CZ40599A3 - Pyrotechnická směs jako výmetný prostředek nebo jako plynová nálož se zplodinami se sníženým obsahem oxidu uhelnatého - Google Patents

Abstract

Výmetný prostředek se sníženým obsahem oxidu uhelnatého obsahujejako hlavní složku nitroaminoguanidin, explozivní látkyjako přísady a oxidační prostředky, přičemž explozivní látkaje ze skupiny zahrnující např. nitroguanidin, deriváty tetrazolu nebojejich soli s prvky I., II. a III. hlavní skupiny nebo I., II. a III. vedlejší skupiny periodického systému, nitrocelulózu a oxidační prostředek obsahuje např. dusičnany jrj alkalických kovů nebo alkalických zemin, dusičnan amonný nebo chloristan amonný

Description

Oblast techniky

Předmětem vynálezu je pyrotechnická směs jako výmetný prostředek nebo plynová nálož se zplodinami odpálení se sníženým obsahem oxidu uhelnatého.

Dosavadní stav techniky

Výmetné prostředky na bázi nitrocelulózy (NC) nacházejí nej různější použití např. v civilní nebo vojenské munici nebo jako složky vyvíjející plyn v průmyslových patronách, jako např. v nastřelovacích zařízeních. NC-výmetné prostředky se vyznačují velkým rozšířením, tím umožněnou příznivou cenou a všeobecně velkými zkušenostmi v okruhu jejich použití, jakož i velkou variabilitou odpalovacích vlastností, které lze řídit prostřednictvím složení, geometrického tvaru a povrchové úpravy. NC-výmetné prostředky poskytují svým téměř bezstruskovýn odpálením vysoký podíl plynu. Tyto plynné zplodiny obsahují jako hlavní složku (40-60 % obj.) toxického oxidu uhelnatého (CO). Při použití NC-výmetných prostředků je třeba z tohoto důvodu dbát, především v uzavřených prostorech, na dobré větrání nebo na jejich omezené použití.

Proto je cílem četných vypracování a vynálezů připravit výmetné prostředky nebo pyrotechnické směsi se sníženým obsahem CO. Výmetné prostředky nebo pyrotechnické • 4 4 4444 · 4 4 4

444· 4444 4 44· ···

44· ··· · ·

4· 4444 44 4 44 44 jsou v literatuře často vyvíjející plyn, které se U těchto směsí se jedná na dusík, jako např. azidu směsi se sníženým obsahem CO popisovány, např. jako směsi používají m.j. pro airbagy, o kombinace sloučenin bohatých sodného nebo 5-aminotetrazolu, a vhodných oxidačních prostředků jako například dusičnanu sodného nebo chloristanu draselného. Tyto směsi se spalují za tvorby velkého podílu strusky. Proto jsou z důvodu svých odpalovacích vlastností například nevhodné pro použití v munici.

Vzhledem ke specifickým požadavkům kladeným na munici a jiná příbuzná použití je třeba hledat směsi se složkami, které vedle vhodných odpalovacích vlastnosti mají také nízký podíl uhlíku. Výmetné prostředky, které obsahují nitroaminoguanidin (NAGu), jsou vhodné a splňují tyto požadavky. Nitroaminoguanidin je molekula bohatá na dusík s explozivními vlastnostmi.

V US patentu 4 373 976 se popisuje směs s NAGu jako hlavní složkou (50-80 % hmotn.). NAGu se přitom používá v kombinaci s NC (15-40 % hmotn.), oktogenem (0-30 % hmotn.) a pojivý jako je triacetin (0-15 % hmotn.). Tento výmetný prostředek se má vyznačovat o 20-30 % sníženou izochorickou teplotou plamene oproti obvyklým výmetným prostředkům a má být vhodný pro použití v munici. V důsledku vysokého podílu NC, oktogenu a pojiv však podíl CO v plynných zplodinách není snížen.

V US patentu 3 677 841 se popisuje, vedle jiných sloučenin, použití NAGu v kombinaci s odpalovacími katalyzátory, jako například s vanadylacetylacetonátem. Tyto směsi mají být vhodné pro použití v plynových generátorech jako vyvíječe plynu. V důsledku použití katalyzátorů

z těžkých kovů však při odpálení těžkých kovů, která je toxická.

vzniká struska s obsahem

Podstata vynálezu

Úkolem předloženého vynálezu je zhotoveni výmetného prostředku, který nemá nevýhody výmetných prostředků známých ze stavu techniky.

