DE2316538B2

DE2316538B2 - Verfahren zur Herstellung von Gudol- Pulver

Info

Publication number: DE2316538B2
Application number: DE2316538A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Chem. Dr. Heinrich 5210 Troisdorf Brachert; Dieter Girke; Joachim 3073 Liebenau Kleiß
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1973-04-03
Filing date: 1973-04-03
Publication date: 1981-07-23
Also published as: FR2224423A1; GB1458746A; DE2316538A1; IT1011206B; FR2224423B1; US3928514A; DE2316538C3; BE813016A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Gudol-Pulver aus Nitrocellulose, Diglykoldinitrat, Nitroguanidin und Zuschlagstoffen, bei dem eine wasserhaltige Rohmasse aus Nitrocellulose und Diglykoldinitrat mit den weiteren Komponenten vorgemischt, dann entwässert sowie plastifiziert und schließlich zur Pulverendform verpreßt wird.

Bei den Gudol-Pulvern handelt es sich um lösemittelfreie dreibasige Treibladungspulver aus den Komponenten Nitrocellulose, Diglykoldinitrat, Nitroguanidin und Zuschlagstoffen, wie beispielsweise Stabilisatoren oder Weichmachern. Ihre Herstellung erfolgt bisher in der Weise, daß eine wasserhaltige Pulverrohmasse aus Nitrocellulose und Diglykoldinitrat in einem Mischkneter mit Nitroguanidin und den notwendigen Stabilisatoren und Zuschlagstoffen vermischt und angeknetet wird.

Dieses Knetgut wird dann auf einem für die Pulververarbeitung geeigneten Walzenstuhl unter mehrmaligem Durchgang durch dessen Walzenspalt zu einem Fell gewalzt Bei diesem Verarbeitungsgang wird die Masse entwässert und gleichzeitig plastifiziert Das Fell wird dann zu einem sogenannten Folienwickel aufgewickelt, der schließlich mittels einer Topfpresse zum endgültigen Gudol-Pulver in Form von beispielsweise Röhren verpreßt wird. Die Röhren treten als ίο lange Stränge aus der Matrize der Topfpresse aus und werden auf die endgültige Länge geschnitten, die je nach Verwendungszweck zwischen 30 und 60 cm betragen kann.

Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß der Vorgang des Fellewalzens und das Herstellen der Folien wickel immer einer manuellen Bedingung bedarf und die Qualität des Pulvers von der Sorgfalt der Bearbeitung abhängt Auch bei mechanischen Hilfen läßt sich der Einfluß des Walzenarbeiters nicht ausschalten. Die Gleichmäßigkeit des Endproduktes ist insbesondere dadurch beeinträchtigt, daß der Walzvorgang chargenweise durchgeführt werden muß, daß es nicht mit konstanter Qualität herstellbar ist und daß diese dadurch bedingten Unterschiede durch ein Mischverfahren sich nicht vollkommen ausgleichen lassen. Zwar können die qualitativ unterschiedlichen Pulverröhren durch ein aufwendiges manuelles Sortieren auf eine gewisse Durchschnitts-Qualität gebracht werden, die jedoch in sich noch sehr große die innenballistischen

jo Eigenschaften des Pulvers nachteilig beeinflussende Streuungen aufweist.

Die Chargenmenge, die jeweils einzeln verarbeitet wird, schwankt je nach Größe des Walzenstuhls, übersteigt aber keinesfalls 20 kg. Auch die Bedienung

Ji der Topfpresse ist sehr zeitaufwendig. Die Topfpresse muß gefüllt und dann evakuiert werden, damit beim anschließenden Pressen im Pulverstrang keine Lunker auftreten, oder der Strang porös wird. Die Strangabschnitte zu Beginn des Preßvorgangs haben eine etwas

-to andere Qualität als während der Hauptpreßphase und auch während des gesamten Preßvorgangs sind die äußeren Bedingungen wie etwa im Einlauf zur Matrize nicht immer gleich. Dadurch wird aber beispielsweise die Wanddicke der Pulverröhren verändert, was wiederum eine Änderung des Röhrengewichtes und damit der innenballistischen Eigenschaften zur Folge hat. So soll beispielsweise eine Wanddicke von 1 mm auf wenigstens 0,05 mm genau eingehalten werden, was zumindest im Anfangs- und Endstadium des Topfpreß-Verfahrens nicht gewährleistet ist.

