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Die Erfindung betrifft eine insensitive Sprengstoffwirkmasse, welche keinen Weichmacher benötigt und dennoch mit einer hohen Dichte realisiert werden kann. Eine Reduktion der Dichte einer Sprengstoffwirkmasse verringert deren Leistung bei deren Detonation. Man versucht daher stets Sprengstoffwirkmassen mit möglichst hoher Dichte herzustellen.
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Bekannte insensitive Sprengstoffwirkmassen enthalten entweder über 8 Gew.-% Bindemittel und weisen dadurch eine verhältnismäßig geringe Dichte auf oder sie enthalten ein Bindemittel mit einem Weichmacher, wie die Sprengstoffwirkmasse DXP-1340, die aus Oktogen, Acrylatgummi und Dioctyladipat als Weichmacher besteht und die derzeit leistungsstärkste insensitive Sprengstoffwirkmasse ist. Der Weichmacher migriert im Laufe der Zeit in der Sprengstoffwirkmasse und aus der Sprengstoffwirkmasse heraus. Durch die Migration des Weichmachers kann die Empfindlichkeit lokal so steigen, dass die Sprengstoffwirkmasse ihre Insensitivität verliert. Weiterhin verändern sich durch die Migration des Weichmachers die mechanischen Eigenschaften der Sprengstoffwirkmasse. Die Lagerfähigkeit der Sprengstoffwirkmasse wird durch die Migration des Weichmachers begrenzt.
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Weiterhin zerstört der Weichmacher bei Kontakt nahezu alle bekannten Kunststoffe oder bringt sie zum Quellen. Daher muss eine Weichmacher enthaltende Sprengstoffwirkmasse immer von allen Kunststoffteilen mittels einer metallischen Diffusionssperre isoliert werden. Dies ist verhältnismäßig aufwendig. Darüber hinaus birgt die Beschädigung dieser Diffusionssperre oder ein fehlerhafter oder versehentlich nicht erfolgter Einbau der Diffusionssperre große Risiken in sich.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine insensitive Sprengstoffwirkmasse bereitzustellen, welche die obigen Nachteile nicht aufweist. Sie soll insbesondere eine hohe Dichte bei gleichzeitig langer Lagerfähigkeit und guter Verträglichkeit mit Kunststoffen aufweisen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine insensitive Sprengstoffwirkmasse bereitzustellen, die mit mindestens der gleichen Leistungsstärke wie DXP-1340 bereitgestellt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 10.
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Erfindungsgemäß ist eine insensitive Sprengstoffwirkmasse umfassend einen Sprengstoff und ein Chlorparaffin oder eine Mischung aus einem Chlorparaffin und Polyvinylchlorid (PVC) als Bindemittel vorgesehen.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass Chlorparaffine eine große Zahl vorteilhafter Eigenschaften vereinen und damit ideal als Bindemittel für eine insensitive Sprengstoffwirkmasse geeignet sind. Chlorparaffine sind brandhemmend, wodurch die ungewollte Zündung der erfindungsgemäßen Sprengstoffwirkmasse durch Hitze gehemmt wird. Darüber hinaus weisen Chlorparaffine eine ausreichende mechanische Festigkeit auf, um als Bindemittel zu fungieren und haften hervorragend an den meisten Materialien. Wenn Chlorparaffine als Bindemittel eingesetzt werden, ist der Einsatz eines Weichmachers nicht erforderlich. Im Gegensatz zu den üblichen Weichmachern sind Chlorparaffine nicht leicht flüchtig und nicht dünnflüssig, so dass eine Migration ausgeschlossen ist. Weiterhin ermöglichen es Chlorparaffine, eine insensitive Sprengstoffwirkmasse mit sehr hoher Leistungsstärke zu realisieren, weil Chlorparaffine eine relativ hohe Dichte aufweisen. Die Leistung ist eine Funktion der Dichte und ist umso höher, je höher die Dichte einer Sprengstoffwirkmasse ist. Weiterhin hat es sich gezeigt, dass aus der erfindungsgemäßen Sprengstoffwirkmasse hergestellte Presslinge eine höhere mechanische Festigkeit als Presslinge aus DXP-1340 aufweisen. Die Erfindung ermöglicht die Bereitstellung einer insensitiven Sprengstoffwirkmasse ohne Weichmacher und ohne den üblicherweise mit einem erhöhten Anteil an Bindemittel einhergehenden Leistungsverlust. Insbesondere ermöglicht sie auch die Herstellung einer Sprengstoffwirkmasse mit einer höheren Dichte und Leistungsstärke als DXP-1340.