Úkol vynálezu je vyřešen výmetným prostředkem ze znaky uvedenými v prvním nároku. Výhodná vytvoření jsou charakterizována v závislých nárocích.

Výmetné prostředky podle vynálezu se vyznačují tím, že mají, oproti NC-výmetným prostředků, značně snížený obsah CO v plynných zplodinách. Výmetné prostředky podle vynálezu se dále vyznačují téměř bezstruskovým odpálením. Podíl CO v plynných zplodinách je oproti NC-výmetným prostředkům snířen o více než 50 %. V protikladu k NC-výmetným prostředkům vznikají u výmetných prostředků podle vynálezu v plynných zplodinách jako hlavní složky dusík (asi 40-50 % obj.) a voda (asi 20-30 % obj.).

vlastnosti a bezpečnostně technické ukazatele vynálezu jsou srovnatelné s ukazateli NC-výmetných prostředků.

Odpalovací směsí podle typických

Výmetné prostředky podle vynálezu obsahují jako hlavní složku nitroaminoguanidin v hmotnostním obsahu 40-80 % hmotn. Vhodnými přísadami jsou explozivní látky jako nitroguanidin, deriváty tetrazolu jako 5-aminotetrazol, 5-aminotetrazolnitrát, bistetrazolamin, bitetrazol a jejich soli s prvky I, II a III hlavní skupiny al, II a VIII • I»

9· ·· ti tttt

999

9 vedlejší skupiny periodickéhy systému, jakož i soli titanu a manganu, soli nitraminotetrazolátu jako například nitraminotetrazolát amonný a aminoguanidinium nitraminotetrazolát, aminoguanidinnitrát, diaminoguanidin nitrát, triaminoguanidinnitrát, guanidinnitrát, dikyandiamidinnitrát, diaminoguanidin-azotetrazolát, hexogen, oktogen a nitrocelulóza.

S výhodou se používají nitroguanidin, triaminoguanidinnitrát, aminotetrazol, hexogen a nitrocelulóza, jakož i vzájemné směsi těshto složek. Hmotnostní obsahy přísad explozivních látek mohou být 0 až 40 % hmotn.

Dalšími přísadami jsou pojivá jako polyvinylbutyral, polynitropolyfenylen, triacetin, želatina a klih. S výhodou se používá polyvinylbutyral v hmotnostním obsahu 0 až 10 % hmotn.

Jako oxidační prostředky se mohou použít dusičnany alkalických prvků nebo prvků alkalických zemin, chloristany alkalických prvků a prvků alkalických zemin, dusičnan amonný, chloristan amonný nebo směsi těchto složek, s výhodou se použije dusičnan amonný a chloristan amonný v hmotnostním obsahu 0 až 30 % hmotn.

Jako moderátory odpálení a zpracovací pomocné látky se mohou použít ferocen a jeho deriváty, acetylacetonát a jeho deriváty, aerosil, grafit, talek nebo směsi těchto složek. Hmotnostní podíly mohou být 0 až 10 % hmotn.

Výroba a zpracování se provádí známými a obvyklými způsoby. K těm patří například hnětení, protlačování, • · • 4 • 4 • · • · · · · · · ···· • 4 4 · · · · «444 • * 4 4« 4 4444 · 444 444

444 ··· 4 4

4444 44 4 44 44 vytlačování, granulování nebo tabletování.

Pyrotechnické směsi podle vynálezu jsou vhodné pro použití v civilní a vojenské munici, jako složka vyvíjející plyn v průmyslových patronách jako například v nastřelovacích zařízeních, a jako výmetný prostředek pro vyvíjení plynu v bezpečnostních systémech motorových vozidel, jako jsou například záchranné pásy nebo airbagy.

Prostřednictvím úprav geometrie a přísadami mohou být nastaveny odpalovací vlastnosti obdobné NC-výmetným prostředkům. NC-výmetné prostředky jsou zpravidla charakterizovány svými bezpečnostními ukazateli a odpalovací rychlostí. Tyto typické hodnoty pro NC-výmetné prostředky j sou:

citlivost vůči tření 160 - 240 N, citlivost vůči úderu 2 - 5 J, bod vznícení 160 - 170 °C, výbuchové teplo 4000 - 5000 J/g.

Rychlosti odpálení jsou závislé na tlaku a jsou zpravidla při 100 bar asi 10-20 mm/s a při 500 bar 50-70 mm/s.

Složky pyrotechnické směsi podle vynálezu jsou navzájem dobře snášenlivé (uvolňování plynu u vybraných směsí při 90 °C a 40 h << 3 ml). Termogravimetrické zkoušky ukazovaly rozklad od 180 °C a při izotermním skladování (90 °C) změny hmotnosti < 0,5 % hmotn. při 48 hodinách doby skladování.

