DE102018113345B4

DE102018113345B4 - Explosives formulation

Info

Publication number: DE102018113345B4
Application number: DE102018113345.6A
Authority: DE
Inventors: Christopher Zimmermann
Original assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Current assignee: Rheinmetall Waffe Munition GmbH
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2021-12-23
Anticipated expiration: 2038-06-06
Also published as: DE102018113345A1

Abstract

Sprengstoff-Formulierung, mit mindestens einen Sprengstoff aus der Gruppe RDX, HMX, CL-20, PETN, Tetryl, TATB, TNT oder HNS, mindestens einen anorganischen Brennstoff und ein Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprengstoff-Formulierung• Sprengstoff in einer Menge von 37 bis 67 Massen-% und• als anorganischen Brennstoff mindestens Phosphor(V)-nitrid in einer Menge von 20 bis 58 Massen-% als Brennstoff und• zusätzlich zum Phosphor(V)-nitrid Aluminium in einer Menge < 10 Massen-% als Brennstoff enthält.Explosives formulation, with at least one explosive from the group RDX, HMX, CL-20, PETN, Tetryl, TATB, TNT or HNS, at least one inorganic fuel and a binder, characterized in that the explosive formulation • explosives in an amount from 37 to 67 mass% and • as an inorganic fuel at least phosphorus (V) nitride in an amount of 20 to 58 mass% as fuel and • in addition to phosphorus (V) nitride aluminum in an amount <10 mass% contains as fuel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sprengstoff-Formulierung (d.h. eine Sprengstoffmischung) mit mindestens einem Sprengstoff aus der Gruppe RDX, HMX, CL-20, PETN, Tetryl, TATB, TNT oder HNS, einem anorganischen Brennstoff und einem Bindemittel.The invention relates to an explosives formulation (i.e. an explosives mixture) with at least one explosive from the group RDX, HMX, CL-20, PETN, Tetryl, TATB, TNT or HNS, an inorganic fuel and a binder.

Für die Entwicklung leistungsgesteigerter Munition besteht ein entsprechender Bedarf an hochexplosiven Sprengladungen bzw. Sprengstoff-Formulierungen. Mangelnde großtechnische Verfügbarkeit und/oder ein hoher Preis von Hochleistungssprengstoffen, wie beispielsweise bei der Verwendung von CL-20 als Sprengstoff, schränken deren breite Anwendung oftmals aber ein. Zusätzlich können durch den notwendigen Zuschlag von Bindern für die Verarbeitbarkeit und die geforderte Insensitivität der Munitionen, die erzielbaren Leistungssteigerungen gering ausfallen.For the development of more powerful ammunition, there is a corresponding need for high-explosive charges or explosive formulations. However, the lack of large-scale availability and / or the high price of high-performance explosives, such as the use of CL-20 as an explosive, often limit their broad application. In addition, due to the necessary addition of binders for processability and the required insensitivity of the ammunition, the achievable increases in performance can be small.

Weit verbreitet sind Sprengstoff-Formulierungen, die mindestens einen Sprengstoff und mindestens einen anorganischen Brennstoff, insbesondere ein Metallpulver, wie Aluminium, enthalten. Eine Vielzahl derartiger Sprengstoff-Formulierungen mit unterschiedlichen Massenanteilen von Aluminiumpulver und ggf. additiven Zuschlagstoffen (anorganischen Oxidationsmittel etc.) sind bekannt. Zur weiteren Leistungssteigerung derartiger Sprengstoffmischungen werden mittlerweile Abmischungen von unterschiedlichen Aluminiumpulverqualitäten sowie die inhibierende Oxidschicht derselben zersetzende Additive verwendet.Explosive formulations which contain at least one explosive and at least one inorganic fuel, in particular a metal powder such as aluminum, are widespread. A large number of such explosive formulations with different mass fractions of aluminum powder and possibly additive additives (inorganic oxidizing agents, etc.) are known. In order to further increase the performance of such explosive mixtures, mixtures of different aluminum powder qualities as well as the inhibiting oxide layer of the same decomposing additives are now used.

Zwar ist einerseits die Verwendung von feinen Metallpulvern mit großer Oberfläche mit Blick auf eine schnelle, möglichst schlagartige Umsetzung wünschenswert, doch stellen andererseits die sich bildenden inhibierenden Oxidschichten auf der Oberfläche der verwendeten Metallpulver für die schnelle Umsetzung häufig ein Problem dar.On the one hand, the use of fine metal powders with a large surface area is desirable with a view to rapid, as abrupt implementation as possible, but on the other hand, the inhibiting oxide layers that form on the surface of the metal powder used often pose a problem for rapid implementation.