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Das Herstellen der erfindungsgemäßen Sprengstoffwirkmasse durch Mischen des Sprengstoffs mit einem Chlorparaffin ist erheblich einfacher als das Herstellen einer Sprengstoffwirkmasse mit polymeren Bindemitteln, weil Chlorparaffine in Kohlenwasserstoffen und Ether leicht löslich sind, während die üblichen Sprengstoffe darin völlig unlöslich sind. Dies ermöglicht eine einfache Beschichtung von Sprengstoffpartikeln mit Chlorparaffin, indem der Sprengstoff in eine Chlorparaffinlösung eingeschlämmt wird und während des Mischens das Lösungsmittel unter reduziertem Druck abgezogen wird.
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Chlorparaffin löst sich sofort in den genannten Lösungsmitteln. Bei polymeren Bindemitteln ist es dagegen erforderlich, zunächst eine Lösung des polymeren Bindemittels in einem Lösungsmittel herzustellen. Dieser Vorgang ist üblicherweise zeitaufwendig. Weitere Zeit kann beim Abziehen des Lösungsmittels eingespart werden. Im Gegensatz zu polymeren Bindemitteln kann bei Chlorparaffin das Lösungsmittel sehr schnell abgezogen werden, ohne dass dadurch die Beschichtung der Sprengstoffpartikel ungleichmäßig wird und deshalb die Insensitivität der resultierenden Sprengstoffwirkmasse nicht mehr gewährleistet werden kann.
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Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen insensitiven Sprengstoffwirkmasse ist darin kein Weichmacher enthalten. Dadurch ist die Sprengstoffwirkmasse mit nahezu allen Kunststoffen dauerhaft verträglich. Weil dadurch kein Weichmacher aus der Sprengstoffwirkmasse herausmigrieren kann, ändert sich dessen Zusammensetzung mit der Zeit nicht. Er weist dadurch eine sehr lange Lagerfähigkeit auf.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung enthält die erfindungsgemäße Sprengstoffwirkmasse neben dem Chlorparaffin oder der Mischung aus Chlorparaffin und PVC kein weiteres Bindemittel.
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Mit Chlorparaffin ist es möglich, eine insensitive Sprengstoffwirkmasse mit nur 5 Gew.-% Bindemittel bereitzustellen, ohne dass die Sprengstoffwirkmasse dadurch gegenüber dem Sprengstoff selbst wesentlich an Leistung verliert. Das liegt daran, dass Chlorparaffine eine hohe Dichte haben und somit die gesamte Sprengstoffwirkmasse dichter wird als beispielsweise mit einem Bindemittel auf Acrylatbasis, wie z. B. HyTemp® der Fa. Zeon Europe GmbH, Deutschland, mit einem Weichmacher wie Dioctyladipat (DOA). Die Leistung, d. h. der Detonationsdruck, ist in der dritten Potenz von der Dichte der Sprengstoffwirkmasse abhängig. Dadurch reicht die Erhöhung der Dichte durch ein Chlorparaffin aus, um bei der erfindungsgemäßen Sprengstoffwirkmasse einen Leistungsverlust durch ein Ersetzen von ansonsten vom Sprengstoff eingenommenen Volumen durch das Bindemittel zu kompensieren.
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Das Chlorparaffin kann eine Kettenlänge von mindestens 14 und höchstens 17 C-Atomen aufweisen. Derartiges Chlorparaffin wird üblicherweise als Chlorparaffin mit mittlerem Molekulargewicht bezeichnet und als solches verkauft.
