DE102019001088A1

DE102019001088A1 - Verfahren zur Phlegmatisierung sensitiver Explosivstoffe basierend auf einer Beschichtung

Info

Publication number: DE102019001088A1
Application number: DE102019001088.4A
Authority: DE
Inventors: Jakob Breiner; Thomas Meinicke
Original assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Current assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Priority date: 2019-02-14
Filing date: 2019-02-14
Publication date: 2020-08-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zwei-Komponenten Sprengstoffes, sowie einen beschichteten Sprengstoff, bei dem ein erster Sprengstoff mit einem zweiten Sprengstoff beschichtet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zwei-Komponenten Sprengstoffes, sowie einen beschichteten Sprengstoff, bei dem ein erster Sprengstoff mit einem zweiten Sprengstoff beschichtet ist.
Hochleistungs-Sprengstoffe wie z. B. CL-20 sind äußerst sensitiv, was deren Verwendung stark einschränkt. Die bisherige Phlegmatisierung durch die Erhöhung des Binderanteils führt dabei zu einer so starken Leistungseinbuße, dass z.B. der Einsatz HMX (1,3,5,7-Tetranitro-1,3,5,7-tetrazoctan) basierter Sprengstoffe bisher sinnvoller war. Im Rahmen von Neuentwicklungen (z. B. Hohlladungen mit 10-Kalibern Durchschlagsleistung) stoßen die HMX Sprengstoffe jedoch an ihre physikalischen Grenzen. Daher besteht ein Bedarf an einer Phlegmatisierung ohne massive Leistungsabstriche für eine direkte Leistungssteigerung möglicher künftiger Gefechtskopfsysteme.
Die Erfinder haben ein Verfahren, entwickelt, bei denen Zwei-Komponenten Sprengstoffe hergestellt werden, welche ein verbessertes Explosivverhalten bei gleichzeitig ausreichender Sensitivität aufweisen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich daher auf ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, einen beschichteten Sprengstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 9, sowie einen Sprengkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Insbesondere kann der erfindungsgemäße beschichtete Sprengstoff durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Die Ausgestaltungen und Weiterbildungen in den Patentansprüchen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt istjeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch eine Apparatur, mit deren Hilfe ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann.
Definitionen
Zunächst sollen im Kontext der vorliegenden Patentanmeldung die folgenden Begriffe wie folgt verstanden werden:

So nicht anderweitig definiert haben hierin verwendete technische und wissenschaftliche Ausdrücke dieselbe Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Fachgebiet der Erfindung gemeinhin verstanden wird.

Mengenangaben im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Gew.%, soweit nicht anderweitig angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich ist.
In der vorliegenden Erfindung wird ein erster Sprengstoff mit einem zweiten Sprengstoff beschichtet. Der erste Sprengstoff ist hierbei ein Sprengstoff, der sensitiv ist und somit in seiner alleinigen Verwendung eingeschränkt. Die hohe Sensitivität des Sprengstoffs lässt sich hierbei anhand der hohen Reibeempfindlichkeit und/oder der hohen Schlagempfindlichkeit erkennen. Hierbei kann die Reibeempfindlichkeit beispielsweise gemäß STANAG 4487 (2009) und die Schlagempfindlichkeit beispielsweise gemäß STANAG 4489 (1999) bestimmten, wobei dem Fachmann die entsprechenden Werte bekannt sind. Beispielsweise weist RDX eine Reibeempfindlichkeit von 120 N und eine Schlagempfindlichkeit von 7,5 Nm auf (nach Mil-DTL-398 D; Quelle: I-RDX Datenblatt Fa. Eurenco).
Ebenso sind die entsprechenden Werte auch für den zweiten Sprengstoff bekannt, und können ebenfalls gemäß den beiden genannten Methoden bestimmt werden, also die Reibeempfindlichkeit beispielsweise gemäß STANAG 4487 (2009) und die Schlagempfindlichkeit beispielsweise gemäß STANAG 4489 (1999).
Die Reibeempfindlichkeiten und/oder Schlagempfindlichkeiten werden hierbei insbesondere für Pulver des ersten bzw. zweiten Sprengstoffs erzielt mit jeweils einem mittleren Partikeldurchmesser von 10 bis 200 µm, bevorzugt 15 bis 100 µm, weiter bevorzugt 20 bis 80 µm, noch weiter bevorzugt 30 bis 60 µm und insbesondere 40 bis 50 µm.
