DE2054981C3 - Flüssiger, selbstdetonierfähiger Sprengstoff - Google Patents

Description

Sprengstoff höherer Dichte erlcichiert, wobei Perchlorate als Oxydationsmittel besondere Vorteile bieten. Die Viskosität des Sprengstoffes kann durch Zusatz eines Verdickungsmittels, beispielsweise einem vernetzten Pflanzengummi oder einem Cellulosederivat, nach Belieben erhöhl werden.

Die organische, als Brennstoff verwendete Flüssigkeit kann vorzugsweise aus 5 bis 30% Äthylenglykol bestehen. Dabei wird die Sauerstoffbilanz des in Rede siehenden Sprengstoffes vorzugsweise zwischen -50 to und I 10% eingeregelt.

Die folgenden Beispiele zeigen Ausführungsformen der Erfindung,

Beispiel 1

Die Grundstofflösung des Explosivstoffes besteht aus 52 Gewichtsprozent Natriumperchlorat, 18,5% Wasser, 5,5% Natriumnitrat und 24% Äthylenglykol. Diese Zusammensetzung hat eine hohe Dichte von 1,58 g/cc. Damit kann eine hohe Masse des Explosiv-Stoffes an Ot und Stelle gebracht und eine maximale Energie bei einem gegebenen Volumen erreicht werden.

Die Dichte kann erheblich vermindert und die Mass. · emplindlicher gemacht werden, indem man sie mit Luft oder einem anderen Gas in Form feiner, weitgehend verteilter Bläschen vermischt. Die Masse, die eine von suspendierten Festteilchen freie Flüssigkeit darstellt, ist gegen Zü.idkapseln bei dieser Dichte nicht empfindlich, aber sie ist völlig detonierbar. Sie hat einen kritisehen Explosionsdurchmesser hei 25°C von 51 mm, wobei dieser kritische Wert auf 63,5 mm bei 5"C steigt.

Die Detonation kann durch Aufschlämmen eines fei η verteilten Selbstexplosionsmittels in der Masse initiiert werden. Beispielsweise werden 60 Gewichtsteile der oben angegebenen Lösung mit 40 Gewichtsteilen von fein verteiltem Pentaerythritoltctranitrai (Pentrit) mit einer geringen Menge von Guarangummi, und zwar etwa 0,2 Gewichtsprozent, berechnet auf die Gesamtmenge, kombiniert, um die Lösung zu verdicken, so daß die suspendierten, festen Teilchen des Pentrits sich nicht absetzen. Diese Schlamm-Mischung hat eine Dichte von 1,78 g/cc. Sie war bei einem Säulendurchmesser von 12,7 mm (Papierröhre) gegen Zündkapseln empfindlich und ließ sich mit einer Zündkapsel Nr. 6 bei verschiedenen Temperaturen zwischen 40 bis -30⁰C zur Entzündung bringen.

"{;.? B e i s ρ i e I 2

r Zu 90 Gewichtsteilen einer Lösung nach Beispiel 1 ' aus Natriumperchlorat, Wasser, Natriumnitrat und ^Äthylenglykol werden 8 Gewichtsprozent von fein-Äyerteiltem Aluminium und 2 Teile eines noch feineren % fMuminiumpulverszugesetzt. Der entstehende Schlamm "jhat eine zähe Konsistenz, die durch Zusatz von ■ 'fGuarangummi in Mengen von 0,2% unter Verwendung von 0,1% Borsäure (H₃BO₃) erreicht wird. Die IfMasse hat eine Dichte von 1,43 g/cc, weil eine beträchtliche Menge Luft in Form feiner Bläschen in der Masse vorhanden ist. Die Mischung läßt sich in einer Säule von 9,5 mm Durchmesser durcl· Sprengkapseln zur Entzündung bringen und kann mit einer Sprengkapsel Nr. 6 bis zu einer Temperatur von 0⁰C hinunter initiiert werden. Bei einem Durchmesser von 12,7 mm wird sie mit der gleichen Sprengkapsel noch bei — 15°C zur Entzündung gebracht.
In einer Säule von 25,4 mm Durchmesser detoniert sie noch bei 30"C mit einem 50%igen Pentolithilfszünder in einer Menge von 40 g.

Die flüssige Mischung selbst hat eine Detonationsgeschwindigkeit von 2300 m/sec, während die gleiche Mischung unter ZusaU von Aluminium eine Detonationsgeschwindigkeit von 5300 m/sec besitzt.