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Bei einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen insensitiven Sprengstoffwirkmasse ist das Chlorparaffin unvollständig chloriert. Es kann einen Chlorierungsgrad im Bereich von 45% bis 65%, insbesondere von 48% bis 62%, insbesondere von 48 bis 58%, aufweisen.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Sprengstoffwirkmasse ist das Chlorparaffin darin mit einem Anteil von höchstens 10 Gew.-%, insbesondere höchstens 8 Gew.-%, insbesondere höchstens 6 Gew.-%, insbesondere höchstens 5 Gew.-%, enthalten. Der Anteil des PVCs in dem Bindemittel kann im Bereich von 5 Gew.-% bis 50 Gew.-%, insbesondere 15 Gew.-% bis 35 Gew.-%, insbesondere 20 Gew.-% bis 30 Gew.-%, liegen.
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Bei dem Sprengstoff kann es sich um einen kristallinen Sprengstoff handeln. Bei kristallinen Sprengstoffen ist das Problem der Empfindlichkeit und damit einer ungewollten Zündung besonders groß. Es besteht daher ein großer Bedarf an der Insensitivierung dieser Sprengstoffe. Für die erfindungsgemäße insensitive Sprengstoffwirkmasse sollten die kristallinen Sprengstoffe in den Sprengstoffkristallen keine Hohlräume aufweisen, da bei einem Kollabieren dieser Hohlräume unter Druck stets auch die Gefahr einer ungewollten Zündung besteht.
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Bei dem Sprengstoff kann es sich um Oktogen, Hexogen, Nitropenta (PETN), Triaminotrinitrobenzol (TATB), Diaminodinitroethylen (FOX-7) oder Hexanitrohexaazaisowurtzitan (HNIW, CL-20) handeln.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Die Beispiele 2 bis 10 stellen dabei erfindungsgemäße insensitive Sprengstoffwirkmassen dar, während es sich bei Beispiel 1 um die bekannte Sprengstoffwirkmasse DXP-1340 handelt. Beispiel 1: Pressbare herkömmliche Sprengstoffwirkmasse DXP-1340 mit Weichmacher:
| Stoff | Typ | Gewichtsprozent | Sonstiges |
| Acrylatgummi | Hytemp 4454 | 1,0 | TMD = 1833 |
| Dioctyladipat | Weichmacher | 3,0 | |
| Oktogen | NSO 137 gesiebt 630 μm | 67,2 | |
| Oktogen | NSO 152 | 28,8 | |
Beispiel 2: Erfindungsgemäße pressbare Sprengstoffwirkmasse ohne Weichmacher:
| Stoff | Typ | Gewichtsprozent | Sonstiges |
| Chlorparaffin | Leuna Tenside CP 135 | 4,0 | TMD = 1884 |
| Oktogen | NSO 137 gesiebt 630 μm | 67,2 | |
| Oktogen | NSO 152 | 28,8 | |
Beispiel 3: Erfindungsgemäße pressbare Sprengstoffwirkmasse ohne Weichmacher:
| Stoff | Typ | Gewichtsprozent | Sonstiges |
| Chlorparaffin | Hordaflex LC 70 | 4,0 | TMD = 1880 |
| Oktogen | NSO 137 gesiebt 630 μm | 67,2 | |
| Oktogen | NSO 152 | 28,8 | |
Beispiel 4: Erfindungsgemäße pressbare Sprengstoffwirkmasse ohne Weichmacher:
| Stoff | Typ | Gewichtsprozent | Sonstiges |
| Chlorparaffin | Leuna Tenside CP 140 | 4,0 | TMD = 1883 |
| Oktogen | NSO 137 gesiebt 630 μm | 67,2 | |
| Oktogen | NSO 152 | 28,8 | |
