DE2263860B2 - Feststoff-Projektiltreibladung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Feststoff-Projektiltreibladungaus mit Triaminoguanidinnitrat vermischter plastifizierter Nitrocellulose.

Projektiltreibladungen unterscheiden sich von hochexplosiven Sprengstoffen dadurch, daß die Geschwindigkeit der Energiefreisetzung bei der Eigenverbrennung innerhalb bestimmter Grenzen geregelt ist. Nitrocellulose bildet die Basis für alle modernen Schießpulver und sie wird typischerweise heutzutage mit Nitroglycerin kombiniert, wobei das sogenannte rauchlose Pulver entsteht. Moderne Pulver können beliebige Formen haben, z. B. die Form von Flocken, Streifen, Kinkeln und zylindrische Körper. Der Ausdruck »einbasiges Pulver« bezieht sich im allgemeinen auf kolloidierte Nitrocellulose in Abwesenheit von Nitroglycerin oder anderen Weichmachern. Der Ausdruck »zweibasiges Pulver« bezieht sich im allgemeinen auf Pulver, welche Nitrocellulose und Nitroglycerin oder andere Weichmacher enthalten. Diese zweibasigen Pulver enthalten gewöhnlich 15 bis 40% Nitroglycerin. Ihre Wirkungsweise ist mit einigen unerwünschten Merkmalen behaftet. Die auftretende hohe Brenntemperatur verursacht z. B. im Vergleich zu cinbasigcn Pulvern eine übermäßige Erosion im Rohr oder im Lauf. Darüber hinaus ist die Handhabung von Nitroglycerin sehr gefährlich.

Die frühen einbasigen Treibladungen aus Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von 13,15% hatten eine spezifische Energie von etwa 11 000 J/kg und eine isochore Flammentemperatur von 3292 ' K. Die Einverleibung von 20 Gewichtsprozent Nitroglycerin ergibt die zweibasige Standardtrcihladtmg mit einer spezifischen Energie von 11500 J/kg und mit einer isochoren Flammentemperatur von 3592° K. Die hohe Flammentemperatur des zweibasigen Systems ist sehr unerwünscht, da die Lebensdauer des Rohre aufgrund von Erosion stark eingeschränkt wird. Zur Überwindung dieses schwierigen Problems wurden dreibasige Treibladungen entwickelt, in welchen Nitroguanidin als »Kühlmittel« dem Nitrocellulose-Nitroglycerin-System einverleibt wurde. Eine herkömmliche dreibasige Treibladung mit 47,7 Gew.-% Nitroguanidin, 28,0% Nitrocellulose, 22,5% Nitroglycerin, 1,5% Äthylcentralit und 0,3% NatriuiTialuminiumfluorid hat eine spezifische Energie von 11100 J/kg und eine isochore Flammentemperatur T_v von 3040° K. Eine herkömmliche dreibasige Treibladung mit 54,7 Gew.-% Nitroguanidin, 20,0 Gew.-% Nitrocellulose, 19,0 Gew.-% Nitroglycerin, 4,5 Gew.-% Dibutylphthalat, 1,5 Gew.-% 2-Nitrodiphenylamin und 0,3 Gew.-% Natriumaluminiumfluorid hat eine spezifische Energie von 10200 J/kg und eine isochore Flammentemperatur T₁₁ von 2597° K.

Es ist aus »Technical Report FRL TR-10« der FeItman Research Laboratories, Picatinny Arsenal, Dover, N. J., August 1960, eine Feststoff-Projektil-Treibladung bekannt, welche Triaminoguanidinnitrat zusätzlich zu mit Nitroglycerin plastifizierter Nitrocellulose enthält. Diese Treibladung hat eine hohe spezifische Energie, sowie eine niedrige isochore Flammentemperatur. Die Stabilität dieser Treibladung ist

so jedoch äußerst gering. Sie beträgt bei 110° C 1,92 ml Gas/g · h. Diese Instabilität macht die bekannte Treibladung praktisch unbrauchbar.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Feststoff-Projektiltrcibladung zu schaffen, welehe die hohe spezifische Energie zweibasiger Treibladungen und die niedrige isochore Flammcntemperatur dreibasiger Treibladungen in sich vereinigt und eine hohe Stabilität iiat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Feststoff-Projektiltreibladung aus mit Triaminoguanidinnitrat vermischter plastifizierter Nitrocellulose gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Nitrocellulose mit Trimethyloläthantrinitrat und/oder Triäthylenglykoldinitrat plastifiziert ist.