Als weiterer erheblicher Nachteil kommt noch hinzu, daß es infolge der starken Reibbeanspruchung des Pulvers im Walzenspalt wiederholt zu Walzenbränden kam, deren Folgen um so schwerwiegender sind, je größer die verarbeitete Chargenmenge ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile bei der Herstellung von Gudol-Pulver zu vermeiden, d. h. das Herstellungsverfahren rationeller und sicherer zu machen und insbesondere menschliche Einflüsse bei der Herstellung auszuschalten, um ein Pulver möglichst gleichbleibend guter Qualität zu erhalten.

Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe in vorteilhafter Weise gelöst werden kann, indem beim Verfahren zur Herstellung von Gudol-Pulver aus Nitrocellulose, Diglykoldinitrat, Nitroguanidin und Zuschlagstoffen, bei dem eine wasserhaltige Rohmasse aus Nitrocellulose und Diglykoldinitrat mit den weiteren

Komponenten vorgemischt, dann entwässert sowie plastifiziert und schließlich zur Pulverendform verpreßt wird, erfindungsgemäß der Wassergehalt der vorge-."ischten Komponenten in einer ersten Trockenstufe herabgesetzt wird, dann die vorgemischten Komponenten mittels einer kontinuierlich arbeitender. Kneteinrichtung homogenisiert und vorplastifiziert werden, anschließend daran der Wassergehalt ri'eser Masse in einer zweiten Trockenstufe noch weiter herabgesetzt wird, daraufhin die Masse mittels einer kontinuierlich ;o arbeitenden Schneckenpresse plastifiziert und in Granr> latform überfüfert, dann die Feuchtigkeit des Granulates auf die geforderte Preßfeuchtigkeit eingestellt und schließlich das Granulat mittels einer kontinuierlich arbeitenden Schneckenpresse zur Pulverendform ge- is preßt wird.

Zwar ist es von der Verarbeitung doppelbasiger Raketentreibstoffe her bekannt, kontinuierlich arbeitende Schneckenpressen zu verwenden. Im Unterschied zu den Raketenpulvern weisen die Gudol-Pulver jedoch >u einen sehr großen Gehalt an Feststoffe» (30 bis 40Gew.-% Nitroguanidin) auf und enthalten zudem auch erheblich weniger Wasser, so daß ihre Verarbeitungsviskosität im Vergleich zu derjenigen der Raketenpulver sehr hoch ist Dadurch bedingt sind sehr hohe Arbeitsdrücke mit entsprechend starker mechanischer Beanspruchung der zu verarbeitenden Masse, wodurch wiederum die Gefahr einer unbeabsichtigten Entzündung dieser Masse stark erhöht wird. Diese Gefa hr ist im übrigen auch dadurch sehr viel größer als bei den j<i Raketenpulvern, daß der hohe Feststoff- und geringe Wassergehalt unabhängig von der Viskositätserhöhung eine unmittelbare Erhöhung der zwischen den einzelnen Teilen auftretenden Reibung zur Folge hat. Erschwerend kommt des weiteren noch hinzu, daß aufgrund der gewünschten Pulverstrangprofile, z. B. Röhren mit einem inneren Durchmesser von nur etwa 1 bis 2 mm und einem Außendurchmesser von 3 bis 5 mm, im Hinblick auf die geforderte mechanische Stabilität der Werkzeuge sehr hohe Anforderungen an die Matrizenherstellung gestellt werden. Es war daher überraschend, daß trotz dieser an sich ungünstigen Voraussetzungen eine Verarbeitung der Gudol-Pulvermassen auf Schnekkenpressen und kontinuierlich arbeitenden Kneteinrichtungen möglich ist

Die Vormischung aus den einzelnen Komponenten kann chargenweise in einem der bekannten Mischkneter vorgenommen werden. Die in zwei Stufen erfolgende Trocknung sowie die Einstellung der Preßfeuchtigkeit können gleichfalls Chargen weise aber auch kontinuierlich vorgenommen werden. Im letzteren Falle hat man dann die Möglichkeit, das ganze Verfahren — ausgehend von der Vormischung — kontinuierlich, d. h. ohne Unterbrechung zwischen den einzelnen Verfahrensschritten durchzuführen. In jedem Falle ist damit in vorteilhafter Weise jeder mLnuelle Einfluß auf die Qualität des Pulvers vermieden. Alle wesentlichen Verfahrensschritte können mittels entsprechender Regeleinrichtungen automatisch durchgeführt werden, so daß nur wenig Bedienungspersonal erforderlich ist, das sich zudem auch nicht in unmittelbarer Nähe der Verfahrefisanlage aufhalten muß.