Eine Schlamm-Mischung aus den Flüssigkeiten gemäß Beispiel I und 2 in Mengen von 60% mit 40% darin suspendiertem Pentrit detoniert nicht bei einem Gewehrkugelbeschuß vom Kaliber 30,06, während die Aluminiummischling nach Beispiel 2 beim Beschüß mit einer derartigen Kugel detoniert. Die Lösung selbst, ohne Zusatz von Pentrit oder Aluminium, zeigt sich bei der thermischen Differcntialanalyse stabil bis hinauf zu 300⁰C. Bei Zusatz von Pentrit zeigt sie bei 17O⁰C eine exotherme Reaktion und explodiert spontan bei 178°C. Die Aluminiummischung ist bis hinauf zu 265"C stabil.

Beispiel 3

Die Grundmischung besteht aus 31,2 Gewichtsprozent Natriumperchlorat, 11,1% Wasser, 3,3 % Natriumnitrat und 14,4% Äthylenglykol. Dann werden 0,1% Guarangu. lini als Verdickungsmittel und 40%eines feinverteilk-1 Penirits zugesetzt. Die Lösung ohne Zusatz von Pcntnt ist bereits selbstdetonationsfähig. Mit Zusatz von Pentrit besitzt der Schlamm eine berechnete Energie Q von etwa 1085/g und eine Dichte von 1,78 g/cc. Das Pentrit hat zu 90%, eine Teilchengröße zwischen 0,5 und 0,15 mm.

Versuche, die gleiche Zusammensetzung mit einem feineren Pentrit herzustellen, von dem 40% eine Teilchengröße von 0,044 mm aufwiesen, schlugen fehl, weil die Mischung zu zähflüssig wurde und bei 40"C in Form eines Halbgels erstarrte. Die Lösung selbst erforderte zum Detonieren in einer Säule von 7,62 cm Durchmesser bei 30⁰C einen e'was stärkeren Initiator als eine Zündkapsel Nr. 6.

Feinverteiltes Cyclotrimcthylentrinitramin wirkt bei sehr niedrigen Temperaturen weniger zufriedenstellend als Pentrit. Dieses gilt auch von Trinitrotoluol.

Beispiel 4

Die Grundmischung besteht aus 22 Gewichtsprozent Natriumperchlorat, 17% Wasser, 3% Natriumnitrat und 8% Äthylenglykol in Form einer Lösung. Hierzu werden 0,2% Guarangummi als Verdickungsmittel und 50 Gewichtsprozent feinverleiltes Pentrit zugesetzt. Bei 20⁰C in einer Säule von 12,7 mn; Durchmesser zündet der Schlamm nicht mit Sprengkapsel Nr. 6 oder Nr. 8. In einer Säule von 25,4 mm Durchmesser zündet er mit einer Zündkapsel Nr. 6 nicht, explodiert aber zufriedenstellend mit einer Kapsel Nr. 8. Die Explosion verursacht eine erhebliche Beule in einer Stahlplatte von 12,7 mm Dicke. Der Schlamm hat eine Dichte von 1,77 g/cc und ist bei 20'C sehr zäh.

Beispiel 5

Bei Verwendung von 60% der gleichen flüssigen Mischung wie im Beispiel 1, die eine Sauerstoffbilanz von -1,3 besitzt, war die entstehende Mischung mit 40 Gewichtsprozent feinverteiltem Pentrit, von dem etv/a 40% eine Feinheit jn 0,044 mm aufwiesen, noch beweglich genug, um aus einem Quetschbehälter ausgedrückt zu werden. Sie war jedoch bei 20" C w trocken, um sie als Schlamm zu bezeichnen, in einer Säule von 9,5 Durchmesser detonierte sie mit einer Zündkapsel Nr. 6. Unter Verwendung von 50"/,, der

gleichen Flüssigkeit und 50 Gewichtsprozent des gleichen Penlrils war die Masse für einen Schlamm zu trocken. Eine Mischung von 65"/„ der Lösung und 35°/« feinem Penlril war etwas flüssiger als eine Mischung von 60 zu 40Teilen; sie war jedoch immer noch in ihrer Konsistenz kittanig und hatte eine Dichte von 1,81 g/cc. Das Pentrit enthielt 40% Teilchen einer Teilchengröße von 0,044 mm. Die Mischung von 65 zu 35 Teilen detonierte in einer Säule von 12,7 mm Durchmesser bei -25^ÜC. Wenn 5% feinvermahltcs Aluminium zugesetzt waren, erwies sich die Mischung als zu trocken zum Fließen und war mit einer Zündkapsel nicht zur Detonation zu bringen. Hieraus ist ersichtlich, daß Mischungen, bei denen sowohl das Oxydationsmittel als auch der Brennstoff weitgehend oder vollständig sich in Lösung befinden, empfindlicher sein können als trockenere Mischungen, obwohl für gewöhnlich trockenere Schlämme leichter /ur Detonation zu bringen sind als feuchte.