as Das Triaminoguanidinnitrat kann als einziges Oxydationsmittel zugegen sein oder es kann in Kombination mit anderen Oxydationsmitteln wie Cyclotrimcthylcntrinitramin oder Cyclotetramethylentctranitramin vorliegen. Typischerweise wird eine hoch-ni-

s(i troplastifizierte Nitrocellulose eingesetzt. Ferner kann ein nicht-energetischer Weichmacher, wie z. B. PoIyäthylenglycol, zugegen sein. Die erfindungsgemäße Treibladung kann spezifische Energiewerte in einem weiten Bereich und relativ niedrige Flammentcmperaturen, welche typischerweise unterhalb 3000° K liegen, aufweisen. Die erfiiidungsgemäße Projektiltreibladung enthält keine Metalltreibstoffe, da Metallpartikel in dem Verbrennungsgas zu unerwünschter Rohrerosioii führen. Vorzugsweise enthalten die

Wi Projektihreibladungen lediglich Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff, damit bei der Verbrennung ausschließlich nicht-korrodicrcndc Gase gebildet werden. Die Komponenten der j'rojektiltreihladung sind vorzugsweise Materialien mit einem

ns hohen Gehalt an Stickstoff und Wasserstoff und mit einem niedrigen Gehalt an Kohlenstoff und Sauerstoff um ein hohes mittleres Molekulargewicht der Verhrcnnungsproduklc /u vermeiden, liin niedriges Mo-

lekulargewicht der Verbrennungsprodukte ist erwünscht, da hierdurch der Antriebswert erhöht wird.

Triaminoguanidinnitrat (TAGN) ist ein dichter, nicht-hygroskopischer, thermisch stabiler Festkörper. TAGN kann leicht in hohen Ausbeuten aus Guanidinnitrat und Hydrazin hergestellt werden (Diamond, L. H., Derivatives of Hydrazine, Veröffentlichung Nr. 10466, Universitäts-Mikrofilme, Ann Arbor, Michigan, 1954). Es kann ferner durch wäßrige Verschmelzung von Calciumcyanamid und Hydrazinnitrat hergestellt werden, sowie durch Umsetzung einer Mischung von Hydrazinnitrat und Hydrazinhydrat mit Dicyandiamid (US-Patent 3285958).

TAGN macht vorzugsweise 25 bis 80 Gew.-% der Treibladung aus. Es ist im allgemeinen bevorzugt, daß die Feststofftreibladung etwa 50 bis 80 Gew.-% TAGN enthält, wobei der Rest plastifiziert Nitrocellulose als Binder umfassen kann. Wie bereits vorher erwähnt, kann das TAGN-Oxydationsmittel entweder alleine oder in Kombination mit anderen Oxydationsmitteln vorliegen. Es ist im allgemeinen bevorzugt, die Menge an TAGN je nach der Menge der sekundären Oxydationsmittel zu verringern. Cyclotrimethylen-trinitramin (RDX) und Cyclotetramethylen-tetranitramin (HMX) sind bevorzugte sekundäre Oxydationsmittel, da sie einen relativ hohen Stickstoff- und Wasserstoff-Gehalt und einen relativ niedrigen Kohlenstoff- und Sauerstoff-Gehalt aufweisen. Ferner haben diese sekundären Oxydationsmittel eine relativ hohe positive Bildungswärme, eine große Dichte, eine befriedigende thermische Stabilität und eine annehmbare Schlagempfindlichkeit. Darüber hinaus sind sie nicht hygroskopisch. RDX ist das bevorzugte Oxydationsmittel, vorzugsweise wegen der Kosten und der Zugänglichkeit. Gewöhnlich umfassen die erfindungsgemäßen Treibladungen etwa 0 bis 30 Gew.-% RDX oder HMX und vorzugsweise etwa 0 bis 25 Gew.-% RDX oder HMX. Es können als sekundäre Oxydationsmittel auch Methylen- oder Äthylendinitramin anstelle von RDX oder HMX eingesetzt werden.

Der Nitrocellulose-Gehalt der Treibladung variiert normalerweise im Bereich von insbesondere 5 bis 30 Gew.-% und vorzugsweise im Bereich von 5 bis 10 Gcw.-%, wenn ein hoch-nitroplastifizierter Nitrocellulose-Binder verwendet wird und insbesondere im Bei eich von 15 bis 25 Gew.-%, wenn ein nicht-energiercicher Weichmacher eingesetzt ist. Die Nitrocellulose enthält vorzugsweise 12,5 bis 13,5 Gew.-% Stickstoff.

Der jeweilige für den Nitrocellulose-Binder verwendete Weichmacher hängt von dem erforderlichen Wert der spezifischen Energie der Fcststofftreibladung ab, sowie von der erwünschten Flammentempcratur und den übrigen physikalischen Eigenschaften der Treibladung.

Bei cncrgiercichcn Systemen ist der Weichmacher vorzugsweise ein Gemisch von Trimethyloläthan-tiiniirat (TMETN) und Triäthylenglycol-dinitrat (TEGDN). Das Gewichtsverhältnis der Bestandteile des cncreicreichcn Wc^:chmachcr-Gcmisches variiert je nach der erwünschten Wirkung. Der Weichmacher für die Nitrocellulose liegt vorzugsweise in Mengen von etwa 5 bis 30 Gew. % bezogen auf die Treibladung vor.

