DE10210515A1

DE10210515A1 - Kunststoffgebundener gießbarer Sprengstoff

Info

Publication number: DE10210515A1
Application number: DE2002110515
Authority: DE
Inventors: Willibald Schmid; Helmut Spaeth; Wolfgang Pfau; Volker Komanschek
Original assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Current assignee: TDW Gesellschaft fuer Verteidigungstechnische Wirksysteme mbH
Priority date: 2002-03-09
Filing date: 2002-03-09
Publication date: 2003-09-25
Also published as: EP1342704A2; EP1342704A3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen kunststoffgebundenen gießbaren Sprengstoff mit einem Gewichtsanteil von 82 bis 95% eines Granulats eines Hochleistungssprengstoffes und einem Gewichtsanteil von 5 bis 18% eines aushärtbaren fließfähigen Bindemittels auf Silikonbasis, welches bis zu einem Gewichtsanteil von 60% einen Weichmacher auf der Basis von Silikonöl enthält.

Description

Die Erfindung betrifft einen kunststoffgebundenen gießbaren Sprengstoff. Ähnliche Sprengstoffe sind im Bereich der Munitionen für Waffensysteme seit einiger Zeit bekannt, da die modernen Waffensysteme ständig wachsende Anforderungen an die verwendeten Sprengstoffe stellen.
Neben der hohen Leistung, die zur Anwendung bei harten technischen Zielen notwendig ist, wird auch eine geringe Empfindlichkeit angestrebt, da hierdurch eine geringere Wahrscheinlichkeit der ungewollten Auslösung im Fall von Beschuss oder Brand zu erwarten ist.

Seit langem bekannt sind pressbare Sprengstoffe, bei denen die Bestandteile des Granulats mit einem Kunststoffbinder ummantelt sind. Weniger empfindlich als die gepressten Sprengstoffe sind die gießbaren Sprengstoffe, die gewöhnlich einen nicht unerheblichen Anteil inerten Binders enthalten, wodurch letztlich die Leistungswerte sinken. Aus der DE 43 24 739 ist beispielsweise ein gießbarer kunststoffgebundener Sprengstoff bekannt geworden, der als Weichmacher ein Ester einer Monocarbonsäure enthält. Als Binder werden in der Regel Kunststoffe verwendet, wie beispielsweise Polyurethan-, Polyacrylat-, oder Polyacrylnitril-Harze. Derartige gießfähige Sprengstoff weisen aber auch Nachteile auf. Hervorzuheben sind hierbei die begrenzte Verarbeitungszeit und der giftige Härter, der besondere Schutzmaßnahmen bei der Verarbeitung erforderlich macht.

Ein weiterer Lösungsansatz ist in der EP 0 316 991 A2 beschrieben. Demnach werden 55 bis 90 Gew.-% eines teilchenförmigen Hochleistungssprengstoffes mit 10 bis 45 Gew.-% eines zu fester Form aushärtbaren fließfähigen Bindemittels gemischt. Letzteres zeichnet sich durch einen besonders hohen Fluorgehalt aus. Es entfällt hierbei jedoch die Einflussmöglichkeit auf die Viskosität des gießfähigen Sprengstoff-Binder-Gemisches und auf die mechanischen Eigenschaften des ausgehärteten Produkts.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gießbaren Sprengstoff hoher Leistung zu entwickeln, dessen Binderbestandteile gesundheitlich unbedenklich sind, der als gießfähige Fertigmischung bei Raumtemperatur über längere Zeit verarbeitungsfähig bleibt und dessen mechanische Eigenschaften nach erfolgter Aushärtung den heute aktuellen Anforderungen genügen und der thermisch unempfindlicher als die bisher verwendeten Sprengstoffe ist.

Die Aufgabe wird in einfacher Weise durch den in Anspruch 1 beschriebenen Sprengstoff und das in Anspruch 7 wiedergegebene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweils nachgeordneten Ansprüchen zu entnehmen.

Der auf die vorgeschlagene Weise hergestellte Sprengstoff weist eine Reihe von Vorteilen auf. Bei Verwendung eines Binders auf der Basis von Silikonharz kann auf besondere Schutzmaßnahmen bei der Verarbeitung verzichtet werden. Silikonbinder stellt kein Gefahrgut dar. Der hierbei verwendete Härter ist nicht gesundheitsschädlich. Somit kann der bisher übliche Atemschutz bei der Verarbeitung entfallen. Die Mischung der Binderkomponenten erfolgt bei Raumtemperatur, somit ergeben sich hieraus Einsparungen an Zeit und Energie.

