 chemické látky, komerčně volně dostupné. Je to kovová měď ve formě drátu o průměru l,35mm, délky 234 cm, chloristan amonný čistý krystalický, vodný roztok hydroxidu amonného o koncentraci 23 - 25% a destilovaná voda. Dále pak vhodné, avšak jednoduché míchací zařízení, viz. obr. 5. Aby požadovaná reakce proběhla bez potíží a s dobrým výtěžkem, předkládám v rámci vynálezu jednoduchý konvertor na výrobu TACP. Při dodržení konfigurace dojde po 4 hodinách míchání při 30 až 60 otáčkách za minutu, za okolní (laboratorní) teploty +20 až + 25 st. Celsia z vložených reagencií ke vzniku TACP, s výtěžkem 140% na hmotnost vloženého chloristanu amonného. Výhody budou zřejmé odborníkům v oboru. Krystaly TACP se vytvoří přímo v konvertoru. Po ochlazení na +5 st. Celsia se krystaly TACP separují od matečného louhu na Buchnerově nálevce, nebo odsátím na sítě s oky 0,1 x 0,lmm do konzistence vlhké kypré hmoty. Následuje rekrystalizace z vodného roztoku amoniaku 8%, obecně známou metodou odborníkům v oboru tak, aby vznikly krystaly TACP o průměrné velikosti 1 až 4mm. Produkt se suší volně rozprostřen při 40 st. Celsia na filtračním papíře či jiném vhodném podkladě. Suché krystaly TACP se pomocí sít upraví na frakci A o velikosti krystalů 1,5x1,5 až 2,5 x 2,5 mm. A na konzistenci jemného prášku, frakce B o velikosti aglomerátů 0,01 až 0,2 mm. Metoda přípravy frakcí TACP může být libovolná a nároky předkládaného vynálezu nijak neomezuje. TACP může být dotován vhodnými prvky nebo sloučeninami, nebo jejich směsí, ale nároky předkládaného vynálezu to nijak neomezuje.

• ·

Dutina rázové trubice ·ί· ···· !

Světlost dutiny může mít průměr 1 až 40 mm, s výhodou pak 5 až 12mm, nejlépe však 6 až 8 mm. Síla stěny trubice může být libovolná, 0,lmm až 40mm, s výhodou pak 0,5 až 2mm, nejlépe však lmm. Materiál rázová trubice nároky vynálezu nijak neomezuje. Může to být jakýkoli dostatečně pevný kov nebo plastická či jiná hmota. Tedy například měděná měkká chladírenská trubice o světlosti 8 mm a délky 60 mm. Dutina se vloží do lisovacího přípravku viz. obr. D. Lisovací přípravek může být z libovolného dostatečně pevného materiálu libovolných rozměrů a nároky předkládaného vynálezu nijak neomezuje. Slouží pouze pro ilustraci vhodného výrobního postupu, který se při průmyslové výrobě může lišit.

Plnění rázové trubice

Technologie plnění rázové trubice je stěžejním principem a nárokem vynálezu.

Pomocí vhodných lisovacích trnů a rozdílného lisovacího tlaku se z příslušných frakcí TACP uvnitř rázové trubice o světlosti 8 mm a délky 60 mm zhotoví segmenty o rozdílné hustotě.

Vhodné lisovací tlaky pro dosažení efektu silné rázové vlny pro energetický materiál TACP jsou: 80 MPa, 60 Mpa, 30 Mpa, 10 MPa, 3 MPa, frakce „A a 1 MPa pro frakci „B

Zrcadlově pak 1 MPa, 3 MPa, 10 MPa, viz. obr. D.

Vhodné lisovací tlaky, počet segmentů a světlost rázové trubice se mohou pro různé energetické materiály lišit, avšak princip vynálezu nijak neomezují. Při světlosti dutiny 8 mm je pro spolehlivou funkci konstrukce třeba dodržet průměr kulatého přívodního vedení k bodu iniciace, který nesmí být větší, než 2 mm. Otevřené konce rázové trubice se opatří vhodnou izolační hmotou nebo zátkami proti vniknutí vlhkosti. Vhodná izolační hmota může být libovolná inertní hmota vůči TACP, mědi a případně přívodnímu vodiči. Nároky předkládaného vynálezu nijak neomezuje.