Beispiel b

Die Grundmischung besteht aus 33,3 Gewichtsprozent Natriumperchlorat, 3,5% Natriumnitrat, 11,8% Wasser, 15,4% Äthylenglykol, 1% Guarangummi als Verdickungsmittel und 33% feinen und 2% äußerst fein gemahlenen Aluminiums, wie im Beispiel 2. Die Mischung besitzt eine Sauerstoffbilanz von 33,4%, weist eine Dichte von 1,65 g/cc auf und hat eine Detonationsgeschwindigkeit von 5390 m/sec.

Beispiel 7

Die Grundmischung besteht aus einer Lösung, die 47 Gewichtsprozent Natriumperchlorat, 5 Teile Natriumnitrat, 24 Teile Wasser und 21 Teile Äthylenglykol enthält. Dieser Lösung werden 1 Teil Guarangummi als Verdickungsmittel sowie geringe Mengen gaserzeugende Mittel zugesetzt, um den Schlamm zu belüften und hierdurch seine Dichte zu vermindern. Die Eigenschaften der ursprünglichen Lösung und der verdickten und begasten Lösung werden im folgenden miteinander verglichen:

	Lösung allein	Lösung mit
		Verdickungs- und .nd gaserzeugen
	1,54	den Mitteln
Dichte (g/cc)		1,25
Kritischer Durch	76,2
messer (mm)	(Minimum)	19
Detonationsgeschwin	weniger als
digkeit (m/sec)	2500
		4800
Minimale Über	30 g
tragungsladung ...	Pentolit	Zündkapsel
	Nr. 6

Neben Natriumperchlorat als Oxydationsmittel können auch andere Perchlorate und Nitrate teilweise an dessen Stelle treten.

So ist Kalziumnitrat, obwohl es in den meisten Fällen weniger empfindlich ist als Perchlorat, ein be,sonders erwünschtes Mittel in flüssigen ExploMvsloffen, die Methylalkohol enthalten. Kaliumnitrat hat eine gute Löslichkeil in Wasser, in Methylalkohol, in Äthylalkohol und Äthylenglykol, selbst bei niedrigen

Temperaturen. Allein oder in Kombination mit Natriumpercblorai hai es einen niedrigen cutektisehcn Lösüchkeilspunkt. In Mengen bis zu 70 oder 75% der Gesamtlösung besitzt handelsübliches Kalziumnitrat, welches 14 bis 15% Kristallwasser und für gewöhnlich

ίο einige wenige Prozente Ammonnitrat enthält, einen niedrigeren Mischpunkt als yerdünntere Lösungen von Ammonnitrat in Kombination mit Natriumnitrat.

Kalziiimperehlorat kann in Verbindung mit Methyloder Äthylalkohol als flüssigem Brennstoff mindestens

»5 zum Teil das Natriumperchlorat ersetzen, da beide in Wasser sehr gut löslich sind und eine hohe Reaktionsfähigkeit besitzen.

Im übrigen kann das Perchlorat aus Ammonperchlorat, Alkaliperchlorat oder Erdalkaliperchloraten

zo bestehen.

Die Flüssigkeit kann 5 bis 30% Brennstoff enthalten, von dem mindestens ein Teil wasserlöslich ist. Für gewöhnlich wird Äthylenglykol vorgezogen, das durch einen einfachen Alkohol ersetzt oder ergänzt werden kann. Eine Kombination von etwa 0 bis 20% Wasser und etwa 15 bis 25% Glykol oder einem anderen organischen Lösungsmittel ist besonders günstig. Die organische Flüssigkeit soll mindestens einen Verbrennungswert von 7000kW/Std. pro 454 g aufweisen.

Diäthylenglykol hat einen Verbrennungswert von 7600, Methylalkohol von etwa 9500 und Äthylalkohol von etwa 13600 kW/Std.

Als Verdickungsmittel ist Guarangummi in Mengen von 0,10 bis 1,0 Gewichtsprozent besonders geeignet.

