DE1646284C3

DE1646284C3 - Verbesserung der Eigenschaften von gießbaren Sprengstoffen

Info

Publication number: DE1646284C3
Application number: DE19671646284
Authority: DE
Inventors: Adolf Dr. Berthmann; Paul Dr. Lingens
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1967-11-29
Filing date: 1967-11-29
Publication date: 1974-07-25
Also published as: DE1646284B2; DE1646284A1

Description

Die Erfindung betrifft die Verbesserung der Eigenschäften von Sprengstoffen bzw. Sprengstoffmischungen aus schmelzbaren, aromatischen Nitroverbindungen oder Gemischen dieser Nitroverbindungen mit Nitraminen und/oder mit Salpetersäureestern, gegebenenfalls mit an sich bekannten Zusätzen wie Metallpulvern oder Phlegmatisatoren, durch einen Zusatz von feinverteiltem Calciumphosphat. Bei dem verwendeten Calciumphosphat handelt es sich um ein feinverteütes Produkt mit einer großen spezifischen Oberfläche von 10 bis 50nv7g und mit einer extrem niedrigen Schüttdichte von 0,01 bis 0,07 g/cm³. Es wird den Sprengstoffbestandteilen in einer Menge von 0,1 bis 15%, vorzugsweise 0,2 bis 5%, zugegeben.

Das Calciumphosphat wurde in der Art hergestellt, daß man Phosphorsäure mit der benötigten Menge Calciumnitrat bzw. Calciumchlorid zu einer klaren Lösung oder einer Paste vermischt und das erhaltene Gemisch in einen inerten Heißgasstrom mit Temperaturen von 190 bis 450⁰C versprüht.

Es wurde gefunden, daß sich durch den Zusatz des erwähnten Calciumphosphats zu den schmelzbaren, aromatischen Nitrokörpern überraschend vor allem die drei folgenden Eigenschaften ändern:

1. Die Detonationsfähigkeit wird erhöht..

2. die Sicherheit gegen zugeführte Wärme und gegen Schlag wird verbessert,

3. die Ausseigerung von Verunreinigungen wird weitgehend verhindert.

Besonders überraschend war es auch, in welchem Maße sich die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Sprengkörper veränderten. Dies wird im folgenden deutlich gemacht durch den Vergleich zwischen TNT-Ladungen mit und ohne Zusatz von Calciumphosphat.

Beispiel 1

Es wurden Ladesäulen aus TNT (Trinitrotoluol) mit und ohne Zusatz von Calciumphosphat gegossen. Die Länge der Säulen betrug 20 cm und der Durchmesser wurde variiert. Die Sprengstoffsäulen wurden gezündet mit einem Preßkörper aus 15 g Tetryl und standen auf einer Bleiplatte, die als Indikator für das Durchdetonieren diente. Die Versuche wurden ohne jeden Einschluß durchgeführt. Eine Ladesäule aus TNT ohne Zusatz mit einem Durchmesser von 50 mm leitete die Detonation nicht fort. Die Bleiplatte war unversehrt. Enthielt das TNT 1% des Calciumphosphats (spezifische Oberfläche 15m²/g; Schütt-

45 dichte 0,03 g/cm³), so detonierte die Ladung selbst bei einem Durchmesser von 10 mm noch einwandfrei

"Gegossene TNT-Zylinder von 200 mm Länge und 28 mm Durchmesser mit einem spezifischen Gewicht von 1,60 g/cm³ waren mit Aluminiumsprengkapseln Nr 8 nicht zur Detonation zu bringen. Bei einem Zusatz von 1 5% Calciumphosphat detonierten solche Sprengstoffsäulen einwandfrei durch. Die Dichte dieser erfindungsgemäßen Sprengstoffmischung betrug 1 58 g/cm³ Die Versuche wurden ohne Einschluß durchgeführt. An dem der Sprengkapsel entgegengesetzten Ende der Säule wurde eine Detonationseeschwindigkeit von 6600 m/s gemessen. Wurden dem geschmolzenen TNT 12 oder 15% Calciumphosphat zugesetzt, so erhielt man eine pastöse Masse nut einem spezifischen Gewicht von 1,6! bzw. 1,64g/cm³. Zylinder von 200 mm Länge und 28 mm Durchmesser, die aus dieser Paste hergestellt wurden, konnten sogar noch mit einer Sprengkapsel Nr. 6, die als Sekundärladung 0,5 g Nitropenta und 0,5 g Kaliumchlorid enthielt, zur Detonation gebracht werden. Die Detonationsgeschwindigkeit betrug 6500 bzw. 6200 m/s.