Der erste Sprengstoff zeichnet sich zudem durch eine hohe Detonationsgeschwindigkeit aus und ist insbesondere in Hochleistungssprengstoff. Auch die Detonationsgeschwindigkeiten von Sprengstoffen sind dem Fachmann bekannt und können beispielsweise gemäß STANAG 4363 (2016) bestimmt werden. Vorteilhaft ist der erste Sprengstoff praktisch nicht wasserlöslich, also mit einer Löslichkeit in Wasser von weniger als 0,1 g/L, und ist insbesondere in Wasser unlöslich.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Zwei-Komponenten Sprengstoffes, umfassend, in dieser Reihenfolge:

- Bereitstellen eines ersten Sprengstoffes mit einer Detonationsgeschwindigkeit von mehr als 7500 m/s, bevorzugt von mehr als 8000 m/s, sowie einer Reibeempfindlichkeit von weniger als 200 N, bevorzugt von weniger als 180 N, und/oder einer Schlagempfindlichkeit von weniger als 20 Nm;
- Bereitstellen eines zweiten Sprengstoffs mit einer Reibeempfindlichkeit von mehr als 300N, bevorzugt von mehr als 350 N, und/oder einer Schlagempfindlichkeit von mehr als 20 Nm;
- Befüllen eines Behälters mit dem zweiten Sprengstoff sowie Zugabe von Wasser zur Herstellung einer ersten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs, ggf. unter Erwärmung, oder Befüllen des Behälters mit Wasser sowie Zugabe es zweiten Sprengstoffs zur Herstellung einer ersten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs, oder Befüllen des Behälters mit einer ersten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs, und ggf. Erwärmung;
- Einbringen des ersten Sprengstoffs in den Behälter und Durchmischung mit der ersten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs zur Herstellung einer Suspension;
- Erwärmen der Suspension, ggf. unter Unterdruck, zur teilweisen Verdampfung von Wasser;
- ggf. Zugabe einer zweiten, bevorzugt gesättigten, wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs unter Beibehaltung der Durchmischung für eine definierte Zeit, besonders bevorzugt derart, dass im Behälter ein im Wesentlichen konstanter Füllstand gehalten wird;
- ggf. Stoppen der Zugabe der zweiten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs unter Beibehalten der Durchmischung und Erwärmung;
- Reduzierung des Wasseranteils im Behälter auf einen definierten Grenzwert;
- Entnahme des mit dem zweiten Sprengstoff beschichteten ersten Sprengstoffs aus dem Behälter, beispielsweise durch Abgießen und Filterung; und
- optional Trocknung des mit dem zweiten Sprengstoff beschichteten ersten Sprengstoffs.

Da der zweite Sprengstoff im erfindungsgemäßen Verfahren zur Beschichtung genutzt wird, kann er auch als Beschichtungssprengstoff bezeichnet werden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren ist das Bereitstellen des ersten Sprengstoffes mit einer Detonationsgeschwindigkeit von mehr als 7500 m/s, bevorzugt von mehr als 8000 m/s, sowie einer Reibeempfindlichkeit von weniger als 200 N, bevorzugt von weniger als 180 N, und/oder einer Schlagempfindlichkeit von weniger als 20 Nm nicht besonders beschränkt. Dieser kann beispielsweise als solcher vorliegen, oder beispielsweise als Suspension in einem geeigneten hydrophilen Lösungsmittel, insbesondere Wasser. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird der erste Sprengstoff als Suspension in Wasser bereitgestellt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird der erste Sprengstoff als solcher, also „trocken“, hinzugegeben.
Auch ist das Bereitstellen des zweiten Sprengstoffs mit einer Reibeempfindlichkeit von mehr als 300N, bevorzugt von mehr als 350 N, und/oder einer Schlagempfindlichkeit von mehr als 20 Nm nicht besonders beschränkt. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass der zweite Sprengstoff auch ein Sprengstoff ist, also eine chemische Verbindung oder eine Mischung chemischer Verbindungen ist, die unter bestimmten Bedingungen sehr schnell reagieren und dabei eine relativ große Energiemenge in Form einer Druckwelle (oft mit Hitzeentwicklung) freisetzen (Detonation) kann. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Reaktion innerhalb des Sprengstoffes ausbreitet, liegt dabei über der innerstofflichen Schallgeschwindigkeit. Der zweite Sprengstoff kann beispielsweise als Pulver, Paste (z.B. mit Wasser vermengt), etc. oder als wässrige Lösung bereitgestellt werden.
Ebenfalls ist das Befüllen des Behälters mit dem zweiten Sprengstoff sowie die Zugabe von Wasser zur Herstellung einer ersten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs, ggf. unter Erwärmung, oder das Befüllen des Behälters mit Wasser sowie Zugabe es zweiten Sprengstoffs zur Herstellung einer ersten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs, ggf. unter Erwärmung, oder das Befüllen des Behälters mit einer ersten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs und ggf. Erwärmung, nicht besonders beschränkt. Je nach Bereitstellung des zweiten Sprengstoffs kann also unterschieden werden in einen Fall, in dem der zweite Sprengstoff nicht als wässrige Lösung bereitgestellt wird, wo er zunächst in den Behälter eingebracht wird und dann in dem Behälter eine wässrige Lösung durch Wasserzugabe hergestellt wird, ggf. unter Erwärmung, einen Fall, in dem im Behälter eine Lösung hergestellt wird nach Vorlage von Wasser, ggf. unter Erwärmung, und in einen Fall, in dem der zweite Sprengstoff direkt als wässrige Lösung bereitgestellt wird und der Behälter mit der Lösung befüllt wird und die wässrige Lösung ggf. erwärmt wird. Die erste wässrige Lösung des zweiten Sprengstoffs, wie auch die ggf. zweite wässrige Lösung des zweiten Sprengstoffs oder auch andere wässrige Lösungen des zweiten Sprengstoffs, die im erfindungsgemäßen Verfahren Anwendung finden, umfassen als Lösungsmittel bevorzugt nur Wasser. Es ist jedoch auch möglich, dass ggf. noch Alkohole und/oder Kohlenwasserstoffe zugegeben werden, welche nicht besonders beschränkt sind, insofern sich der erste Sprengstoff in solchen gemischten Lösungsmitteln im Wesentlichen nicht löst oder nicht löst.