Es können auch Stärkesorten verwendet werden oder Methylcellulose oder Hydroxyäthylcellulose. Der Gummi oder die Stärke sind vorzugsweise durch Anwendung eines Mittels wie Borax oder Alkalidichromat vernetzt. Die Vernetzung hält die suspendierten Teilchen des Brennstoffes oder des selbstexplodierenden Sprengmittels in der Schwebe. Sie ermöglicht es auch, in der flüssigen Phase kleine Luft- oder Gasbläschen in feiner Verteilung zu halten. Die flüssige Masse hat bereits eine starke Explosionskraft und ist im wesent' liehen hinsichtlich ihres Sauerstoffgehaltes ausbalanciert, und zwar ohne Rücksicht auf etwa anwesende, feinverteilte Brennstoffe und selbstexplodierende Sprengstoffe.
Als fei η verteilte, nichtexplosive Brennstoffe können

5t> Aluminium, Schwefel und gemahlene Kohle oder Gilsonit verwendet werden. Etwa zuzusetzende, selbstexplcdierende Sprengstoffe sind Penirit, Cyclotrimethylentrinitramin, Äthylendiamindinitrat oder Trinitrotoluol, die in Mengen bis zu 65% angewendet werden können. Die Sauerstoffbilanz soll in jedem Fall zwischfeii —50 und f 10% gehalten werden. Von feinverteiltem Aluminium können Mengen bis zu 45 Gewichtsprozent, auf die Gesamtmenge gerechnet, verwendet werden, wobei Mengen von 20 bis 40% bevorzugt werden. Ein Teil des Aluminiums kann aus feinflockigem Aluminium, das bis zur Feinheit für Malereizwecke zerkleinert ist, bestehen; Mengen von 1 bis 2% hiervon erhöhen die Empfindlichkeit.

Claims (40)

kritischen Delonationsdurchmcsser von 51 mm iiiif- Patenlansprüche: weist, wächst dieser kritische Durchmesser auf min- debtens 63,5 mm, wenn die Temperatur um 5 C sinkt.

1. Flussiger, selbsldetonierfähiger Sprengstoff Dieses ist dadurch begründet, daß das Oxydationsiiuf der Basis von Perchlorat und einer organischen 5 mittel, gewöhnlich Ammoniumnitrat, weicnes De; Flüssigkeit, gekennzeichnet durch höhere.· Temperatur eine wahre Losung bildet, bei einen Gehalt von 20 bis 60 Gewichtsprozent an geringerer Temperatur zum Teil aus der Losung ausui.» Perchloraten bestehenden Oxydationsmitteln geschieden wird, weil die Löslichkeit von Ammon- und einer organischen Flüssigkeit mit einem Brenn- nitral in Wasser mit abnehmender Temperatur slcil wert von mindestens 7000 kW/Std. pro 454 g und io abfällt. . .
Wasser in Mengen bis zu 25%, wobei seine Dichte Erfindungsgemäß gelingt es, das Uxyaationssalz durch Einschluß feiner Gasbläschen auf einen Wert innerhalb eines Temperaturbereiches in Losung /u von mindestens 1 eingeregelt ist und praktisch die halten, der für die praktische Verwendung in t-ragc Gesamtmenge des Oxydationsmittels sich in ge- kommt. Dadurch wird die Empfindlichkeit der löstem Zustand befindet. 15 Schlammlösung wesentlich erhöht, selbst wenn vcr-

2. Sprengstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet hältnismäßig schwache Oxydationsmitte bzw. Brenndurch einen Gehall an bis zu 10% eines anorgani- stoffe verwendet werden. Innerhalb der Losung bleibt sehen Nitrats. das Oxydationsmittel mit dem Brennstoff in molekula-

3. Sprengstoff nach Anspruch 1, dadurch ge- rem Kontakt.

kennzeichnet, daß er noch einen feinverteilten, se Der flüssige, selbsldetonierfähige Sprengstoff gemäß

festen Brennstoff, wie beispielsweise feinverleiltes, der Erfindung auf der Basis von Perchlorat und einer

metallisches Aluminium, in Mengen bis zu 65% organischen Flüssigkeit ist durch einen Gehalt von

enthält. 20 bis 60 Gewichtsprozent an aus Perchloraten be-

4. Sprengstoff nach Anspruch I, gekennzeichnet stehenden Oxydationsmitteln und einer organischen durch einen Gehalt an einem Verdickungsmittel, 25 Flüssigkeit mit einem Brennwert von mindestens beispielsweise einem vernetzten Pflanzengummi 7000 kW/Std. pro 454 g und bis zu 25% Wasser ge- oder einem Zellulosedcrivat. kennzeichnet, wobei seine Dichte durch Einschluß

5. Sprengstoff nach Anspruch I, gekennzeichnet feiner Gasbläschen auf einen Wert von mindestens 1 durch einen Gehalt an sclbstexplodierendem, festen eingeregelt ist. Dabei befindet sich praktisch die Sprengmittel in Mengen bis zu 65%, beispielsweise 30 Gesamtmenge des Oxydationsmittels in gelöstem Zuin Form von Penlrit. stand.