Následující příklady mají vynález blíže osvětlit aniž • 9 «9 9 · • · · • 9 • 99 • · · • · 9 9 9

9 9 9 9 9

9 «9 9 9 by jej omezovaly.

Příklady provedení vynálezu

Tyto příklady ukazují, že směsi podle vynálezu jsou, pokud jde o jejich odpalovací vlastnosti a bezpečnostně technické ukazatele, srovnatelné s NC-výmetnými prostředky, avšak vykazují značně nižší koncentrace CO ve zplodinách odpálení.

V tabulce 1 jsou uvedena složení 5 různých pyrotechnických směsí podle vynálezu. Specifikované složky pro směsi podle vynálezu byly v daných hmotnostních poměrech zavedeny do plastikových zásobníků a 30 minut homogenizovány v kymácivém mísiči.

V tabulce 2 jsou uvedeny citlivosti vůči tření a úderu, body vznícení a výbuchová tepla. Měření citlivostí vůči tření a úderu bylo prováděno způsobem podle spolkového předpisu pro zkoušení materiálu (BAM, Bundesanstalt fůr Materialforschung und -prúfung), Body vznícení byly stanoveny termogravimetrickou analýzou (Mettler) a měření výbuchových tepel bylo prováděno pomocí kalorimetru fy. EKA.

Pro měření obsahů CO bylo definované množství (2 g) směsi uvedeno do tlakové bomby z ušlechtilé oceli o obsahu 25 ml a zapáleno prostřednictvím žhavícího drátu. Následně byl vznikající plyn naplněn do tedlarového vaku a pomocí plynového chromatografu (FISON) bylo stanoveno složení a koncentrace CO plynové směsi. Výsledky jsou uvedeny v tabulce 3.

« · · · · · · ·· · · • · · · ··· · · · · • · · ···· · · · · • · · · · · ···· · ··· ··· « · · · * · · · • · · · · · · · · · · ·

Stanovení rychlosti odpálení bylo prováděno pomocí tabletování směsi na tablety s výškou asi 2,5 mm a průměrem 7 mm. 2 g tabletovaného vzorku byly prostřednictvím 0,2 g boru/dusičnanu draselného (25:75 hmotn. dílů) jako zažehovací směsi a pomocí elektricky vyhřívatelného železného drátu uvedeny do reakce ve 25 ml tlakové bombě z ušlechtilé oceli. Z křivky tlak-čas a jako funke tvaru je možné spočítat rychlosti odpálení r v závislosti na tlaku. Pro lepší přehlednost jsou rychlosti odpálení při 100 a 500 bar uvedeny v tabulce 3.

Z termodynamických výpočtů je možné odečíst charakteristické veličiny jako například teplotu plamene a měrnou energii. Pro NC-prach jsou typické hodnoty pro teplotu plamene 2800-3600 K a měrné energie 1100-1200 J/g. V tabulce 4 jsou uvedeny tyto veličiny pro příkladné směsi. Teploty plamene jsou značně sníženy, zatímco měrné energie jsou srovnatelné s NC-výmetnými prostředky.

Tabulka 1: Příklady výmetných prostředků podle vynálezu

Příklad sz c.	Nitraminoguanidin (% hmotn.)	Nitroguanidin (% hmot.)	Hexogen (% hmot.)	Aminotetrazol (% hmot.)	Triaminoguanidin nitrát (% hmot.)
1	60	25	5		10
2	50	25	5	5	15
3	70	20			10
4	60	30			10
5	70	30

φ φ · · · · · «» ··#· · · · ··· φφ φ φφφφ φφφ • · φ «φ φφφφφφ φφφ φφφ φφφ * φ · φ φ φφ φφφφ φφ φ · * · ·

Tabulka 2: Souhrn bezpečnostně technických ukazatelů

Příklad č.	Citlivost vůči tření (N)	Citlivost vůči úderu (J)	Bod vznícení (°C)	výbuchové teplo (J/g)
1	240	3	185	3690
2	160	3	185	3619
3	160	3	185	3720
4	240	4	185	3652
5	240	3	185	3582

Tabulka 3: Souhrn koncentrací CO a rychlostí odpálení r

Příklad v c.	Koncentrace CO (obj . %)	Rychlost odpálení 100 bar (ram/s)	Rychlost odpálení 500 bar (mm/s)
1	18,4	16	90
2	20,1	15	92
3	16,9	21	104
4	17,6	16	96
5	17,4	16	89