Beispiel 5: Erfindungsgemäße pressbare Sprengstoffwirkmasse ohne Weichmacher:
| Stoff | Typ | Gewichtsprozent | Sonstiges |
| Chlorparaffin | Leuna Tenside CP 52 flüssig | 4,0 | TMD = 1871 |
| Oktogen | NSO 137 gesiebt 630 μm | 67,2 | |
| Oktogen | NSO 152 | 28,8 | |
Beispiel 6: Erfindungsgemäße pressbare Sprengstoffwirkmasse ohne Weichmacher:
| Stoff | Typ | Gewichtsprozent | Sonstiges |
| Chlorparaffin | Leuna Tenside CP 135 | 6,0 | TMD = 1871 |
| Oktogen | NSO 137 gesiebt 630 μm | 66,2 | |
| Oktogen | NSO 152 | 27,8 | |
Beispiel 7: Erfindungsgemäße pressbare Sprengstoffwirkmasse ohne Weichmacher:
| Stoff | Typ | Gewichtsprozent | Sonstiges |
| Chlorparaffin | Leuna Tenside CP 52 flüssig | 6,0 | TMD = 1852 |
| Oktogen | NSO 137 gesiebt 630 μm | 66,2 | |
| Oktogen | NSO 152 | 27,8 | |
Beispiel 8: Erfindungsgemäße pressbare Sprengstoffwirkmasse ohne Weichmacher:
| Stoff | Typ | Gewichtsprozent | Sonstiges |
| Chlorparaffin | Leuna Tenside CP 52 flüssig | 5,0 | TMD = 1862 |
| Oktogen | NSO 137 gesiebt 630 μm | 66,7 | |
| Oktogen | NSO 152 | 28,3 | |
Beispiel 9: Erfindungsgemäße pressbare Sprengstoffwirkmasse ohne Weichmacher:
| Stoff | Typ | Gewichtsprozent | Sonstiges |
| Chlorparaffin | Leuna Tenside CP 52 flüssig | 4,5 | TMD = 1857 |
| Polyvinylchlorid | Solvin 266 SF | 1,5 | |
| Oktogen | NSO 137 gesiebt 630 μm | 66,2 | |
| Oktogen | NSO 152 | 27,8 | |
Beispiel 10: Erfindungsgemäße pressbare Sprengstoffwirkmasse ohne Weichmacher:
| Stoff | Typ | Gewichtsprozent | Sonstiges |
| Chlorparaffin | Leuna Tenside CP 52 flüssig | 7,0 | TMD = 1843 |
| Oktogen | NSO 137 gesiebt 630 μm | 65,7 | |
| Oktogen | NSO 152 | 27,3 | |
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TMD bedeutet dabei ”theoretische maximale Dichte” in der Einheit kg/m3. Chlorparaffin wurde bei den obigen Beispielen jeweils von der Firma Leuna-Tenside GmbH, 06237 Leuna, Deutschland bezogen. Polyvinylchlorid wurde von Solvay SA, Belgien und Oktogen von Nexplo Bofors AB, Karlskoga, Schweden, bezogen. Bei Oktogen bedeutet ”gesiebt 630 μm”, dass die maximale Größe der darin enthaltenen Partikel 630 μm beträgt. ”CP” ist jeweils die Abkürzung für Chlorparaffin.
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Alle Mischungen der Beispiele 2 bis 10 wurden in einem 1 Kilogramm Ansatz gemischt. Der Sprengstoff Oktogen und das Chlorparaffin wurden in einen Mischer eingewogen. Anschließend wurden circa 800 ml Lösungsmittel zugegeben. Als Lösungsmittel ist jedes Lösungsmittel geeignet, in welchem sich das Bindemittel homogen auflösen lässt, der Sprengstoff aber nicht oder allenfalls geringfügig löslich ist. Im Falle der nur Chlorparaffin als Bindemittel enthaltenden Beispiele wurde n-Hexan als Lösungsmittel eingesetzt. Weitere dafür geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise Dichlormethan oder Dichlorethan. Im Falle einer Mischung aus Chlorparaffin und PVC als Bindemittel wurde Tetrahydrofuran als Lösungsmittel eingesetzt.