Alle einzelnen Verfahrensschritte können genau überwacht und registriert werden, so daß evtl. tn Störungen schnell erkannt und entsprechende Abhilfemaßnahmen eingeleitet werden können. Sofern dennoch einmal eine unbeabsichtigte Entzündung der zu verarbeitenden Masse erfolgen sollte, ist die dadurch gegebene Gefährdung im Vergleich zur bekannten Gudol-Pulverherstellung verhältnismäßig gering, da davon nicht wie beim herkömmlichen Verfahren die gesamte Chargenmenge von beispielsweise 20 kg betroffen ist sondern nur derjenige Anteil, welcher sich im Bereich des Austrittsendes der kontinuierlich arbeitenden Kneteinrichtung bzw. Schneckenpresse im Einschluß befindet Dieser Anteil beträgt im allgemeinen nur 0,5 bis 1 kg.

Als kontinuierlich arbeitende Knefeinrichtung kann beispielsweise ein Ko-Kneter verwendet werden, dessen Schnecke neben der Rotations- auch noch eine periodische Axialbewegung durchführt Im Hinblick auf eine möglichst intensive Knetung wird jedoch vorzugsweise ein sogenannter Scheibenkneter benutzt in welchem auf einer waagerecht liegenden Drehachse exzentrisch angeordnete Scheiben die zu verarbeitende Masse gegen die umhüllende Zylinderwand drücken und dadurch deren Vorplastifizierung herbeiführen. Die Aufgabe erfolgt am einen Ende des Zylinders und der Austrag am anderen Ende. Die Plastifizierung, Granulierung und Formgebung kann grundsätzlich mittels einer der für diese Zwecke geeigneten bekannten Schneckenpressen erfolgen.

Die Trocknung der zu verarbeitenden Masse wird durchgeführt, um bei erhöhten Temperaturen eine unter der Mitwirkung von Wasser erfolgende Umkristallisation des Nitroguanidins zu vermeiden. Diese Umkristallisation hätte größere Kristalle anderer Struktur zur Folge, die sich schlechter verarbeiten lassen und dementsprechend unerwünscht sind. In der ersten Trockenstufe wird der Wassergehalt auf etwa 5 bis 10 Gew.-%, in der zweiten Trockenstufe auf etwa 0,5 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise etwa 1 Gew.-%, reduziert. Die chargenweise Trocknung kann beispielsweise in Hordentrockenanlagen erfolgen, während die kontinuierliche Trocknung etwa in Tunnelofen mit durchlaufendem Transportband oder mittels Wendelwuchttrockner durchgeführt werden kann. Die Preßfeuchtigkeit beträgt etwa 0,5 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise etwa 0,6 Gew.-%. Die Einstellung der Granulatfeuchtigkeit auf diesen Wert kann ebenfalls chargenweise oder kontinuierlich erfolgen. Beispielsweise kann dazu das Granulat bei Umgebungstemperatur zwischengelagert werden, so daß sich die geforderte Preßfeuchtigkeit durch Feuchtigkeitsaustausch mit der Umgebung einstellt. Je nach den Umständen des Einzelfalles kann aber auch hier beispielsweise eine Trocknung bei erhöhter Temperatur erfolgen.

In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Granulat vorzugsweise vor der Einstellung der Preßfeuchtigkeit mittels einer Mischeinrichtung vermischt wird. Das Mischen erfolgt vorzugsweise vor dem Einstellen auf die Preßfeuchtigkeit da während des Mischvorganges noch Änderungen des Feuchtigkeitsgehaltes möglich sind. Damit ist es in äußerst vorteilhafter Weise möglich, nicht nur evtl. Qualitätsunterschiede innerhalb einer einzigen Charge vollkommen auszugleichen, sondern auch innerhalb eines gesamten Pulverloses, indem das Granulat sämtlicher Chargen miteinander vermischt wird. Die Vermischung kann mittels einer der bekannten Mischeinrichtungen erfolgen. Das gemischte Granulat wird dann kontinuierlich zur Pulverendform verpreßt. Der kontinuierliche Preßvorgang ergibt Pulverstränge mit vollkommen gleicher Dichte, Oberflächenbeschaffenheit und Abmessungen, so daß das Endprodukt

