DE19900110A1 - Treibmittel - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein hochtemperaturstabiles Treibmit­ tel.

Treibladungskörper, die Treibmittel aus der Gruppe der Nitratester z. B. Nitrocel­ lulose (NC) enthalten, sind thermisch instabil. Die sogenannten Nitramine, wie z. B. Hexogen, Oktogen oder Nitroverbindungen wie TNT sind dagegen thermisch stabiler. Um sie als Treibmittel verwenden zu können, müssen sie jedoch phleg­ matisiert werden. Nur so ist ein kontrollierter Abbrand gewährleistet. Ohne Phlegmatisierung wären sie detonationsfähig und würden in der Waffe wie ein Sprengstoff reagieren.

Bezüglich der Phlegmatisierung unterscheidet man zwischen energetischen und nichtenergetischen Materialien, die häufig auch gleichzeitig als Binder wirken. Grundsätzlich muß jedes Treibmittel für den jeweiligen Einsatzzweck eine genau abgestimmte Gasproduktionsrate besitzen. Allgemein üblich wird den bekannten Treibladungspulvern auf Basis einer Nitrocellulose-Matrix die Geometrie und somit die Abbrandoberfläche variiert. Die Abbrandgeschwindigkeit des Materials selbst ist nur in einem begrenzten Bereich variabel. Muß die Geometrie aus bestimmten Gründen konstant gehalten werden, beispielsweise bei hülsenlosen Teleskoppatronen, bei Anzündüberträgern, bei verbrennbaren Trägerkomponenten oder ähnlichen Komponenten, ist es fast immer notwendig, die Abbrandgeschwindigkeit an die Anforderungen anzupassen. Bei den dabei eingesetzten Nitramin/Binder-Kombinationen läßt sich durch Wahl des Binders (energetisch oder inert) oder der Porosität die Abbrandgeschwindigkeit in einem sehr viel weiteren Bereich anpassen, als bei den herkömmlichen Treibmitteln auf NC-Basis. Jedoch sind auch dabei Nachteile in Kauf zu nehmen. Mit energetischen Bindern läßt sich die Abbrandgeschwindigkeit nicht genügend absenken. Mit einem hohen Anteil an inerten Bindern ist dies zwar möglich, doch verschlechtert sich die Energiebilanz und die Anzündwilligkeit, da zur ausreichenden Phlegmatisierung ein ziemlich hoher Anteil an Bindern, meist über 15 Gew.-%, notwendig ist.

Phlegmatisierte Systeme sind beispielsweise schon für sogenannte LOVA-An­ wendungen verwendet worden. Die dabei eingesetzten Nitramin/Binder-Kombina­ tionen weisen u. a. folgende Nachteile auf: Sie zeichnen sich durch eine extrem schlechte Anzündempfindlichkeit aus. Der Explosivstoffanteil kann nicht über 86% erhöht werden, da sonst die detonationsfähigen Eigenschaften überwiegen. Unterschreitet man diesen Wert deutlich, nimmt die Leistung des Treibmittels ra­ pide ab. Die erforderliche Leistung ist damit aber u. U. nicht mehr zu gewährlei­ sten. Um die Abbrandgeschwindigkeit und die Anzündempfindlichkeit zu steuern wird bisher der Anteil an Binder oder an unphlegmatisiertem Explosivstoff variiert. Muß beispielsweise aus waffentechnischen Gründen die Abbrandgeschwindigkeit abgesenkt werden, erfolgt dies durch Erhöhung des Inertanteils. In Kauf zu neh­ men ist dabei allerdings die Reduzierung der Anzündempfindlichkeit. Die Ener­ giebilanz des Treibmittels ist ebenfalls verschlechtert.

Die Erhöhung der Porosität führt zwar zu höherer Abbrandgeschwindigkeit, ver­ ringert aber gleichzeitig die Materialdichte (Energiedichte).

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Treibmittel bereitzu­ stellen, das die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Treibmittel nicht aufweist.

Gelöst wurde diese Aufgabe durch ein Treibmittel mit den Kennzeichen des Hauptanspruchs. Vorzugsweise Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen charakterisiert.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, ein Treibmittel bereitzustellen, bei dem die Abbrandgeschwindigkeit in einem sehr weiten Bereich variiert werden kann (Verhältnis 10 : 1), ohne den Binderanteil oder die Porosität zu verändern.