Es ist erfindungsgemäß nicht ausgeschlossen, dass zum zweiten Sprengstoff auch Haftvermittler zugegeben werden, welche nicht besonders beschränkt sind. Gemäß bestimmten Ausführungsformen werden jedoch keine Haftvermittler zugegeben. Gemäß bestimmten Ausführungsformen werden nur der erste Sprengstoff und der zweite Sprengstoff sowie Lösungsmittel vermischt.
Durch ein Erwärmen der wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs kann zum einen die spätere Durchmischung mit dem ersten Sprengstoff verbessert werden, zum anderen kann auch hierdurch bereits eine Konzentration des zweiten Sprengstoffs nahe der Sättigungskonzentration, beispielsweise auch der Sättigungskonzentration, in Wasser, hergestellt werden. Hierdurch wird die Beschichtung des ersten Sprengstoffs mit dem zweiten Sprengstoff beschleunigt. Insbesondere wenn der erste Sprengstoff als wässrige Suspension eingebracht wird, kann hierdurch auch eine Verdünnung der wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs verringert werden, sodass eine schnelle Beschichtung des ersten Sprengstoffs mit dem zweiten Sprengstoff erfolgen kann. Beim Erwärmen sollte jedoch ein Auskristallisieren des zweiten Sprengstoffs möglichst vermieden werden, da dadurch sonst eine Konkurrenzreaktion zur Beschichtung des ersten Sprengstoffs erfolgen kann, indem Kristalle des zweiten Sprengstoffs als Kristallisationskeime wirken. Zur Erzeugung einer geeigneten Konzentration des zweiten Sprengstoffs in der wässrigen Lösung kann hierbei auch für eine geeignete Zeit auf eine Temperatur erhitzt werden ist, die höher ist als die Temperatur, die im späteren Schritt des Erwärmens der Suspension, ggf. unter Unterdruck, zur teilweisen Verdampfung von Wasser eingestellt wird, um Wasser aus der Lösung abzudampfen, insofern sichergestellt wird, dass vor dem Einbringen des ersten Sprengstoffs die Temperatur im Behälter wieder auf eine Temperatur unter der Temperatur im späteren Schritt des Erwärmens der Suspension, ggf. unter Unterdruck, zur teilweisen Verdampfung von Wasser eingestellt wird, oder maximal der Temperatur in diesem späteren Schritt, sodass in diesem späteren Schritt dann das Erwärmen nur durchgeführt werden muss, um die Temperatur zu halten.
Das Einbringen des ersten Sprengstoffs in den Behälter und die Durchmischung mit der ersten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs zur Herstellung einer Suspension ist ebenfalls nicht besonders beschränkt. Bevorzugt erfolgt das Einbringen des ersten Sprengstoffs jedoch, bevor eine Sättigungskonzentration des zweiten Sprengstoffs in der wässrigen Lösung erfolgt, oder spätestens wenn eine Sättigungskonzentration erreicht wird. Wie oben dargelegt kann der erste Sprengstoff als solcher oder aber beispielsweise als Suspension eingebracht werden. Beim Einbringen einer Suspension können hierbei Probleme durch den Umgang mit dem sensitiven Sprengstoff verringert werden.
Die Durchmischung kann auf geeignete Weise erfolgen, insbesondere jedoch unter Vermeidung von Rührern und anderen festen Vermischungseinrichtungen, welche mit dem ersten Sprengstoff in Berührung kommen können. Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt das Durchmischen unter Zuhilfenahme von Vibration und/oder Ultraschall. Hierbei sind die Vibration und/oder der Ultraschall nicht besonders beschränkt, und können beispielsweise durch geeignete Vorrichtungen außerhalb des Behälters erzeugt werden.
Das Erwärmen der Suspension, ggf. unter Unterdruck, zur teilweisen Verdampfung von Wasser ist ebenfalls nicht besonders beschränkt. Hierbei kann eine Erwärmung beispielsweise über geeignete Heizeinrichtungen außerhalb des Behälters erfolgen.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt die Erwärmung auf eine Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des sensitiveren Sprengstoffes und/oder eine Temperatur bis zu weniger als 150°C, bevorzugt weniger als 120°C, z.B. weniger als 100° und/oder mehr als 70°C, bevorzugt mehr als 80°C. Die Zersetzungstemperaturen der Sprengstoffe sind hierbei dem Fachmann bekannt. Bevorzugt erfolgt die Erwärmung auf eine Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des sensitiveren Sprengstoffes, also des ersten und/oder zweiten Sprengstoffs. Während natürlich ein Abdampfen von Wasser bei Temperaturen von 100°C und mehr leicht vonstattengehen kann, ist jedoch bei niedrigeren Zersetzungstemperaturen mindestens eines des ersten und zweiten Sprengstoffs ein Zersetzen der Sprengstoffe zu vermeiden. Zudem kann bereits bei Temperaturen von 70°C und mehr, bevorzugt 80°C und mehr, bereits ein ausreichender Dampfdruck von Wasser vorliegen kann, sodass beispielsweise bei einer Konzentration des zweiten Sprengstoffs nahe oder bei der Sättigungskonzentration in Wasser ein Beschichten des ersten Sprengstoffs rasch erfolgen kann.