Das Gießen des fließfähigen Sprengstoff-/Binder-/Weichmacher-Gemisches erfolgt ebenfalls bei Raumtemperatur. Da das Gemisch bei dieser Temperatur nur sehr langsam reagiert, können Topfzeiten oder Lagerzeiten von mehreren Tagen bis einigen Wochen genutzt werden. Deshalb können in der Regel größere Mengen angesetzt werden, die dann nach und nach verarbeitet werden.

Die Aushärtung wird erst durch Erwärmen auf bis zu 120°C beschleunigt. Die Endhärte wird dann relativ schnell erreicht. An der Stelle von Aushärtezeiten von mehr als einem Tag bei Polyurethanharzen treten nun Aushärtezeiten von deutlich weniger als einem Tag. Da der Verarbeitungsaufwand sich auf fast die Hälfte bisher üblicher Werte senken lässt, kann bei der Verwendung des vorgeschlagenen Sprengstoffes anstelle der bisherigen Sprengstoffe auch ein nicht unerheblicher wirtschaftlicher Vorteil verbucht werden.

Die in Versuchen festgestellte Selbstentzündungstemperatur liegt etwa 30-40°C höher als bei den üblichen an Polyurethan gebundenen Sprengstoffen. Somit ist ein geringeres Risiko hinsichtlich hoher Umgebungstemperaturen gegeben.

Schließlich erlaubt die Verwendung von Silikonbinder die Nutzung eines bestimmten Freiheitsgrades bei der Wahl des Mischungsverhältnisses. Da die Alterungsbeständigkeit von Silikonen besser ist als diejenige von Polyurethanen, sind auch keine Maßnahmen gegen Einflüsse durch Alterung oder durch Bewitterung notwendig.

Aufgrund der Beimischung von Silikonöl zum Binder werden folgende vorteilhafte mechanische Eigenschaften erzielt. Abhängig von dem Gewichts-%-Anteil des Weichmachers im Binder läßt sich der Härtegrad des gegossenen und ausgehärteten Sprengstoffes in einem weiten Bereich einstellen. So erzielt man mit einem Anteil von etwa 30 Gew.-% vom weichmacher einen Härte von über 70 (Shore A), bei einem Weichmacheranteil von etwa 50 Gew.-% im Binder reduziert sich dier Härte des fertigen Sprengstoffes auf Werte um 50 (Shore A). Im ähnlicher Weise läßte sich auch die gewünschte Viskosität der Giesmasse einstellen. Bei einem Weichmacher anteil von 50 bis 30 Gew.-% ergibt sich eine Viskosität der gießfähigen Masse von etwa 1000 bis 3000(Pas). Die Verwendung von Binder auf Silikonbasis ergibt darüber hinaus auch noch den von den Anwendern erwünschten Vorteil einer höheren Selbstentzündungstemperatur, die nun etwa 30-40°C über derjenigen eines Sprengstoffes mit konventionellem HTPB-Binder liegt, nämlich bei knapp unter 260°C.