• · · 9 · 9 9 • W · * · 9 9 99·

9 9 9 9 9

9 99 9· 9 9 9

99

9 9

9 9

999 999

9

9 9 9

Tabulka 4: Souhrn termodynamicky zjištěných veličin

Směs č.	Teplota plamene (K)	Měrná energie (J)
1	2751	1135
2	2605	1088
3	2700	1128
4	2666	1108
5	2680	1106

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Výmetný prostředek se zplodinami se sníženým obsahem oxidu uhelnatého, vyznačující se tím, že obsahuje jako hlavni složku nitroaminoguanidin, explozivní látky jako přísady a oxidační prostředky.

   se tím,

   Výmetný prostředek podle nároku 1, vyznačující že jako přísady obsahuje alespoň jednu explozivní látku vybranou ze skupiny zahrnující nitroguanidin, deriváty tetrazolu, s výhodou 5-aminotetrazol, 5-aminotetrazolnitrát, bistetrazolamin, bitetrazol nebo jejich soli s prvky I., II. a III. hlavní skupiny nebo I., II. a VIII. vedlejší skupiny periodického systému, nebo jeich titanové nebo manganové soli, soli nitraminotetrazolátu, s výhodou amonný nebo aminoguanidinium aminoguanidinnitrát, diaminoguanidin nitrát, triaminoguanidinnitrát, guanidinnitrát, dikyandiamidinnitrát, diaminoguanidin-azotetrazolát, hexogen, oktogen nebo nitrocelulózu.

   nitraminotetrazolát nitraminotetrazolát,
2. 3. Výmetný prostředek podle nároku 1, vyznačující se tím, že jako přísady obsahuje alespoň jednu explozivní látku vybranou ze skupiny zahrnující nitroguanidin, triaminoguanidinnitrát, aminotetrazol, hexogen a nitrocelulózu.
3. 4. Výmetný prostředek podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že obsahuje nitroaminoguanidin v hmotnostním obsahu 40-80 % hmotn., a přísady v hmotnostním obsahu 0 až 40 % hmotn.

   ·· · ·· ·· • · · · 4 4 · · 4 4 4

   4 4 · 4··· 4444

   4 4 4444 44·· · ··· ··· ··· ··« ·· 4· ···· ·· · ·· · ·
4. 5. Výmetný prostředek podle některého z nároků 1 až

   4, vyznačující se tím, že dále obsahuje pojivá jako polyvinylbutyral, polynitropolyfenylen, triacetin, želatinu nebo klih, s výhodou polyvinylbutyral.
5. 6. Výmetný prostředek podle některého z nároků 1 až

   5, vyznačující se tím, že obsahuje pojivo v hmotnostním obsahu 0 až 10 % hmotn.
6. 7. Výmetný prostředek podle některého z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že jako oxidační prostředek obsahuje dusičnany alkalických prvků nebo prvků alkalických zemin, chloristany alkalických prvků a prvků alkalických zemin, dusičnan amonný, chloristan amonný, s výhodou dusičnan amonný nebo chloristan amonný, nebo směsi těchto složek.
7. 8. Výmetný prostředek podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že obsahuje oxidační prostředek v hmotnostním obsahu 0 až 30 % hmotn.
8. 9. Výmetný prostředek podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že dále obsahuje moderátory odpálení a/nebo zpracovací pomocné látky.
9. 10. Výmetný prostředek podle některého z nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že jako moderátory odpálení a/nebo zpracovací pomocné látky obsahuje ferocen nebo jeho deriváty, acetylacetonát nebo jeho deriváty, aerosil, grafit, talek nebo směsi těchto složek.
10. 11. Výmetný prostředek podle některého z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že obsahuje moderátory odpálení

    44 4

    44 44

    4 444 4 44 4

    4 44444 4 444 444

    4 4 4 4 4 a/nebo zpracovací pomocné látky hmotnostním množství 0 až 10 % hmotn.
11. 12. Způsob výroby výmetného prostředku podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že se složky smísí a tvarují hnětením, protlačováním, vytlačováním, granulováním nebo tabletováním.
12. 13. Použití výmetného prostředku podle některého z nároků 1 až 11 v civilní a vojenské munici, jako složky vyvíjející plyn v průmyslových patronách, například v nastřelovacích zařízeních, a jako výmetného prostředku pro vyvíjení plynu v bezpečnostních systémech motorových vozidel, jako jsou například záchranné pásy nebo airbagy.