Aus der DE 10 2006 030 678 B4 ist eine Sprengstoff-Formulierung bekannt, bei der als anorganischer Brennstoff roter Phosphor (RP) verwendet wird. Zwar bilden sich bei diesem Brennstoff keine inhibierenden Oxidschichten, doch weist die Verwendung von RP den Nachteil auf, dass die entsprechenden Sprengstoffmischungen sensitiver als metallpulverhaltige Sprengstoffmischungen sind. So kann es etwa aufgrund der hohen mechanischen Empfindlichkeit RP-haltiger Mischungen zu Frühzündungen entsprechender Munition in Rohrwaffen kommen. Außerdem ergibt sich bei RP-haltigen Mischungen das latente Problem der Phosphanbildung, und damit der Bildung toxischer Gase, bei Lagerung entsprechender Munitionen auf. Eine hierfür notwendige Munitionsüberwachung ist kostenintensiv.From the DE 10 2006 030 678 B4 an explosives formulation is known in which red phosphorus (RP) is used as an inorganic fuel. Although no inhibiting oxide layers are formed with this fuel, the use of RP has the disadvantage that the corresponding explosive mixtures are more sensitive than explosive mixtures containing metal powder. For example, due to the high mechanical sensitivity of mixtures containing RP, the corresponding ammunition in barrel weapons can pre-ignite. In addition, RP-containing mixtures have the latent problem of phosphane formation, and thus the formation of toxic gases, when the appropriate ammunition is stored. The ammunition monitoring required for this is costly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine leistungsgesteigerte Sprengstoff-Formulierung auf Basis einer Abmischung aus mindestens einem kommerziell verfügbaren Sprengstoff und einem Binder anzugeben, bei der die Nachteile metallpulverhaltiger oder RP-haltiger Sprengstoffmischungen vermieden werden.The invention is based on the object of specifying a performance-enhanced explosive formulation based on a mixture of at least one commercially available explosive and a binder, in which the disadvantages of metal powder-containing or RP-containing explosive mixtures are avoided.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.According to the invention, this object is achieved by the features of claim 1. Further, particularly advantageous configurations of the invention are disclosed in the subclaims.

Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Gedanken, dass die Sprengstoff-Formulierung Sprengstoff in einer Menge von 37 bis 67 Massen enthält, als anorganischen Brennstoff 20 bis 58 Massen-% Phosphor(V)-nitrid ausweist und zusätzlich zum Phosphor(V)-nitrid Aluminium in einer Menge ≤ 10 Massen-% als Brennstoff enthält.The invention is essentially based on the idea that the explosives formulation contains explosives in an amount of 37 to 67 masses, has 20 to 58 mass% phosphorus (V) nitride as the inorganic fuel and in addition to phosphorus (V) nitride Contains aluminum in an amount ≤ 10% by mass as a fuel.

Im Vergleich zu sauerstoffausbilanzierten binären pyrotechnischen Mischungen auf Basis von RP (Rot Phosphor) sind die entsprechenden, sauerstoffausbilanzierten binären pyrotechnischen Mischungen auf Basis von Phosphor(V)-nitrid nicht reibempfindlich [ E. C.Koch, S. Cudzilo, Phosphor(V)-nitrid macht pyrotechnischen Tarnnebel sicherer, Angew. Chem. 2016, 128, 15665-15668 ]. Ebenso ist die Schlagempfindlichkeit deutlich reduziert. Entsprechend wurde mit der DE 10 2016 103 810 B3 die Verwendung von Phosphor(C'V)-nitrid in pyrotechnischen Nebelsätzen vorgeschlagen.Compared to oxygen balanced binary pyrotechnic mixtures based on RP (red phosphorus), the corresponding oxygen balanced binary pyrotechnic mixtures based on phosphorus (V) nitride are not sensitive to friction [ ECKoch, S. Cudzilo, Phosphorus (V) nitride makes pyrotechnic camouflage fog safer, Angew. Chem. 2016, 128, 15665-15668 ]. The impact sensitivity is also significantly reduced. Accordingly, the DE 10 2016 103 810 B3 proposed the use of phosphorus (C'V) nitride in pyrotechnic smoke systems.