Das ggf. Erzeugen eines Unterdrucks ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise durch geeignete Pumpen erfolgen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt das Erwärmen im Schritt des Erwärmens der Suspension, ggf. unter Unterdruck, zur teilweisen Verdampfung von Wasser unter Anlegen eines Vakuums, bevorzugt von weniger als 300 mbar, weiter bevorzugt von weniger als 100 mbar, insbesondere bevorzugt von 35 mbar oder weniger. Durch das Anlegen eines Vakuums kann insbesondere die Erwärmungstemperatur herabgesetzt werden, sodass auch Sprengstoffe, welche sich bei niedrigen Temperaturen zersetzten, wie beispielsweise CL-20 mit einer Zersetzungstemperatur von 95°C, noch gut erwärmt werden und immer noch eine ausreichende Entfernung von Wasser erfolgt.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann dann gemäß bestimmten Ausführungsformen eine Zugabe einer zweiten, bevorzugt gesättigten, wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs unter Beibehaltung der Durchmischung für eine definierte Zeit, besonders bevorzugt derart, dass im Behälter ein im Wesentlichen konstanter Füllstand gehalten wird, erfolgen. Diese ist nicht besonders beschränkt. Durch die weitere Zugabe von wässriger Lösung des zweiten Sprengstoffs kann hierbei eine dickere Beschichtung des ersten Sprengstoffs erfolgen. Zudem kann hierdurch ein geeigneter Füllstand im Behälter beibehalten werden, sodass ein Wärmeeintrag durch die Erwärmung geeignet gesteuert werden kann und/oder der ggf. erzeugte Unterdruck auf einem geeigneten Level beibehalten werden kann. So die zweite, bevorzugt, gesättigte, wässrige Lösung des zweiten Sprengstoffs zugegeben wird, kann diese kontinuierlich oder diskontinuierlich zugegeben werden. Auch kann die zweite, bevorzugt gesättigte, wässrige Lösung des zweiten Sprengstoffs vor der Zugabe gegebenenfalls auf eine geeignete Temperatur erwärmt werden, beispielsweise auf die Temperatur im Behälter zum Zeitpunkt der Zugabe, um Temperaturdifferenzen zu vermeiden.
So ggf. eine Zugabe einer zweiten, bevorzugt gesättigten, wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs unter Beibehaltung der Durchmischung für eine definierte Zeit erfolgt, schließt sich daran nach Beenden der definierten Zeit ein Stoppen der Zugabe der zweiten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs unter Beibehalten der Durchmischung und Erwärmung an. Die definierte Zeit kann hierbei anhand einer gewünschten Dicke der Beschichtung des zweiten Sprengstoffs geeignet bestimmt werden, beispielsweise indem die Zeit derart eingestellt wird, dass sich eine Gesamtzugabemenge an zweitem Sprengstoff ergibt, die die erwünschte Dicke der Beschichtung ermöglicht. Diese kann einfach anhand von einfachen Mengenberechnungen sowie unter Berücksichtigung der Partikelgrößen und Menge des ersten Sprengstoffs in der Suspension bestimmt werden.
Unabhängig von einer möglichen Zugabe einer zweiten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren eine Reduzierung des Wasseranteils im Behälter auf einen definierten Grenzwert, wobei bevorzugt eine aus Sicherheitsgründen notwendige Restfeuchtigkeit vorhanden bleiben sollte, welche sich abhängig von den verwendeten Sprengstoffen unterscheiden kann. Hierdurch kann eine geeignete Enddicke der Beschichtung eingestellt werden, ohne dass das gesamte Wasser verdampft, sodass der beschichtete Sprengstoff noch als Suspension vorliegt und damit einfacher handzuhaben ist. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass im Wesentlichen das gesamte Wasser verdampft wird, der Wasseranteil also auf im Wesentlichen 0 Gew.% oder sogar 0 Gew.% reduziert wird, bevor der mit dem zweiten Sprengstoff beschichtete erste Sprengstoff aus dem Behälter entnommen wird, jedoch ist dies nicht bevorzugt.
Die Entnahme des mit dem zweiten Sprengstoff beschichteten ersten Sprengstoffs aus dem Behälter ist ebenso wenig beschränkt und kann vom Fachmann auf geeignete Weise durchgeführt werden, beispielsweise durch Abgießen und ggf. Filterung. Die entsprechenden Techniken können hierbei geeignet vom Fachmann durchgeführt werden und unterliegen keinen Beschränkungen.
So erforderlich kann der mit dem zweiten Sprengstoff beschichtete erste Sprengstoff optional noch ein- oder mehrmals gewaschen werden, beispielsweise mit Wasser oder einer, z.B. auch gesättigten, Lösung des zweiten Sprengstoffs.
Im Anschluss an die Entnahme oder ggf. eines Waschens kann der mit dem zweiten Sprengstoff beschichtete erste Sprengstoff auf geeignete Weise getrocknet werden, beispielsweise durch Luftstrom und/oder Erhitzung, beispielsweise auf eine Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des Sprengstoffs mit der niedrigsten Zersetzungstemperatur.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen liegt der erste Sprengstoff als Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 10 bis 200 µm, bevorzugt 15 bis 100 µm, weiter bevorzugt 20 bis 80 µm, noch weiter bevorzugt 30 bis 60 µm und insbesondere 40 bis 50 µm vor. Gemäß bestimmten Ausführungsformen liegt der zweite Sprengstoff als Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 10 bis 200 µm, bevorzugt 15 bis 100 µm, weiter bevorzugt 20 bis 80 µm, noch weiter bevorzugt 30 bis 60 µm und insbesondere 40 bis 50 µm vor. Durch die geeignete Auswahl der entsprechenden Partikelgrößen kann eine homogene Beschichtung auf einfache Weise erzielt werden.