6. Sprengstoff nach Anspruch I, dadurch ge Der Empfindlichkeitsgrad des neuen Sprengstoffes kennzeichnet, daß die Sauerstoffbilanz der Masse entspricht demjenigen von Trinitrotoluol, Cyclotrizwischen 50 und | 10% eingeregelt ist. methylentrinitramin u. dgl. Er liegl rund eine Zehner-

7. Sprengstoff nach Anspruch 1, dadurch ge- 35 potenz höher als die Empfindlichkeil der nach der kennzeichnet, daß die organische Flüssigkeit aus britischen Patentschrift 907 6! 1 herstellbaren Spreng-5 bis 30% Älhylenglykol besieht. Stoffgemische. Während die bekannten Sprengstoffmischungen zur Zündung eines Pentolitzünders von 160 g bedürfen, genügt zur Zündung der Spreng-

40 mischungen gemäß der Erfindung eine Sprengkapsel

Nr. 6 oder Nr.

8. Die Empfindlichkeit der neuen Sprengstoffe kann noch durch Zusatz von feinvcrteil-

Die Erfindung betrifft die Herstellung eines flüssigen tem Aluminium, in Mengen von 65%, oder von Tri-

bis kiifarligen Sprengstoffes auf der Basis von Per- nitrotoluol, Pentolit oder Pentrit, ebenfalls in Mengen

chloral und einer organischen Flüssigkeit, der durch 45 von bis zu 65%. erheblich gesteigert werden. Ebenso

^gewöhnliche Zündkapseln zur Detonation gebracht wirkt die Verringerung der Dichte durch einen Gehalt

werden kann.

Der Sprengstoff gemäß der Erfindung an fei η verteilten Gasblasen im Sinne einer Erhöhung

soll sich mindestens wie gewöhnliche Zahnpaste aus der Empfindlichkeit.

einer Quetschtube zur Verteilung bringen lassen, die Durch Ausnutzung cutektischer Punkte für zwei

eine Auslrittsöffnung von etwa 6 bis 13 mm Durch- 50 oder mehr salzartige Oxydationsmittel ist es gemäß der

messer aufweist.

Vorzugsweise soll der Sprengstoff bei Erfindung möglich, einen größeren Löslichkeitsbereich

^tiefen Temperaluren bis 40"C verwendbar sein. der Oxydationsmittel in der Brennstofflösung zu erzie-

- ^: Die britische Patentschrift 907 611 beschreibt be- len als mit Hilfe eines einzigen Salzes.

So wird die

reits eine Sprengstoffmischung, die verschiedene an- Löslichkeit des Oxydationssalzes durcn Zusatz geringer

Organische Oxydatoren enthalten kann, wobei Chlorate 55 Mengen anorganischer Nitrate, in erster Linie Na-

|> und Perchlorate mengenmäßig das Nitrat übertreffen; triumnitrat, in Mengen bis zu 10%, gesteigert werden.

ff des weiteren enthält die Mischung einen nichtexplosi- Dadurch wird ebenf.lls die Empfindlichkeit des

^; yen Brennstoff, wie Alkohol, 1 bis 10% Wasser und Sprengstoffes bei niedrigen Temperaturen erhöht.

Ip ein Verdickungsmittel.

Die Dichte dieses Sprengstoffes Die erforderliche Wassermenge kann auf ein Mini-

'~ ' soll größer als 1 sein. βο mum vermindert werden und soll nicht mehr als 25%

Es wurde nun gefunden, daß die Empfindlichkeit betragen.

Allerdings ist genügend Gcamtlösungsmittel

eines Fxplosivschlamms nicht nur von der Temperatur notwendig, um bei Gebrauchstemperatur eine wahre

abhängt, bei der der Schlamm detoniert, sondern auch Lösung der Oxydationsmittel aufrechtzuerhalten. Das

von 'der Löslichkeit der anorganischen Oxydations- Wasser kann in Gegenwart von fcinverteiltem Alumi-

saizc in der flüssigen Phase bei der betreffenden Tem- 65 nium oder Magnesium, Silicium oder Bor mit diesen in

peratur.

Bei den typischen Schkmmsprengstoffen Reaktion treten, wenn die notwendigen Temperaturen

dient die Salzlösung als flüssige, kontinuierliche Phase. erreicht werden.

Bei einem Explosivschlamm, der bei 25°C einen Erfindungsgemäß ist die Verwendung von Schlamm-