Der Vorteil der erhöhten Detonationsfähigkeit besteht vor allem darin, daß man TNT-Ladungen ohne die Verwendung von Ubertragungskörpern aus gepreßtem .Tetryl; Nitropenta, Hexogen oder TNT ohne weiteres zur Detonation bringen kann. Man kann sogar gegossene TNT-Ladungen mit dem erfindungsgemäßen Zusatz von Calciumphosphal als Ubertragungskörper für schwer initiierbare Sprengstoffe benutzen. Es lassen sich z. B. Slurries statt mit Ladungen aus gegossenem Pentolit, die heute verwendet werden, auch mit Sprengkörpern aus TNT und dem erfindungsgemäßen Zusatz von Calciumphosphat in den Bohrlöchern zur Detonation bringen.

Die Verbesserung der Sicherheit gegen zugeführte Wärme und gegen Schlag wird durch folgende Versuche erläutert: 0,4g TNT mit und ohne den erfindungsgemäßen Zusatz von Calciumphosphat wurden fein zerrieben und in ein Reagenzglas gegeben. Dieses wurde in ein erhitztes Woodsches Metallbad gestellt. Das Metallbad war auf eine konstante Temperatur eingestellt. Die Zeit bis zum Entflammen bzw. Verpuffen des TNTs wurde gemessen. Je länger diese Zeit ist, um so besser verträgt der Sprengstoff eine thermische Belastung. Die Zeit betrug für TNT 38 Sekunden und für ein TNT mit dem erfindungsgemäßen Zusatz von 2% Calciumphosphat 75 Sekunden. Die Fallhammerversuche wurden nach Koenen —Ide (Literaturstelle: »Explosivstoffe« Nr. 2, Februar 1961, S. 34 bis 36) durchgerührt. Für das TNT ohne Zusatz erhielt man bei einem Fallhammergewicht von 5 kg und einer Höhe von 10 cm die ersten Explosionen. Enthielt das TNT den erfindungsgemäßen Zusatz von 2% Calciumphosphat, so wurde der Beginn der Reaktionen erst mit einer Höhe von 20 cm erhalten. Für die Summe aus je sechs Versuchen bei den Höhen von 10,20,30,40,50 und 60 cm wurden folgende Ergebnisse gemessen:

	TNT	98% TNT 2% Kalzium phosphat
Keine Reaktion	24	28
Teilreaktion	0 12	4 4
Explosion

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Zusatzes von Calciumphosphat besteht darin, daß trotz der bedeutenden Erhöhung der Detonationsfähigkeit die Sicherheit gegen Schlag und zugeführte Wärme noch zunimmt.

Liegen Sprengkörper aus einem verunreinigten TNT vor, und bringt man diese Körper längere Zeit auf eine Temperatur von etwa 70°C, so seigert ein eutektisches Gemisch der Verunreinigungen mit dem TNT aus. Die TNT-Körper besaßen eine Höhe von 40 mm bei einem Durchmesser von 21 mm. Sie wurden auf ein Filterpapier gesetzt und 20 Stunden lang der Temperatur von 70⁰C ausgesetzt. Dabei traten in dem Filterpapier mehr oder weniger große Flecken auf. Je größer der Durchmesser dieser Flecken ist, um so mehr neigt der Sprengstoff zum Ausseigern. Für ein TNT mit dem Erstarrungspunkt 80,47⁰C wurde ein Fleckendurchmesser von 44 mm gemessen. Setzte man diesem TNT steigende Mengen Calciumphosphat zu, so wurden folgende Fleckendurchmesser bestimmt:

Calciumphosphatgehalt	Fleckendurchmesser
(%)	(mm)
0	44
0,1	36
0,5	19
1	13,6
2	6,3

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Zusatzes von Calciumphosphat besteht nach diesem Versuch darin, daß man gegossene TNT-Ladungen bei höherer Temperatur, z. B. unter intensiver Sonnenbestrahlung, lagern kann, ohne daß Ausseigerung eintritt.