Die mittleren Partikeldurchmesser bzw. die Partikelgrößen können hierzu auf geeignete Weise bestimmt werden, beispielsweise durch Laserdiffraktometrie.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen erfolgt die Beschichtung des ersten Sprengstoffs mit dem zweiten Sprengstoff mit einer Dicke von 0,05 bis 20 µm, bevorzugt 0,1 bis 15 µm, weiter bevorzugt 1 bis 10 µm, z.B. 1 bis 5 µm. Durch diese Dicke ergibt sich für den beschichteten Sprengstoff eine ausreichende Sensitivität, ohne dass die Sprengkraft des ersten Sprengstoffs zu stark beeinträchtigt wird.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist der erste Sprengstoff ausgewählt aus Hexogen (RDX), I-RDX®, Oktogen (HMX), Hexanitroisowurtzitan (CL-20), Oktanitrocuban (ONC), Pentaerythrityltetranitrat (PETN), Fox-7 (1,1-Diamino-2,2-dinitroethylen), Fox-12, TKK-50, Triaminotrinitrobenzol (TATB), Trinitroazetidin (TNAZ), Hydrazinnitrat, und/oder Nitrocellulose, bevorzugt RDX, I-RDX®, HMX, CL-20, ONC, PETN, Fox-7, Fox-12, TKK-50, TNAZ, und/oder Hydrazinnitrat, e, weiter bevorzugt CL-20, RDX, I-RDX®, HMX, PETN, und/oder Fox-7, noch weiter bevorzugt CL-20, RDX, I-RDX®, und/oder HMX, besonders bevorzugt CL-20, RDX und/oder HMX.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist der zweite Sprengstoff ausgewählt aus Nitrotriazolon (NTO) und/oder Nitroguanidin (NQ) und/oder Ammoniumnitrat und/oder Ammoniumpikrat und/oder Ethylendinitramin (EDNA), und ist beispielsweise NTO, NQ und/oder Ammoniumnitrat.
Es ergeben sich also beispielsweise die folgenden Kombinationen von erstem und zweitem Sprengstoff: RDX und NTO; RDX und NQ; RDX und Ammoniumnitrat; RDX und Ammoniumpikrat; RDX und EDNA; I-RDX® und NTO; I-RDX® und NQ; I-RDX® und Ammoniumnitrat; I-RDX® und Ammoniumpikrat; I-RDX® und EDNA; HMX und NTO; HMX und NQ; HMX und Ammoniumnitrat; HMX und Ammoniumpikrat; HMX und EDNA; CL-20 und NTO; CL-20 und NQ; CL-20 und Ammoniumnitrat; CL-20 und Ammoniumpikrat; CL-20 und EDNA; ONC und NTO; ONC und NQ; ONC und Ammoniumnitrat; ONC und Ammoniumpikrat; ONC und EDNA; PETN und NTO; PETN und NQ; PETN und Ammoniumnitrat; PETN und Ammoniumpikrat; PETN und EDNA; Fox-7 und NTO; Fox-7 und NQ; Fox-7 und Ammoniumnitrat; Fox-7 und Ammoniumpikrat; Fox-7 und EDNA; Fox-12 und NTO; Fox-12 und NQ; Fox-12 und Ammoniumnitrat; Fox-12 und Ammoniumpikrat; Fox-12 und EDNA; TKK-50 und NTO; TKK-50 und NQ; TKK-50 und Ammoniumnitrat; TKK-50 und Ammoniumpikrat; TKK-50 und EDNA; TATB und NTO; TATB und NQ; TATB und Ammoniumnitrat; TATB und Ammoniumpikrat; TATB und EDNA; TNAZ und NTO; TNAZ und NQ; TNAZ und Ammoniumnitrat; TNAZ und Ammoniumpikrat; TNAZ und EDNA; Hydrazinnitrat und NTO; Hydrazinnitrat und NQ; Hydrazinnitrat und Ammoniumnitrat; Hydrazinnitrat und Ammoniumpikrat; Hydrazinnitrat und EDNA; Nitrocellulose und NTO; Nitrocellulose und NQ; Nitrocellulose und Ammoniumnitrat; Nitrocellulose und Ammoniumpikrat; Nitrocellulose und EDNA.
Beispiele für besonders bevorzugte Kombinationen von erstem und zweitem Sprengstoff sind CL-20/ NQ, CL-20/NTO, RDX/NQ, RDX/NTO, HMX/NTO, und/oder HMX/NQ.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen beschichteten Sprengstoff, wobei ein erster Sprengstoff mit einem zweiten Sprengstoff beschichtet ist, umfassend:

mindestens einen Partikel eines ersten Sprengstoffs mit einer Detonationsgeschwindigkeit von mehr als 7500 m/s, bevorzugt von mehr als 8000m/s, sowie einer Reibeempfindlichkeit von weniger als 200 N, bevorzugt von weniger als 180 N,
und/oder einer Schlagempfindlichkeit von weniger als 20 Nm, und
eine Beschichtung des ersten Sprengstoffs mit einem zweiten Sprengstoff mit einer Reibeempfindlichkeit von mehr als 300 N, bevorzugt von mehr als 350, N und/oder einer Schlagempfindlichkeit von mehr als 20 Nm, wobei die Oberfläche der Partikel des ersten Sprengstoffs vollständig mit dem zweiten Sprengstoff beschichtet ist.