Das erfindungsgemäße Treibmittel ist thermisch stabiler, verfügt über eine weit­ gehend variierbare Abbrandgeschwindigkeit und über eine ausreichend hohe An­ zündempfindlichkeit. Dies wurde erfindungsgemäß überraschenderweise durch den Einsatz einer zweiten Nitrokomponente, neben mindestens einem weiteren Nitramin erreicht, wobei zu beachten ist, daß die erfindungsgemäß einsetzbare Nitrokomponente eine sehr niedrige Abbrandgeschwindigkeit aufweisen und sich weitgehend explosionsungefährlich verhalten. Beispiele solcher erfindungsgemäß einsetzbaren Nitroverbindungen sind Guanidin-, Triazol- oder Tetrazolderivate, vorzugsweise Nitroguanidin und Guanidinnitrat oder deren Mischungen, beson­ ders bevorzugt Nitroguanidin.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Abbrandgeschwindigkeit des an sich be­ kannten, aus Nitraminen mit phlegmatisierenden Bindemitteln bestehenden Treibmittels durch Zusatz der erfindungsgemäß vorgesehenen Nitroverbindungen zu reduzieren, ohne die Energiebilanz deutlich zu verschlechtern.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Nitroverbindungen aus der Gruppe der Guanidin-, Triazol- und/oder Tetrazolderivate sind thermisch äußerst stabil, wei­ sen eine sehr geringe Lebhaftigkeit auf und sind wesentlich weniger explosions­ gefährlich, als die anderen, der Gruppe der Nitramine angehörenden Explosiv­ stoffe.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, den an sich bekannten Treibmitteln aus Nitramin-Bindergemischen die erfindungsgemäß vorgesehenen Nitroverbindun­ gen zuzufügen. Der zuzumischende Anteil kann bis zu 90 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 85 Gew.-% ausmachen. Je nach geforderter Abbrandgeschwindigkeit wird der Anteil der erfindungsgemäß ein­ setzbaren Nitroverbindungen variiert. In bestimmten Fällen sind auch Zusam­ mensetzungen einsetzbar, die ausschließlich aus den erfindungsgemäß vorgese­ henen Nitroverbindungen und Bindemitteln bestehen.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß durch Zumischung der erfindungs­ gemäß vorgesehenen Nitroverbindungen zum phlegmatisierten Nitramin-Treibmit­ tel jede gewünschte Abbrandgeschwindigkeit eingestellt werden kann, da die er­ findungsgemäß vorgesehenen Nitroverbindungen selbst eine niedrige Abbrand­ geschwindigkeit aufgrund der niedrigen Energiebilanz im Vergleich zu den ande­ ren Nitraminen besitzen.

Im Vergleich zu den bisher verwendeten inerten Bindemitteln besitzen die erfin­ dungsgemäß vorgesehenen Nitroverbindungen eine positive partielle Explosi­ onswärme und verschlechtern damit die Energiebilanz der Gesamtzusammenset­ zung kaum.

Da die erfindungsgemäß vorgesehenen Nitroverbindungen aufgrund ihrer gerin­ gen Explosionsgefährlichkeit selbst nicht phlegmatisiert werden müssen, verbes­ sern sie die Anzündempfindlichkeit der Gesamtzusammensetzung. Gleichzeitig dient die Zugabe der erfindungsgemäß vorgesehenen Nitroverbindungen als Bin­ demittelzusatz. Der Bindemittelanteil eines an sich bekannten Treibmittels auf der Basis von Nitraminen kann folglich herabgesetzt werden. Ein Binderanteil von 5 bis 9% ist in den erfindungsgemäß zusammengesetzten Treibmitteln in der Regel ausreichend. Durch geeignete Bindemittel läßt sich der Bindemittelanteil weiter reduzieren. Entscheidend ist eine ausreichende Festigkeit des Treibmittels. Die Abbrandeigenschaften werden dadurch deutlich verbessert. Die sonst mit dem Einsatz von inerten Bindemitteln einhergehende schlechte Sauerstoffbilanz wird damit auf ein Niveau gebracht, das bei klassischen NC-Treibmitteln üblich ist (ca. -40%).

Im Vergleich zu phlegmatisierten Nitramin-Treibmitteln fällt die negative Sauer­ stoffbilanz günstiger aus, ohne daß zusätzliche Abbrandmoderatoren oder Sau­ erstofflieferanten wie beispielsweise Perchlorate eingesetzt werden müssen.

Aufgrund ihrer geringen Explosionsgefährlichkeit reduzieren die erfindungsgemäß vorgesehenen Nitroverbindungen die Detonations-, Reib- und Schlagempfindlich­ keit der Gesamtzusammensetzung.

Die den erfindungsgemäß vorgesehenen Nitroverbindungen eigene niedrige Ex­ plosionswärme kann in Rohrwaffen durch eine hohe Ladedichte ausgeglichen werden. Mit den erfindungsgemäß einsetzbaren Nitroverbindungen kann eine La­ dedichte zwischen 1,2 und 1,5 g/cm³ vorgesehen werden. Durch die erfindungs­ gemäß vorgesehenen Nitroverbindungen wird außerdem die Explosionstempera­ tur der Gesamtzusammensetzung herabgesetzt, was die Rohrerosion günstig beeinflußt.