Beispiel 2

Die im Beispiel 1 beschriebenen Versuchsergebnisse mit Sprengladungen aus TNT mit und ohne dem erfindungsgemäßen Zusatz von Calciumphosphat wurden in ähnlicher Weise auch erhalten, wenn Sprengmischungen aus aromatischen Nitroverbindungen und Metallpulvern vorlagen. Eine gegossene Ladesäule (200 mm Länge, 28 mm Durchmesser) aus einem Gemisch aus 75% TNT und 25% Aluminiumpulver mit dem erfindungsgemäßen Zusatz von 2% Calciumphosphat (spezifische Oberfläche 15m²/g; Schüttdichte 0,03 g/cm³) konnte z. B. mit einer Aluminiumkapsel Nr. 8 zur Detonation gebracht werden, während das gleiche Gemisch, aber ohne den Zusatz des CaI-ciumphosphats, mit der Aluminiumkapsel Nr. 8 nicht initiiert werden konnte. Ein Gemisch aus 47,6% TNT und 52,4% Aluminium benötigte bei einer Temperatur von 340° C 59 Sekunden bis zur Entflammung bzw. Verpuffung. Wurde dem Gemisch dagegen 1 Teil Calciumphosphat zugesetzt, so betrug die Zeit bis zur Entflammung 67 Sekunden. Für das Gemisch aus 75% TNT (Erstarrungspunkt 80,47°C) und 25% Aluminium wurde die Größe des ausgeseigerten Flekkens mit 38 mm bestimmt. Bei dem erfindungsgemäßen Zusatz von 1% Calciumphosphat betrug der Durchmesser des Fleckens nur noch 11 mm.

Beispiel 3

Die Erhöhung der Detonationsfähigkeit durch den erfindungsgemäßen Zusatz von Calciumphosphat spielt bei Sprengstoffmischungen, die eine ausreichende

Menge von Nitraminen oder Salpetersäureestern enthalten, keine Rolle mehr. Eine Verbesserung der Initiierfähigkeit wurde daher für solche Mischungen gar nicht mehr bestimmt. Für Sprengstoffaiischungen, die der Composition B entsprechen, wurden bei 238⁰C folgende Zeiten bis zur Entflammung bzw. Verpuffung und folgende Durchmesser der Flecken gemessen:

Mischung A

40% TNT (Erstarrungspunkt 80,47⁰C)

60% Hexogen 33 Sekunden

Durchmesser des Fleckens 40 mm

Mischung B

39% TNT (Erstarrungspunkt 80,47°C) 60% Hexogen
1% Calciumphosphat

(spezifische Oberfläche

12 m²/g; Schüttdichte

0,07 g/cm³) 40 Sekunden

Durchmesser des Fleckens 10,5 mm

Beispiel 4

Für Sprengstoffmischungen aus TNT (Erstarrungspunkt 80,47⁰C), Hexogen und Aluminiumpulver wurden bei 235° C folgende Zeiten bis zur Entflammung bzw. Verpuffung, folgende spezifischen Gewichte und folgende Fleckendurchmesser gemessen:

Mischung A 35% TNT, 40% Hexogen, 25% Aluminiumpulver:

Zeit 30 Sekunden

Spez. Gewicht 1,85 g/cm³

Durchmesser des Fleckens 35 mm

Mischung B

30% TNT, 40% Hexogen, 25% Aluminiumpulver, 5% Phlegmatisator, bestehend aus: 4,2Teilen Paraffinwachs, 0,7Teilen Nitrozellulose, 0,1 Teil Lecithin:

Zeit 29 Sekunden

Spez. Gewicht 1,77 g/cm³

Durchmesser des Fleckens > 50 mm

Mischung C

34,5% TNT, 40,0% Hexogen, 25,0% Aluminiumpulver, 0,5% Calciumphosphat (spez. Oberfläche 42 m²/g; Schüttdichte 0,01 g/cm³):

Zeit 46 Sekunden

Spez. Gewicht 1,84 g/cm³

• Durchmesser des Fleckens 8,3 mm

Aus diesem Ergebnis ist ersichtlich, daß der erfindungsgemäße Zusatz von Calciumphosphat nicht nur eine ausgezeichnete phlegmatisierende Wirkung und eine deutliche Verminderung der Ausseigerung gegenüber den gebräuchlichen Phlegmatisatoren besitzt,

6n sondern daß die. erhaltenen Gußkörper auch ein höheres spezifisches Gewicht als die Gußkörper mit den gebräuchlichen Phlegmatisatoren aufweisen.

Beispiel 5

Für Sprengsloffmischungen aus TNT (Erstarrungspunkt 80,47° C) und Tetryl (Tetrytol) wurden bei 230° C folgende Zeiten bis zur Entflammung bzw. Ver-

1

puffung und folgende Durchmesser der Flecken gemessen:

Mischung \ 30% TNT, 70%Tetryl:

Zeit 28 SeVunden

Durchmesser des Fleckens :.... 48 mm

Mischung B

30% TNT, 69% Tetryl, 1% Calciumphosphat (spez. Oberfläche 18m^z/g; Schüttdichte 0,025 g/cm³):

Zeit 42 Sekunden

Durchmesser des Fleckens 18 mm '⁵

Bei diesen beiden Versuchen wurde der Sprengstoff nicht gepulvert, sondern in einem Stück von 0.4 g in das Reagenzglas gegeben.