Insbesondere kann der erfindungsgemäße beschichtete Sprengstoff durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden. Entsprechend ergeben sich für die oben genannten Ausgestaltungen zum Verfahren auch entsprechende Ausgestaltungen sinngemäß für den beschichteten Sprengstoff, so sie diesen an sich betreffen.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist die Beschichtung des ersten Sprengstoffs im Wesentlichen homogen. Insbesondere ist der erste Sprengstoff zu 100% und homogen mit dem zweiten Sprengstoff beschichtet. Eine homogene Beschichtung ermöglich hier ein gutes und gleichmäßiges Detonationsverhalten
Gemäß bestimmten Ausführungsformen weist der mindestens eine Partikel des ersten Sprengstoffs einen mittleren Partikeldurchmesser von 10 bis 200 µm, bevorzugt 15 bis 100 µm, weiter bevorzugt 20 bis 80 µm, noch weiter bevorzugt 30 bis 60 µm und insbesondere 40 bis 50 µm auf. Mit diesem Partikeldurchmesser kann eine gute und schnelle Beschichtung erfolgen, und die Detonation effektiv durchgeführt werden.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen weist die Beschichtung des mindestens einen Partikels des ersten Sprengstoffs mit dem zweiten Sprengstoff eine Dicke von 0,05 bis 20 µm, bevorzugt 0,1 bis 15 µm, weiter bevorzugt 1 bis 10 µm, z.B. 1 bis 5 µm, auf. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Sensitivität des beschichteten Sprengstoffs auch nach Lagerung noch geeignet ist, um beim Befüllen eines Gehäuses eines Sprengkörpers, etc. nicht zu detonieren.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist der erste Sprengstoff ausgewählt aus Hexogen (RDX), I-RDX®, Oktogen (HMX), Hexanitroisowurtzitan (CL-20), Oktanitrocuban (ONC) ), Pentaerythrityltetranitrat (PETN), Fox-7 (1,1-Diamino-2,2-dinitroethylen), Fox-12, TKK-50, Triaminotrinitrobenzol (TATB), Trinitroazetidin (TNAZ), Hydrazinnitrat, und/oder Nitrocellulose, bevorzugt RDX, I-RDX®, HMX, CL-20, ONC, PETN, Fox-7, Fox-12, TKK-50, TNAZ, und/oder Hydrazinnitrat, e, weiter bevorzugt CL-20, RDX, I-RDX®, HMX, PETN, und/oder Fox-7, noch weiter bevorzugt CL-20, RDX, I-RDX®, und/oder HMX, besonders bevorzugt CL-20, RDX und/oder HMX.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist der zweite Sprengstoff ausgewählt aus Nitrotriazolon (NTO), Nitroguanidin (NQ), Ammoniumnitrat, Ammoniumpikrat und/oder Ethylendinitramin (EDNA)), und ist beispielsweise NTO, NQ und/oder Ammoniumnitrat.
Es ergeben sich also beispielsweise die folgenden Kombinationen von erstem und zweitem Sprengstoff: RDX und NTO; RDX und NQ; RDX und Ammoniumnitrat; RDX und Ammoniumpikrat; RDX und EDNA; I-RDX® und NTO; I-RDX® und NQ; I-RDX® und Ammoniumnitrat; I-RDX® und Ammoniumpikrat; I-RDX® und EDNA; HMX und NTO; HMX und NQ; HMX und Ammoniumnitrat; HMX und Ammoniumpikrat; HMX und EDNA; CL-20 und NTO; CL-20 und NQ; CL-20 und Ammoniumnitrat; CL-20 und Ammoniumpikrat; CL-20 und EDNA; ONC und NTO; ONC und NQ; ONC und Ammoniumnitrat; ONC und Ammoniumpikrat; ONC und EDNA; PETN und NTO; PETN und NQ; PETN und Ammoniumnitrat; PETN und Ammoniumpikrat; PETN und EDNA; Fox-7 und NTO; Fox-7 und NQ; Fox-7 und Ammoniumnitrat; Fox-7 und Ammoniumpikrat; Fox-7 und EDNA; Fox-12 und NTO; Fox-12 und NQ; Fox-12 und Ammoniumnitrat; Fox-12 und Ammoniumpikrat; Fox-12 und EDNA; TKK-50 und NTO; TKK-50 und NQ; TKK-50 und Ammoniumnitrat; TKK-50 und Ammoniumpikrat; TKK-50 und EDNA; TATB und NTO; TATB und NQ; TATB und Ammoniumnitrat; TATB und Ammoniumpikrat; TATB und EDNA; TNAZ und NTO; TNAZ und NQ; TNAZ und Ammoniumnitrat; TNAZ und Ammoniumpikrat; TNAZ und EDNA; Hydrazinnitrat und NTO; Hydrazinnitrat und NQ; Hydrazinnitrat und Ammoniumnitrat; Hydrazinnitrat und Ammoniumpikrat; Hydrazinnitrat und EDNA; Nitrocellulose und NTO; Nitrocellulose und NQ; Nitrocellulose und Ammoniumnitrat; Nitrocellulose und Ammoniumpikrat; Nitrocellulose und EDNA.