Während bei Verwendung von Phosphor(V)-nitrid in pyrotechnischen Tarnnebeln die reduzierte Aerosolausbeute von 57% (Phosphoranteil in Phosphor(V)-nitrid) im Vergleich zu den entsprechenden RP-haltigen pyrotechnischen Tarnnebeln deren praktische Eignung in Munitionen limitiert, leistet der, bei der im vorliegenden Fall zu betrachtenden detonativen Anregung auftretende, schlagartige Zerfall des Phosphor(V)-nitrids in gasförmige Produkte (Distickstoff und hochreaktives P₂-Gas) einen Beitrag zur Druck- / Volumenarbeit der Sprengstoffmischung. Phosphor(V)-nitrid hat mit knapp 43% einen höheren Stickstoffanteil als RDX, HMX (beide 37,8%) oder CL-20 (38,4%). Metallpulver hingegen erhöhen nur den thermodynamischen Energiegehalt der Sprengstoff-Formulierung. Die bei der detonativen Umsetzung erzeugten Metalloxide leisten keinen Beitrag zur Druck- / Volumenarbeit.While the use of phosphorus (V) nitride in pyrotechnic camouflage nebulae limits their practical suitability in ammunition, the reduced aerosol yield of 57% (phosphorus content in phosphorus (V) nitride) compared to the corresponding RP-containing pyrotechnic camouflage nebulae limits their practical suitability in ammunition The sudden breakdown of phosphorus (V) nitride into gaseous products (dinitrogen and highly reactive P ₂ gas) contributes to the pressure / volume work of the explosive mixture. At almost 43%, phosphorus (V) nitride has a higher nitrogen content than RDX, HMX (both 37.8%) or CL-20 (38.4%). Metal powders, on the other hand, only increase the thermodynamic energy content of the explosives formulation. The metal oxides generated during detonation do not contribute to the pressure / volume work.

Bei Verwendung von Phosphor(V)-nitrid (P₃N₅) entfällt das bei Metallpulvern latente Problem der eine schnelle Umsetzung inhibierenden Oxidschichten.When using phosphorus (V) nitride (P ₃ N ₅ ), the problem of oxide layers which inhibit rapid conversion, which is latent in metal powders, is eliminated.

In Analogie zu den pyrotechnischen Mischungen sollte die hier vorgeschlagene Sprengstoff-Formulierung mit Phosphor(V)-nitrid auch bei niedrigem Bindergehalt (<12%) vergleichsweise insensitiv und unter Normalbedingungen stabil gegen Wasser/Feuchtigkeit sein. Es wird eingeschätzt, dass Sprengstoff- Formulierungen mit Sprengstoff in einer Menge von 37 bis 67 Massen-% und Bindemittel in einer Menge von 2 bis 10 Massen-%, hierfür ausreichend sind.In analogy to the pyrotechnic mixtures, the explosive formulation with phosphorus (V) nitride proposed here should be comparatively insensitive and stable to water / moisture under normal conditions even with a low binder content (<12%). It is estimated that explosive formulations with explosives in an amount of 37 to 67 mass% and binders in an amount of 2 to 10 mass% are sufficient for this.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthalten die Sprengstoff-Formulierungen zusätzlich zum Phosphor(V)-nitrid auch Aluminium in einer Menge ≤ 10 (0-10) Massen-% als Brennstoff. Dabei wird der Aluminiumanteil derart gewählt, dass die dabei freigesetzte Energie die negative Bildungsenthalpie des Phosphor(V)-nitridanteils kompensiert.In an advantageous embodiment of the invention, the explosive formulations contain, in addition to phosphorus (V) nitride, aluminum in an amount of 10 (0-10) mass% as fuel. The aluminum content is selected in such a way that the energy released in the process compensates for the negative enthalpy of formation of the phosphorus (V) nitride content.

Je nach Sauerstoffbilanz der hier Sprengstoff- Formulierungen werden bei der detonativen Umsetzung mit dem im Sprengstoff enthaltenen Sauerstoff zunächst Tetraphosphorhexaoxid (P₄O₆) und / oder Tetraphosphordecaoxid (P₄O₁₀) gebildet. Entsprechend beträgt das molekulare Phosphor-Sauerstoff-Verhältnis (P/O-Verhältnis) mindesten 2 zu 3, vorzugsweise jedoch 2 zu 5.Depending on the oxygen balance of the explosive formulations here, tetraphosphorus hexaoxide (P ₄ O ₆ ) and / or tetraphosphorodecaoxide (P ₄ O ₁₀ ) are initially formed in the detonative reaction with the oxygen contained in the explosive. Correspondingly, the molecular phosphorus-oxygen ratio (P / O ratio) is at least 2 to 3, but preferably 2 to 5.