vollständig einheitlich ist und demzufolge praktisch auch keine Streuungen in den innenballistischen Eigenschaften mehr aufweist.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, die einzelnen Komponenten mittels Dosiereinrichtungen kontinuierlich einer Misch- und/oder Kneteinrichtung zuzuführen, in welcher sie kontinuierlich vorgemischt werden. Damit sind dann alle Verfahrensschritte bis auf die evtl. Granulatmischung grundsätzlich kontinuierlich durchführbar. Bei besonderen Zusammensetzungen oder Ausgangsstoffen für das herzustellende Gudol-Pulver ist es möglich, daß die mittels einer einzigen Kneteinrichtung erreichte Homogenisierung und Vorplastifizierung noch nicht den Anforderungen genügt. Für diesen Fall werden gemäß einem anderen Vorschlag der Erfindung die vorgemischten Komponenten mehrmals durch die Kneteinrichtung hindurchgeleitet, wozu die zu verarbeitende Masse mehrmals durch ein und dieselbe Kneteinrichtung oder auch durch mehrere hintereinander angeordnete Kneteinrichtungen hindurchgeleitet werden. Sofern in diesen Fällen auch das erhaltene Granulat noch zu porös ist bzw. eine zu geringe Dichte aufweist, kann erfindungsgemäß das Granulat mittels einer kontinuierlich arbeitenden Schneckenpresse erneut plastifiziert und wieder in Granulatform überführt werden. Diese erneute Plastifizierung und Granulierung kann vor oder auch nach dem evtl. Vermischen des zuerst hergestellten Granulates erfolgen.

Im Hinblick auf eine möglichst geringe mechanische Beanspruchung des Pulvers erweist es sich als vorteilhaft, erfindungsgemäß die Granulierung und die Verpressung zur Pulverendform mittels gleichsinnig umlaufender Doppelschneckenpressen durchzuführen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer schematischen Darstellung der aufeinanderfolgenden Verfahrensschritte noch näher erläutert.

Als Ausgangsstoffe werden 56,25 Gew.-% einer Pulverrohmasse aus 70Gew.-% Nitrocellulose und 30 Gew.-% Diglykoldinitrat (berechnet auf Trockensubstanz) mit etwa 35Gew.-% Wasser, 30Gew.-% Nitroguanidin und 13,75 Gew.-% Stabilisatoren, Weichmacher, Gleitmittel und anderen Zuschlagstoffen verwendet. Die Ausgangsstoffe werden wie beim herkömmlichen Verfahren chargenweise in einem Mischkneter Mbis zu 400 kg zusammengemischt. In der schematischen Darstellung des Mischkneters M sind zwei parallel angeordnete Wellen angedeutet, die mit je zwei gekrümmten Schaufeln versehen sind. Die vorgemischte Masse wird in die erste Trockenstufe Γ, überführt, wo der Wassergehalt auf etwa 5 bis 10Gew.-⁰/o reduziert wird. Dann wird sie in die kontinuierlich arbeitende Kneteinrichtung K, hier einem Scheibenkneter, eingeführt Nach einem dreimaligen Durchgang durch den Scheibenkneter ist die Masse so weit homogenisiert und vorplastifiziert, daß sie der zweiten Trockenstufe T₂ zugeführt werden kann, wo der Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 1 Gew.-% reduziert wird. Jetzt folgt der eigentliche Plastifizier- und Granuliervorgang in der Schneckenpresse Su bei der es sich um einen gleichlaufenden Doppelschneckenextruder handelt. In • dieser Vorrichtung laufen zwei kämmende Schneckenspindeln mit gleichem Drehsinn und kneten und verdichten des Material so, daß es am Ende dieser kontinuierlich arbeitenden Schneckenpresse über eine Lochmatrize mit angeschlossenen Schneidmessern in

:o Form eines gleichmäßigen Granulates austreten kann.

Das Granulat hat Zylinderform mit einem Durchmesser von etwa 3 mm und einer Höhe von gleichfalls etwa 3 mm.