Es wurde durch J. E. Flanagan und V. E. Haury gefunden, daß brauchbare TAGN enthaltende Projektiltreibladungen auch unter Verwendung von nicht-energiereichen Weichmachern hergestellt werden könnesi, insbesondere wenn Treibladungen mit

ίο einer spezifischen Energie unterhalb derjenigen der zweibasigen Standard-Treibladung erwünscht oder bei dem jeweiligen Verwendungszweck geeignet sind. Bevorzugte nicht-energiereiche Weichmacher sind Polyaikylenglycole, wie z. B. Polyäthylenglycol und

is Polypropylenglycol und ihre Alkyläther-Derivate, wie z. B. Diäthylenglycol-monobutyläther. Als Weichmacher kann Diäthylenglycol-dinitrat oder Bis(dinitropropyl)acetal-formal eingesetzt werden. Es ist bevorzugt, flüssige Weichmacher zuzusetzen, so daß die

Treibladungen leicht verarbeitet werden können. Zum Beispiel ist es im allgemeinen bevorzugt, ein Polyäthylenglycol zu wählen, dessen Molekulargewicht einen Wf.rt von etwa 600 nicht übersteigt oder ein Polypropylenglycol, dessen Molekulargewicht den

Wert von etwa 4000 nicht übersteigt. Der Weichmacher liegt gewöhnlich in Mengen von etwa 5 bis 20 Gew.-% bezogen auf die Treibladung vor.

Herkömmliche Stabilisatoren können zugesetzt werden, um der Treibladung eine befriedigende Sta-

bilität gegen chemische Zersetzung zu geben. Als Stabilisatoren können z. B. Nitrodiphenylamin (NDPA), und Äthyl-centralit (Ν,Ν'-Diäthylcarbanilid) verwendet werden. Äthyl-centralit (EC) wird bevorzugt in Kombination mit Resorcin (Res) eingesetzt. Die Menge des der Treibladung zugesetzten Stabilisators beträgt typischerweise 0,5 bis 1,5 Gew.-%.

Die erfindungsgemäßen Treibladungen können unter Verwendung herkömmlicher Einrichtungen zur Herstellung von rauchlosem Pulver hergestellt wer den. Die Treibladung hat übliche Abmessungen. Sie kann nicht-perforiert, mono-perforiert oder multiperforiert sein. Zum Beispiel können die Körner sieben Perforationen aufweisen. Die Treibladung kann zylindrisch sein oder eine Rosettenkonfiguration ha ben.

Zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindungwurde eine Treibladung mit 78 Gew.-% TAGN, 7 Gew.-% Nitrocellulose (12,6% N), 10 Gew.-% TEGDN, 4 Gew.-% TMETN und 1 Gcw.-% NDPA

so hergestellt. Die Treibladung (8 g in Form von 0,076 cm dicken Scheiben von 0,076cm Durchmesser) wurde in einem 20 mm Mann-Rohr abgefeuert. Ein maximaler Druck von 1676 bar wurde erreicht. Bei einem zweiten Test wurden 10 g eines 7-Loch- Pulvers abgefeuert. Die Länge der Treibladung betrug 0,43 cm und der Durchmesser betrug 0,48 cm und die Perforation hatte einen Durchmesser von 0,066 cm. Ein maximaler Druck von 2979 bar wurde beim Abfeuern erhalten. Die Tests zeigen, daß eine glatte Ver-

(,0 brennung und Zündung eintritt, obwohl das Gewicht und die Abmessungen der Treibladung nicht optimiert sind.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Feststoff-Projektiltreibladung aus mit Triaminoguanidinnitrat vermischter plastifizierter Nitrocellulose, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitrocellulose mit Trimethyloläthantrinitrat und/oder Triäthylenglykoldinitrat plastifiziert ist.

2. Treibladung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch 25 bis 80 Gewichtsprozent und vorzugsweise 50 bis 80 Gewichtsprozent Triaminoguanidinnitrat.

3. Treibladung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 40 bis 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise 50 bis 70 Gewichtsprozent an Triaminoguanidinnitrat.

4. Treibladung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0 bis 20 Gewichtsprozent Cyclotrimethylen-trinitramin oder Cyclotetramethylen-tctranitramin.

5. Treibladung nach einem der Ansprüche 1 bis

4, gekennzeichnet durch einen Gehalt von 5 bis 30 Gewichtsprozent und vorzugsweise 5 bis 10 Gewichtsprozent Nitrocellulose.

6. Treibladung nach einem der Ansprüche 1 bis

5, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Gehalt an einem nicht-energiereichen Weichmacher.

7. Treibladung nach einem der Ansprüche 1 bis

6, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 5 bis 30 Gewichtsprozent Gesamt-Weichmacher.