Beispiele für besonders bevorzugte Kombinationen von erstem und zweitem Sprengstoff sind CL-20/ NQ, CL-20/NTO, RDX/NQ, RDX/NTO, HMX/NTO, und/oder HMX/NQ, z.B. CL-20 und NQ.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Sprengkörper, umfassend den erfindungsgemäßen beschichteten Sprengstoff zumindest in einem Gehäuse.
Für den Sprengkörper bestehen abgesehen davon, dass er den erfindungsgemäßen beschichteten Sprengstoff sowie mindestens ein Gehäuse umfasst, keine Beschränkungen. Insbesondere ist das mindestens eine Gehäuse hinsichtlich der Form, der Ausgestaltung, dem Material, etc. nicht besonders beschränkt. Auch kann der Sprengkörper weitere Bestandteile umfassen, welche üblicherweise in Sprengkörpern umfasst sind, wie Zünder, Signalempfänger, etc.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
Die Erfindung wird im Anschluss mit Bezug auf verschiedene Beispiele davon weiter im Detail erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiele
Im Folgenden wird ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Verfahren im Zusammenhang mit 1 schematisch dargestellt.
Für dieses beispielhafte Verfahren sind die folgenden Prozessschritte vorgesehen.
In einen Behälter 3, der beispielsweise als beheizbarer Mischbehälter ausgeführt sein kann, wird aus einem Vorratsbehälter 1, hier mit z.B. einem Bodenventil, eine wässrige Lösung von NTO eingeführt, bis ein bestimmter Füllstand erreicht ist. Danach wird in den Behälter 3 der zu beschichtende erste Sprengstoff 2, hier beispielsweise CL-20 oder HMX, bevorzugt CL-20, zugegeben. Der Behälter wird erwärmt und die darin vorliegende Suspension des ersten Sprengstoffs 2 in der wässrigen Lösung von NTO durchmischt. Um die Erwärmung niedriger zu halten, beispielsweise bei 70-80°C, wird über die Pumpe 4 ein Vakuum angelegt, um das Wasser bei niedrigeren Temperaturen zu verdampfen. In definierten Zeitschritten oder kontinuierlich wird aus dem Vorratsbehälter 1 weitere wässrige Lösung von NTO zugegeben, um einen annähernd konstanten Füllstand im Behälter 3 zu gewährleisten, da insbesondere bei einem Trockenlaufen oder zumindest einem Abtrocknen von mit NTO beschichteten Partikeln von CL-20 oder HMX eine Explosion auftreten kann. Sobald eine vorbestimmte Menge der wässrigen NTO-Lösung eingebracht wurde, welche einer gewünschten Beschichtungsdicke entspricht, wird der Zulauf aus dem Vorratsbehälter 1 gestoppt und der Mischprozess über einen definierten Zeitraum weitergeführt. Danach wird die verbleibende Suspension, welche den mit NTO beschichteten ersten Sprengstoff umfasst, aus dem Behälter 3 entnommen und in einen Ofen zum Trocknen gegeben.
Da NTO im Vergleich zu CL-20 oder auch HMX besser wasserlöslich ist, basiert das beispielhafte Beschichtungssystem auf dem Ausdampfen des Wassers einer wässrigen NTO-Lösung, in der sich die Sprengstoffkörner befinden. Dadurch schlägt sich das NTO an der Oberfläche der Sprengstoffkörner nieder und bildet eine insensitive Deckschicht mit guter HE-Leistung (High-Explosives) bei gleichzeitig hervorragender Insensitivität.
Durch die NTO-Beschichtung wird die Reibempfindlichkeit des Sprengstoffes auch bei geringen Schichtdicken massiv reduziert. Bei größeren Schichtdicken ist auch eine Reduzierung der Schlagempfindlichkeit zu erwarten. Dadurch ist auch die Verwendung kleinerer Partikel des ersten Sprengstoffs denkbar, was z. B. bei Hohlladungen eine weitere Leistungs- und Robustheitssteigerung mit sich bringt, z.B. für eine raue Detonationsfront.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Zwei-Komponenten Sprengstoffes, umfassend, in dieser Reihenfolge: - Bereitstellen eines ersten Sprengstoffes mit einer Detonationsgeschwindigkeit von mehr als 7500 m/s sowie einer Reibeempfindlichkeit von weniger als 200 N, bevorzugt von weniger als 180 N, und/oder einer Schlagempfindlichkeit von weniger als 20 Nm; - Bereitstellen eines zweiten Sprengstoffs mit einer Reibeempfindlichkeit von mehr als 300N, bevorzugt von mehr als 350 N, und/oder einer Schlagempfindlichkeit von mehr als 20 Nm; - Befüllen eines Behälters mit dem zweiten Sprengstoff sowie Zugabe von Wasser zur Herstellung einer ersten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs, ggf. unter Erwärmung, oder Befüllen des Behälters mit Wasser sowie Zugabe es zweiten Sprengstoffs zur Herstellung einer ersten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs, ggf. unter Erwärmung, oder Befüllen des Behälters mit einer ersten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs und ggf. Erwärmung; - Einbringen des ersten Sprengstoffs in den Behälter und Durchmischung mit der ersten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs zur Herstellung einer Suspension; - Erwärmen der Suspension, ggf. unter Unterdruck, zur teilweisen Verdampfung von Wasser; - ggf. Zugabe