Das Granulat sämtlicher Chargen, das schon in der

i-, Endzusammensetzung vorliegt, wird nun in der Mischzone MZ in der Menge, die etwa einem Pulverlos entspricht, gleichmäßig durchmischt. Mengen bis zu etwa 50 000 kg können ohne weiteres in der Art egalisiert werden. Das Granulat hat noch einen

Jd Feuchtigkeitsgehalt von etwa 1 Gew.-%. Es wird über eine Trockenanlage Ti — entweder ein kontinuierlich arbeitender Wendelwuchttrockner oder eine chargenweise zu bedienende Hordentrockenanlage — auf 0,5 Gew.-% Wassergehalt, der vorgegebenen Preßfeuchtigkeit, getrocknet. Durch den Trockenprozeß und den dabei erfolgenden Austritt von Wasser ist die Masse geringfügig porös. Im allgemeinen genügt diese Qualität, um beim anschließenden Preßvorgang ein einwandfreies Endprodukt zu erlangen. Sollte eine

«ι Masse extrem schwierig zu verarbeiten sein, was bei besonderen Rezepturen oder Ausgangsstoffen der Fall sein kann, läßt sich eine zweite Granulierstufe anschließen, die im Granulat schon eine maximale Dichte erreicht.

j5 Das Granulat wird im letzten Verarbeitungsschritt, dem Formgebungsprozeß, auf die endgültige Pulvergeometrie verpreßt. Es wird in eine Schneckenpresse S₂ mit angeschlossener Vielfach-Matrize, im vorliegenden Fall eine Matrize mit 37 Strangausgängen, eindosiert.

Bei der Schneckenpresse handelt es sich auch hier wieder um einen gleichlaufenden Doppelschneckenextruder mit kämmend angeordneten Schneckenspindeln. Von den 37 Strangausgängen sind in der schematischen Darstellung nur zwei angedeutet Austretende Stränge brauchen dann nur noch auf Länge geschnitten zu werden. Ein Mischen der so erhaltenen Pulverröhren ist in vorteilhafter Weise nicht mehr nötig. Dabei werden in beiden Schneckenpressen S\ und S? durch äußere Beheizung die Werkzeugtemperaturen auf etwa 80-90⁰C gehalten.

Der Preßdruck vor den Matrizen beträgt etwa 215 bar.

Durch dieses Verfahren ist die Zusammensetzung des Endproduktes absolut einheitlich. Die erhaltenen Pulverröhren weisen neben der gleichen Zusammensetzung auch gleiche geometrische Abmessungen, Dichte und Oberflächenbeschäffenheit auf.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Gudol-Pulver aus Nitrocellulose, Diglykoldinitrat Nitroguanidin und Zuschlagstoffen, bei dem eine wasserhaltige Rohmasse aus Nitrocellulose und Diglykoldinitrat mit den weiteren Komponenten vorgemischt, dann entwässert sowie plastifiziert und schließlich zur Pulverendform verpreßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wassergehalt der vorgemischten Komponenten in einer ersten Trokkenstufe herabgesetzt wird, dann die vorgemischten Komponenten mittels einer kontinuierlich arbeitenden Kneteinrichtung homogenisiert und vorplastifiziert werden, anschließend daran der Wassergehalt dieser Masse in einer zweiten Trockenstufe noch weiter herabgesetzt wird, daraufhin die Masse mittels einer kontinuierlich arbeitenden Schneckenpresse plastifiziert und in Granulatform überführt, dann die Feuchtigkeit des Granulats auf die geforderte Preßfeuchtigkeit eingestellt und schließlich das Granulat mittels einer kontinuierlich arbeitenden Schneckenpresse zur Pulverendform verpreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat vor der Einstellung der Preßfeuchtigkeit mittels einer Mischeinrichtung vermischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Komponenten mittels Dosiereinrichtungen kontinuierlich einer Misch- und/oder Kneteinrichtung in vorgegebenen Mengen zugeführt werden, in welcher sie kontinuierlich vorgemischt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgemischten Komponenten mehrmals durch die Kneteinrichtung hindurchgeleitet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat mittels einer kontinuierlich arbeitenden Schneckenpresse erneut plastifiziert und wieder in Granulatform überführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Granulierung und die Verpressung zur Pulverendform mittels gleichsinnig umlaufender Doppelschneckenpressen durchgeführt werden.