Pro spolehlivou funkci rázové trubice o světlosti 8mm jsou vhodné tyto navážky:

MPa =0,9 g......60 MPa =0,8g......30 MPa= 0,6g......10 MPa =0,5g......3 MPa =0,5g.....1 MPa= 0,5g

Claims (8)

1. wároky:

   Tvrdím, že ekologická rázová trubice dle předkládaného vynálezu se vyznačuje tím, že:

   ?V 2Ρ41-ΛΓ2

   1) se skládá z dutiny, která je vyplněna energetickým materiálem, který je do dutiny zapracován technologií postupného lisování, nebo jiným vhodným způsobem tak, aby energetický materiál zapracovaný do dutiny měl kaskádovitě, nebo plynule se snižující hustotu k bodu iniciace a to zrcadlově.
2. 2) je z obou konců otevřená, nebo uzavřená vhodným způsobem.
3. 3) obsahuje vhodně umístěnou pyropiluli, rezistor, odporové vlákno, nebo jiný druh iniciačního prostředku opatřený přívodními vodiči nebo vodičem koncentrovaného světelného svazku, či jiným, doposud neznámým druhem iniciace a to tak, aby došlo k zahájení exotermické reakce v bodu iniciace a následně ke vzniku rázové vlny.
4. 4) je jí možno spolehlivě iniciovat proudem od jedné Ampéry o napětí od šesti Volt, při použití rezistoru velikosti dle EIA1210 o odporu 2 Ohmů a k tomu odpovídajícímu průřezu vodiče. Nebo vhodným vodičem koncentrovaného světelného svazku, či jiným způsobem tak, aby došlo k zažehnutí na takovém místě, ze kterého dojde k nárůstů detonační rychlosti a následně ke vzniku dostatečně silné rázové vlny pro požadovaný účel.
5. 5) dokáže přimět k plné detonaci nitrometanovou želatinu, jež se skládá z: skleněné mikrosféry 3%, Nitrocelulóza (12,4N +) 6%, pyrotechnický hliník 11%, nitromethan 80%.
6. 6) dokáže přimět k plné detonaci obecně používané sekundární a některé terciální výbušniny.
7. 7) využívá dosud plně neuplatněného fyzikálně-chemického jevu postupného nárůstů hustoty vhodného energetického materiálu od bodu iniciace ve dvou směrech nebo sféricky, čímž se docílí plynulého přechodu od deflagračního hoření k vysoké, nebo k plné detonační rychlosti, jež je pro daný energetický materiál možná, známá či jinak specifická.
8. 8) její funkčnost je založena na výše zmíněném principu dle nároku 7, který lze uplatnit na mnoho dalších energetických materiálů, jež jsou vhodné pro daný účel, díky čemuž lze v mnoha konstrukcích výbušných zařízení zcela vynechat tak zvanou primární slož, či funkčně podobný energetický materiál.

   Nárok 9

   Nárokuji si vynález principu postupně se zvyšující hustoty energetického materiálu, zrcadlově od bodu iniciace nebo sféricky, díky čemuž je možné u vhodného energetického materiálu vyvolat přechod od deflagrace k plné detonaci a to i bez použití jakéhokoli obalu. Energetický materiál může být pouze ve formě výlisku se zvyšující se hustotou od místa iniciace, bez mechanických či jiných materiálových rozhraní ať vně, či uvnitř konstrukce.

   Nárok 10

   Nárokuji si vynález konvertoru na syntézu podvojných solí, jenž je vhodný zejména pro přípravu Tetramminu chloristanu mědi, Tetraamminu dusičnanu mědi, Diamminu chloristanu zinku a Diamminu dusičnanu zinku a dalších podvojných solí na bázi amoniaku, ethylendiamminu a hydrazinu.