einer zweiten, bevorzugt gesättigten, wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs unter Beibehaltung der Durchmischung für eine definierte Zeit, besonders bevorzugt derart, dass im Behälter ein im Wesentlichen konstanter Füllstand gehalten wird; - ggf. Stoppen der Zugabe der zweiten wässrigen Lösung des zweiten Sprengstoffs unter Beibehalten der Durchmischung und Erwärmung; - Reduzierung des Wasseranteils im Behälter, bevorzugt auf einen definierten Grenzwert; - Entnahme des mit dem zweiten Sprengstoff beschichteten ersten Sprengstoffs aus dem Behälter, beispielsweise durch Abgießen und Filterung; und - optional Trocknung des mit dem zweiten Sprengstoff beschichteten ersten Sprengstoffs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Durchmischen unter Zuhilfenahme von Vibration und/oder Ultraschall erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Erwärmung im Schritt des Erwärmens der Suspension, ggf. unter Unterdruck, zur teilweisen Verdampfung von Wasser auf eine Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des sensitiveren Sprengstoffes und/oder bis zu weniger als 150°C, bevorzugt weniger als 120°C, z.B. weniger als 100°C und/oder mehr als 70°C, bevorzugt mehr als 80°C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei das Erwärmen im Schritt des Erwärmens der Suspension, ggf. unter Unterdruck, zur teilweisen Verdampfung von Wasser unter Anlegen eines Vakuums, bevorzugt von weniger als 300 mbar, weiter bevorzugt von weniger als 100 mbar, insbesondere bevorzugt von 35 mbar oder weniger, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der erste Sprengstoff als Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 10 bis 200 µm, bevorzugt 15 bis 100 µm, weiter bevorzugt 20 bis 80 µm, noch weiter bevorzugt 30 bis 60 µm und insbesondere 40 bis 50 µm vorliegt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei die Beschichtung des ersten Sprengstoffs mit dem zweiten Sprengstoff mit einer Dicke von 0,05 bis 20 µm, bevorzugt 0,1 bis 15 µm, weiter bevorzugt 1 bis 10 µm, z.B. 1 bis 5 µm, erfolgt.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der erste Sprengstoff ausgewählt ist aus Hexogen (RDX), I-RDX®, Oktogen (HMX), Hexanitroisowurtzitan (CL-20), Oktanitrocuban (ONC), Pentaerythrityltetranitrat (PETN), Fox-7 (1,1-Diamino-2,2-dinitroethylen), Fox-12, TKK-50, Triaminotrinitrobenzol (TATB), Trinitroazetidin (TNAZ), Hydrazinnitrat, und/oder Nitrocellulose.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, wobei der zweite Sprengstoff ausgewählt ist aus Nitrotriazolon (NTO), Nitroguanidin (NQ), Ammoniumnitrat, Ammoniumpikrat und/oder Ethylendinitramin (EDNA).
Beschichteter Sprengstoff, wobei ein erster Sprengstoff mit einem zweiten Sprengstoff beschichtet ist, umfassend: mindestens einen Partikel eines ersten Sprengstoffs mit einer Detonationsgeschwindigkeit von mehr als 7500 m/s sowie einer Reibeempfindlichkeit von weniger als 200 N, bevorzugt von weniger als 180 N, und/oder einer Schlagempfindlichkeit von weniger als 20 Nm, und eine Beschichtung des ersten Sprengstoffs mit einem zweiten Sprengstoff mit einer Reibeempfindlichkeit von mehr als 300 N, bevorzugt von mehr als 350, N und/oder einer Schlagempfindlichkeit von mehr als 20 Nm, wobei die Oberfläche der Partikel des ersten Sprengstoffs vollständig mit dem zweiten Sprengstoff beschichtet ist.
Beschichteter Sprengstoff nach Anspruch 9, wobei die Beschichtung des ersten Sprengstoffs im Wesentlichen homogen ist.
Beschichteter Sprengstoff nach Anspruch 9 oder 10, wobei der mindestens eine Partikel des ersten Sprengstoffs einen mittleren Partikeldurchmesser von 10 bis 200 µm, bevorzugt 15 bis 100 µm, weiter bevorzugt 20 bis 80 µm, noch weiter bevorzugt 30 bis 60 µm und insbesondere 40 bis 50 µm aufweist.
Beschichteter Sprengstoff nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Beschichtung des mindestens einen Partikels des ersten Sprengstoffs mit dem zweiten Sprengstoff eine Dicke von 0,05 bis 20 µm, bevorzugt 0,1 bis 15 µm, weiter bevorzugt 1 bis 10 µm, z.B. 1 bis 5 µm, aufweist.
Beschichteter Sprengstoff nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der erste Sprengstoff ausgewählt ist aus Hexogen (RDX), I-RDX®, Oktogen (HMX), Hexanitroisowurtzitan (CL-20), Oktanitrocuban (ONC) ), Pentaerythrityltetranitrat (PETN), Fox-7 (1,1-Diamino-2,2-dinitroethylen), Fox-12, TKK-50, Triaminotrinitrobenzol (TATB), Trinitroazetidin (TNAZ), Hydrazinnitrat, und/oder Nitrocellulose.
Beschichteter Sprengstoff nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der zweite Sprengstoff ausgewählt ist aus Nitrotriazolon (NTO), Nitroguanidin (NQ), Ammoniumnitrat, Ammoniumpikrat und/oder Ethylendinitramin (EDNA).
Sprengkörper, umfassend den beschichteten Sprengstoff nach einem der Ansprüche 9 bis 14 zumindest in einem Gehäuse.