Außerdem ist die Abhängigkeit der Abbrandgeschwindigkeit von der Temperatur deutlich geringer bei den erfindungsgemäß zusammengesetzten Treibmitteln als bei herkömmlichen NC-gebundenen Treibmitteln. Dies führt gegenüber her­ kömmlichen Nitrocellulose (NC)-gebundenen Treibmitteln zu niedrigeren Druck/Temperaturgradienten.

Die erfindungsgemäßen Treibmittel lassen sich zu Treibladungskörper verarbei­ ten, die für verschiedene Verwendungszwecke geeignet sind. Wegen der großen Variabilität der Abbrandgeschwindigkeit lassen sich die aus dem erfindungsge­ mäßem Treibmittel hergestellten Treibladungskörper in hervorragender Weise auf die erforderliche Gasproduktionsrate einstellen. Eine Eigenschaft, die bei den be­ kannten Treibmitteln stark eingeschränkt ist. Bei den klassischen NC gebundenen Treibmitteln wird die Gasproduktionsrate nahezu ausschließlich über die Geome­ trie gesteuert (Treibladungspulver: (TLP)-Wandstärke). Bei den bekannten Nitramin-Bindemittelkombinationen erhält man je nach Bindemittel-Typ unter­ schiedliche Gasproduktionsraten, die aber nur in einem kleinen Bereich variabel gestaltet werden können. Bei vorgegebener Geometrie des TLP-Körpers ist damit der Einsatzbereich der bekannten Treibmittel eng begrenzt.

Das erfindungsgemäße Treibmittel kann in an sich bekannter Weise zu Treibla­ dungskörper verpreßt werden. Ein Treibladungskörper, der nach Anzündung durch eine Boosterladung radial von innen nach außen abbrennt, kann vorzugs­ weise so aufgebaut werden, daß die innere Schicht wesentlich langsamer ab­ brennt, als die äußere Schicht. Erreicht werden kann dies durch einen schichtwei­ sen Aufbau beim Pressen der Treibladungskörper oder durch den Einsatz einer verbrennbaren Hülse, die schneller abbrennt, als der Treibladungskörper selbst. Durch diesen sogenannten heterogenen Aufbau wird erreicht, daß am Anfang die Gaslieferungsrate gering ist und mit zunehmenden Abbrand gesteigert wird, wenn das Ladungsraumvolumen sich durch die Geschoßbewegung vergrößert hat. Das Ergebnis ist eine Leistungssteigerung der Patrone, eine Steigerung der Progres­ sivität.

In Fig. 1 ist der Einfluß der Zumischung von Nitroguanidin auf die Abbrandge­ schwindigkeit eines aus mit 15% Polymethylmethacrylat (PMMA) beschichteten Hexogen bestehenden Treibladungskörpers gezeigt. Das PMMA fungiert hierbei als Binder. Auch andere, an sich bekannte Binder, beispielsweise peroxidisch vernetzte Polymere, Polybutadiene, Zweikomponentenharze, Mischungen solcher Binder können eingesetzt werden, wenn damit eine ausreichende mechanische Festigkeit erreicht werden kann und solange sie mit den Explosivstoffen verträg­ lich sind.

Die erfindungsgemäßen Treibmittel können in Patronen, Anzündelementen, Treibsätzen oder in sonstigen Treibladungskörpern eingesetzt werden.

Claims (8)

1. Treibmittel aus Nitramin und phlegmatisierenden Bindemitteln, dadurch ge­ kennzeichnet, daß es zusätzlich mindestens eine Nitroverbindung enthält.

2. Treibmittel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Nitramin aus Hexogen oder Oktogen und die Nitroverbindung aus der Gruppe der Guanidinderivate, der Triazol- oder Tetrazolderivate oder aus deren Mi­ schungen ausgewählt ist.

3. Treibmittel gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ni­ troverbindung aus Nitroguanidin oder Guanidinnitrat oder aus deren Mi­ schungen ausgewählt ist.

4. Treibmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Nitroverbindung an der Gesamtzusammensetzung bis zu 90 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 85 Gew.-% ausmacht.

5. Treibmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Bindemittels 5 bis 9 Gew.-% ausmacht.

6. Treibmittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die negative Sauerstoffbilanz maximal 40% ausmacht.

7. Verwendung des Treibmittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 in Patro­ nen, Anzündelementen, Treibsätzen oder sonstigen Treibladungskörpern.

8. Verwendung des Treibmittels gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 in hetero­ gen aufgebauten Treibladungskörpern.