Beispiel 6

Für Sprengstoffmischungen aus TNT (Erstarrungspunkt 80,47⁰C) und Nitropenta wurden bei 230 C folgende Zeiten bis zur Entflammung bzw. Verpuffung und folgende Durchmesser der Flecken gemessen:

Mischung A

50% TNT, 50% Nitropenta:

Zeit 27 Sekunden

Durchmesser des Fleckens
(bei65°C) 41 mm

Mischung B

50% TNT, 49% Nitropenta, 1% Calciumphosphat (spez. Oberfläche 20m²/g; Schüttdichte 0,02 cm³):

Zeit 34 Sekunden

Durchmesser des Fleckens

(bei65°C) 13 mm

Bei diesen beiden Versuchen wurde der Sprengstoff nicht gepulvert, sondern in einem Stück von 0,4 g in das Reagenzglas gegeben.

Beispiel 7

Für Sprengstoffmischungen aus Tetryl, Trinitrobenzol und Hexogen wurden bei 230° C folgende Zei- so ten bis zur Entflammung bzw. Verpuffung und folgende Durchmesser der Flecken gemessen:

Mischung A 16% Tetryl, 24% Trinitrobenzol, 60% Hexogen:

Zeit 30 Sekunden

Durchmesser des Fleckens 50 mm

284 (L

T 6

Mischung B

16% Tetryl, 24% Trinitrobenzol, 59% Hexogen, 1% Calciumphosphat (spez. Oberfläche 15nr/g; Schüttdichte 0,03 g/cm³):

Zeit 38 Sekunden

Durchmesser des Fleckens 19 mm

Die Fleckprobe wurde bei 75° C über einen Zeitraum von 2 Stunden durchgeführt.

Beispiel 8

Der erfindungsgemäße Zusatz von Calciumphosphat zu Sprengsioffmischungen kann auch gemeinsam mit einem Zusatz von anderen Phlegmatisatoren erfolgen. Die phlegmatisierende Wirkung solcher kombinierter Zusätze kann sich dabei erheblich steigern, z. B. wenn man ein Gemisch aus chloriertem Naphthalin mit einem Erweichungspunkt von 116⁰C als Phlegmatisator mit dem Calciumphosphat (spez. Oberfläche 15m²/g; Schüttdichte 0,03 g/cm³) verwendet. Für Sprengstoffmischungen aus TNT (Erstarrungspunkt 80,47⁰C) und Tetryl (Tetrytol) wurden bei 23O⁰C folgende Zeiten bis zur Entflammung bzw. Verpuflung und folgende Durchmesser der Flecken gemessen:

Mischung A
70% Tetryl, 30% TNT:

Zeit 28 Sekunden

Durchmesser des Fleckens
(bei 6O⁰C) 48 mm

Mischung B
69% Tetryl, 30% TNT, 1% chloriertes Naphthalin:

Zeit 43 Sekunden

Durchmesser des Fleckens
(bei 6O⁰C) >50mm

Mischung C
69% Tetryl, 30% TNT, 1% Calciumphosphat:

Zeit 42 Sekunden

Durchmesser des Fleckens
(bei60°C) 18 mm

Mischung D

68% Tetryl, 30% TNT, 1% Calciumphosphat, 1 % chloriertes Naphthalin:

Zeit 53 Sekunden

Durchmesser des Fleckens
(bei 6O⁰C) 20 mm

Bei diesen vier Versuchen wurde der Sprengstoff nicht gepulvert, sondern in einem Stück von 0,4 g in das Reagenzglas gegeben.

Claims

Patentanspruch:'

Verwendung von Calciumphosphaten mit großer spezifischer Oberfläche von 10 bis 50m²/g und mit extrem niedriger Schüttdichte von 0,01 bis 0,07 g/cm³ in einer Menge vcn 0,1 bis 15 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,2 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf die Gesamtmischung, zur Verbesserung der Eigenschaften von schmelzbaren, aroma- to tischen Nitroverbindungen oder Gemischen dieser Nitroverbindungen mit Nitraminen und/oder mit Salpetersäureestern, gegebenenfalls mit an sich bekannten Zusätzen wie Metallpulvern oder Phlegmatisatoren. ι S