Vorgeschlagen wird eine leistungsgesteigerte Sprengstoff-Formulierung auf Basis einer Abmischung aus mindesten einem kommerziell verfügbaren Sprengstoff, mindestens Phosphor(V)-nitrid als Brennstoff und einem Binder. Schließlich können auch weitere Hilfsstoffe, wie beispielsweise Graphit, ein Weichmacher etc. verwendet werden. Um also eine leistungsgesteigerte Sprengstoff-Formulierung auf Basis einer Abmischung aus mindestens einem kommerziell verfügbaren Sprengstoff, wie HMX, CL-20, PETN, Tetryl, TATB, TNT oder HNS, einem anorganischen Brennstoff und einem Binder zu erhalten, schlägt die Erfindung vor, dass der Sprengstoff in einer Menge von 37 bis 67 Massen-% und als anorganischen Brennstoff mindestens Phosphor(V)-nitrid in einer Menge von 20 bis 58 Massen-% als Brennstoff und zusätzlich zum Phosphor(V)-nitrid Aluminium in einer Menge ≤ 10 Massen-% als Brennstoff enthält.The proposal is for an explosive formulation with increased performance based on a mixture of at least one commercially available explosive, at least phosphorus (V) nitride as fuel and a binder. Finally, other auxiliaries, such as graphite, a plasticizer, etc., can also be used. In order to obtain an explosive formulation with enhanced performance based on a mixture of at least one commercially available explosive such as HMX, CL-20, PETN, Tetryl, TATB, TNT or HNS, an inorganic fuel and a binder, the invention proposes that the explosives in an amount of 37 to 67 mass% and as an inorganic fuel at least phosphorus (V) nitride in an amount of 20 to 58 mass% as fuel and in addition to the phosphorus (V) nitride aluminum in an amount ≤ 10 Contains% by mass as fuel.

Anwendungsgegenstand einer derartigen Sprengstoff- Formulierung können sogenannte Blast-Granaten sein. Diese erzielen eine höhere Blastwirkung als beispielsweise HE-Granaten mit Metallpulvern.The subject of such an explosive formulation can be so-called blast grenades. These achieve a higher blast effect than, for example, HE grenades with metal powders.

Bei einem 1. Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Sprengstoff-Formulierung folgende Mischung auf: Sprengstoff: RDX 59,4 Massen-% Brennstoff: Phosphor(V)-nitrid 34,9 Massen-% Bindemittel: Viton 4,7 Massen-% Zusatzstoff: Graphit 0,9 Massen-% In a first exemplary embodiment, the explosives formulation according to the invention has the following mixture: Explosive: RDX 59.4 mass% Fuel: Phosphorus (V) nitride 34.9 mass% Binder: Viton 4.7 mass% Additive: graphite 0.9 mass%

Bei einem 2. Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Sprengstoff-Formulierung folgende Mischung auf: Sprengstoff: RDX 50,4 Massen-% Brennstoff: Phosphor(V)-nitrid 38,6 Massen-% Aluminiumpulver 5,3 Massen-% Bindemittel: Viton 4,7 Massen-% Zusatzstoff: Graphit 0,9 Massen-%. In a second exemplary embodiment, the explosives formulation according to the invention has the following mixture: Explosive: RDX 50.4 mass% Fuel: Phosphorus (V) nitride 38.6 mass% Aluminum powder 5.3 mass% Binder: Viton 4.7 mass% Additive: graphite 0.9 mass%.

Claims

Explosive formulation, with at least one explosive from the group RDX, HMX, CL-20, PETN, Tetryl, TATB, TNT or HNS, at least one inorganic fuel and a binder, characterized in that the explosive formulation • explosives in an amount of 37 to 67 mass% and • as an inorganic fuel at least phosphorus (V) nitride in an amount of 20 to 58 mass% as fuel and • in addition to phosphorus (V) nitride aluminum in an amount Contains <10% by mass as fuel.

Explosives formulation according to Claim 1 , characterized in that it contains binders in an amount of 2 to 10 mass%.

Explosives formulation according to Claim 1 or 2 , characterized in that the molecular phosphorus-oxygen ratio is at least 2 to 3.

Explosives formulation according to Claim 3 , characterized in that the molecular phosphorus-oxygen ratio is 2 to 5.

Explosives formulation according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that it contains further auxiliaries.

Explosives formulation according to Claim 5 , characterized in that the auxiliaries are graphite and / or a plasticizer.

Grenade with an explosives formulation according to one of the Claims 1 until 6th .

Grenade after Claim 7 , characterized in that the grenade is a blast grenade.