Anwendungsbeispiel

Bei Raumtemperatur und unter einem Druck von weniger als 40 mbar werden 7,440 Gew.-% eines Silikonharzes (zum Beispiel Elastosil R 6225 der Firma Wacker) mit 0,138 Gew.-% eines Vernetzers (zum Beispiel Typ W der Firma Wacker) und 7,367 Gew.-% eines Silikonöls (zum Beispiel AK 35 der Firma Wacker) unter Zugabe von 0,030 Gew.-% eines Katalysators (zum Beispiel Typ OL der Firma Wacker und von 0,025 Gew.-% einer Farbpaste etwa 10 min lang vermischt. Anschließend werden 56,670 Gew.-% groben Oktogengranulats und 28,330 Gew.-% feinen (gemahlenen) Oktogengranulats untergemischt. Das Fertigmischen dauert etwa 1 Stunde bei Raumtemperatur und einem Druck von weniger als 40 mbar. Nach dem Abfüllen der fertigen Mischung unter Rütteln in einer Vakuumgießanlage bei Raumtemperatur und einem Druck von weniger als 30 mbar erfolgt das Aushärten der Gießkörper bei einer Temperatur von über 100°C, vorzugsweise im Bereich von 100-120°C über eine Zeit von weniger als 12 Stunden, abhängig vom Kaliber des Gießkörpers.
Die typische Besonderheit des erfindungsgemäßen gießbaren Sprengstoffes ist die Beimischung von Silikonöl oder einem Gemisch verschiedener Silikonöle. Bei den Silikonölen handelt es sich um Gemische unterschiedlich langer und unterschiedlich substituierter, linearer oder cyclischer Siloxanketten. Diese Gemische entstehen in katalysierten Syntheseprozessen. Strukturmässig sind Silikonöle und Silikonharz eng miteinander verwandt. Daraus ergibt sich eine sehr gute Verträglichkeit von Harz und Weichmacher. Silikonöle sind klare, farblose, neutrale und hydrophobe Flüssigkeiten mit einer in weitem Bereich einstellbaren Viskosität (10 bis 1000000(cSt.)).
Die bekannten Anwendungsgebiete der Silkonöle sind vielfältig. Sie reichen von der Anwendung als Trennmittel in der Glas-, Gummi- und Papierindustrie oder als Entschäumer oder Glasvergütung in der Getränkeindustrie bis zur Anwendung in der Medizin und Pharmazie. Die Verwendung als Hilfsstoff bei der Herstellung gießfähiger Sprengstoffe ist in der einschlägigen Literatur (zum Beispiel: Römpp Chemie Lexikon) jedoch nicht beschrieben-.
Der erfindungsgemäße gießfähige Sprengstoff besitzt aufgrund der Verwendung von Silikonharz als Bindemittel einige gegenüber bekannten Sprengstoffen verbesserte Eigenschaften. Neben der Gießfähigkeit bei Raumtemperatur, die zur Erleichterung der Verarbeitungsprozesse beiträgt, konnte die thermische Beständigkeit erheblich verbessert werden. In Versuchen wurde eine Erhöhung der Selbstentzündungstemperatur um 30 bis 40°C gegenüber gießbaren Sprengstoffen mit HTPB-Binder festgestellt.

Claims

1. Kunststoffgebundener gießbarer Sprengstoff mit einem Gewichtsanteil von 82 bis 95% eines Granulats eines Hochleistungssprengstoffes und einem Gewichtsanteil von 5 bis 18% eines aushärtbaren fließfähigen Bindemittels auf Silikonbasis, welches bis zu einem Gewichtsanteil von 60% einen Weichmacher auf der Basis von Silikonöl enthält.

2. Kunststoffgebundener gießbarer Sprengstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sprengstoff einen Gewichtsanteil von 85 bis 90% des Granulats eines Hochleistungssprengstoffes und einen Gewichtsanteil von 10 bis 15% eines aushärtbaren fließfähigen Bindemittels auf Silikonbasis aufweist, welches bis zu einem Gewichtsanteil von 60% einen Weichmacher auf der Basis von Silikonöl enthält.

3. Kunststoffgebundener gießbarer Sprengstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Hochleistungssprengstoff Hexogen, Oktogen oder PETN verwendet wird.

4. Kunststoffgebundener gießbarer Sprengstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Granulat des Hochleistungssprengstoffes aus einem Gemisch unterschiedlicher Korngrößen besteht.

5. Kunststoffgebundener gießbarer Sprengstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel aus Silikonharz besteht.

6. Kunststoffgebundener gießbarer Sprengstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bindemittel ein Farbstoff mit einem Gewichtsanteil von bis zu 0,03% enthalten ist.

7. Kunststoffgebundener gießbarer Sprengstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Feststoffanteil des Sprengstoffes ein Gewichtsanteil von bis zu 30% eines Metallpulvers enthalten ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers aus kunststoffgebundenem gießbaren Sprengstoff, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Binder auf Basis von Silkonharz unter Raumtemperatur und bei einem Druck von weniger als 40 mbar mit einem Härter und einem Weichmacher vermischt wird,
das Sprengstoffgranulat anschließend untergemischt wird,
die gießfähige Mischung bei Raumtemperatur und bei einem Druck von weniger als 30 mbar unter Rütteln in eine Form gegossen wird
und anschließend bei einer Temperatur von 100 bis 120°C über mehrere Stunden ausgehärtet wird.

9. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Weichmacher aus einem Silikonöl oder einem Gemisch verschiedener Silikonöle besteht.

10. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gew.-Anteil des Weichmachers am Binder auf Silikonbasis bis zu 60% beträgt.