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Nach 5 Minuten Mischen wurde ein Vakuum angelegt und eine Temperatur von 70°C eingestellt bis das Lösungsmittel verdunstet war. Danach wurde die Sprengstoffwirkmasse aus dem Mischer entleert. Sie lag als leicht klebriges, weißes Pulver vor. 24 g der jeweiligen Sprengstoffwirkmasse wurden jeweils in einem Presswerkzeug zu Tabletten von 21 mm Durchmesser gepresst. Die Presslinge wurden gewogen und vermessen. Aus den erhaltenden Werten wurde die Dichte der Presslinge ermittelt. Anschließend wurden die Presslinge im sogenannten Gap-Test eingesetzt. Bei dem Gap-Test handelt es sich um einen Standardtest für die Ermittlung der Insensitivität von Sprengstoffwirkmassen oder Sprengstoffen. Dabei wird die Höhe einer standardisierten Wassersäule gemessen, die ausreicht um eine durch Detonation einer Standardsprengladung erzeugte Stoßwelle in der Wassersäule auf die zu untersuchenden Sprengstoffwirkmasse zu übertragen, so dass diese noch zuverlässig detoniert, bzw. zuverlässig nicht mehr detoniert. Die Werte sind dabei jeweils in mm der Wassersäule angegeben. Der erste Wert unter ”Gap [mm]” bezeichnet dabei jeweils den Wert, bei dem die zu untersuchende Sprengstoffwirkmasse zuverlässig detoniert (”GO”) und ein zweiter Wert, den Wert, bei dem die zu untersuchende Sprengstoffwirkmasse nicht mehr detoniert (”NO GO”). Je niedriger diese Werte sind, desto insensitiver ist die Sprengstoffwirkmasse. Die Ergebnisse des Gap-Tests sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt. Tabelle 1
| Stoff | TMD [kg/m3] | Dichte [kg/m3] | % TMD | Gap [mm] | Ergebnis | Tg/°C |
| Beispiel 1 | 1833 | 1810 | 98,7 | 12/13 | GO/NO GO | –60 |
| Beispiel 2 | 1884 | 1841 | 97,7 | 16/17 | GO/NO GO | n. g. |
| Beispiel 3 | 1880 | 1830 | 97,3 | 18/19 | GO/NO GO | n. g. |
| Beispiel 4 | 1883 | 1832 | 97,3 | 19 | GO | n. g. |
| Beispiel 5 | 1871 | 1827 | 97,6 | 16/17 | GO/NO GO | –48 |
| Beispiel 6 | 1871 | 1835 | 98,1 | 16/17 | GO/NO GO | n. g. |
| Beispiel 7 | 1852 | 1814 | 97,9 | 13/14 | GO/NO GO | –48 |
| Beispiel 8 | 1862 | 1818 | 97,6 | 15/16 | GO/NO GO | –48 |
| Beispiel 9 | 1857 | 1801 | 97,0 | 16 | GO | –48 |
| Beispiel 10 | 1843 | 1810 | 98,2 | 12/14 | GO/NO GO | –48 |
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Tg bedeutet dabei ”Glasübergangstemperatur”, ”n. g.” bedeutet ”nicht gemessen”. Die Glasübergangstemperatur wurde mittels dynamischer Differenz-Kalorimetrie (DSC) gemessen.
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Die für die obigen Beispiele 1 bis 10 berechneten Detonationsgeschwindigkeiten (D [m/s]) und die Detonationsdrücke (p [GPa]) bei den tatsächlich ermittelten und aus der obigen Tabelle ersichtlichen Dichten sind aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich. Tabelle 2
| Stoff | D [m/s] | p [GPa] |
| Beispiel 1 | 8950 | 33,0 |
| Beispiel 2 | 8960 | 34,1 |
| Beispiel 3 | 8920 | 33,6 |
| Beispiel 4 | 8930 | 33,7 |
| Beispiel 5 | 8930 | 33,6 |
| Beispiel 6 | 8850 | 33,7 |
| Beispiel 7 | 8810 | 32,8 |
| Beispiel 8 | 8860 | 33,1 |
| Beispiel 9 | 8750 | 32,2 |
| Beispiel 10 | 8760 | 32,6 |