DE2365595A1

DE2365595A1 - Hochleistungssprengkoerper

Info

Publication number: DE2365595A1
Application number: DE2365595*A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Lechner; Anton Dipl Chem Dr Reichel; Oswald Roos
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1973-07-14
Filing date: 1973-07-14
Publication date: 1975-10-02

Description

Ho ch 1 e is tu ng s sρ r engk or ρ er

Die Erfindung betrifft Hochleistungssprengkörper aus 85 bis 95 % Hochleistungssprengstoff(en), 2 bis 15 % Harzbindemittel(η) und O bis 13 % Phlegmatisierungsmittel(n) mit geringer Schlagempfindlichkeit und Rißanfälligkeit, sowie hoher Druckfestigkeit·

Hochleistungssprengkörper der vorstehend bezeichneten Zusammensetzung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung sind bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 2 117 854)· Diese bekannten Hochleistungssprengkörper vermögen jedoch

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den ständig wachsenden Anforderungen hinsichtlich der anwendungstechnischen Güteeigenschaften, insbesondere bezüglich hoher Brisanz bei gleichzeitig hoher Druckfestigkeit, geringer Schlagempfindlichkeit und Rißanfälligkeit,· hoher Dichte und Homogenität, sowie geringer Temperaturempfindlichkeit, ebensowenig zu genügen, wie nach modernen Vibrationsgußverfahren (deutsche Patentschriften 1 101 246 und 1 207 842) hergestellte Hochleistungssprengkörper, die als Bindemittel TNT enthalten, oder nach anderen bekannten Verfahren gepreßte, harzbin— demittelhaltige Hoch1eistungsSprengkörper mit geringerem oder höherem Bindemittelgehalt (deutsche Offenlegungsschriften 1 571 277 und 1 796 095).

So kann man beispielsweise nach dem Vibrationsgußverfahren zwar Hexogen-TNT-Sprengkörper mit einem Hexogengehalt von bis zu 85 % erhalten, deren Brisanz bzw« Sprengenergie etwa derjenigen gepreßter Ladungen aus 95 % Hexogen und 5 % inerten Binde- und/oder Phlegmatlsierungsmitteln entspricht, jedoch sind beide genannten Arten bekannter Hochleistung sSprengkörper mit dem Nachteil teehaf feet, daß ihre Druckfestigkeit bereits bei normalen Temperaturen nicht voll befriedigen kann und zudem wegen der in der -Regel ziemlich niedrig liegenden Schmelz- bzw. !Erweichungspunkte der in ihnen enthaltenen Binde- und/oder Phlegmatisierungsmittel bereits bei Temperaturerhöhungen, die im Einsatz, x.B. in Raketenköpfen, nur schwer oder überhaupt nicht EU vermeiden sind, erheblich weiter abfällt. Diesbezüglich konnte bislang auch durch die Verwendung höher als die bekannten Phlegmatisierungemittel, wie Wachse oder Stearate, schmelzender therwojp las tische r Kunststoffe iceine entscheidende Verbesserung ei?z'ieilt werden, da Tfrermoipl*ste mit ausreichend hohen Erw*iGhung;»punlctfin von beiepielsweisse 350°£ und mehr wegen aier Gefahr, daß cdie

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Sprengstoffe verpuffen, nicht mehr bei den Temperaturen verpreßt oder nachgesintert werden können, die erforderlich wären, um HochleistungsSprengkörper mit hohem, in eine ausreichende Druckfestigkeit gewährleistende Bindemittelmatrix eingebettetem Hochleistungssprengstoffgehalt zu erhalten. ;

Stellt man HochleistungsSprengkörper, die statt der für diesen Zweck schon länger gebräuchlichen Phlegmatisierungsmitte, wie Wachse oder Stearate, Thermoplaste mit relativ niedrigen Schmelz- oder Erweichungspunkten enthalten, durch Verpressen bei einer unterhalb des Sicherheitsrisikobereichs liegenden Temperatur her, so erhält man Produkte, die hinsichtlich ihrer Druckfestigkeit - die in etwa derjenigen von gegossenen Sprengkörpern aus TNT und Hexogen entspricht und somit in einem Bereich von etwa

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50 bis 160 km/cm liegt - und meist auch bezüglich anderer wesentlicher anwendungstechnischer Gütewerte nicht befriedigen können.

Schließlich waren auch alle bisherigen Versuche, auf Hochleistungssprengstoffpulver nicht oder nur unvollständig ausgehärtete Harzvorprodukte durch Abscheiden aus einer Dispersion in einem flüssigen, in der Regel wäßrigen Dispersionsmedium und anschließende Trocknung aufzuziehen, die so behandelten Hochleistungssprengstoffe dann zu verpressen und die dabei erhaltenen Sprengkörper auszuhärten (deutsche Offenlegungsschriften 1 571 277 und 1 796 095), erfolglos, da sich zeigte, daß auf diese Weise erhaltene Hochleistungssprengkörper bezüglich ihrer durch die Detonationsgeschwindigkeit charakterisierten Brisanz bzw. Leistung und/oder ihrer Druckfestigkeit, sowie häufig auch hinsichtlich anderer wesentlicher anwendungstechnischer Eigenschaften den gestellten Anforderungen nicht genügten.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Hochleistungssprengkörper der eingangs bezeichneten Art zur Verfügung zu stellen, die außer einer hohen Energie bzw. Leistung und einer hohen Temperaturäabilität eine bei nach herkömmlichen Verfahren hergestellten Hochleistungssprengkörpern nicht erreichbare Druckfestigkeit aufweisen und zudem optimal sicher sind, sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Hochleistungssprengkörper zu schaffen·

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Hochleistungssprengkörper der eingangs bezeichneten Art gelöst, die durch eine nach DIN 53 545, jedoch mit einer Prüfgeschwindigkeit von 6 mm pro Minute bestimmte Druckfestigkeit von

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mindestens 300 kp/cm gekennzeichnet sind·

Die vorstehend angegebene Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß man HochleistungsSprengkörper mit den gewünschten Eigenschaften erhält, wenn man ein Gemisch aus 85 bis 95 % gekörntem Hochleistungssprengstoff, auf den gegebenenfalls vorher, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemisches, bis zu 13 % Phlegmatisierungsmittel aufgezogen wurden, und 2 bis 15 % eines flüssigen, bei Temperaturen von weniger als 100 C zu einem Harzbindemittel aushärtbaren Kunststoffvorproduktgemisch in an sich bekannter Weise zu entsprechenden Formkörpern verpreßt und diese dann bei Temperaturen von höchstens 100⁰C aushärtet.

Bevorzugte erfindungsgemäße Hochleistungssprengkörper enthalten höchstens 8 und insbesondere höchstens 6 % Harzbindemittel.

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Besonders günstige anwendungstechnische Eigenschaften weisen erfindungsgemäße Hochleistungssprengkörper auf, die 2 bis 11 und insbesondere solche_s die 3 bis 6 % Phlegmatisierungsmittel enthalten.

Im Hinblick auf eine möglichst hohe Brisanz bzw. Leistung bei gleichzeitig hervorragender Druckfestigkeit und ausgezeichneten anderen wesentlichen anwendungstechnischen Eigenschaften stellen erflndungsgemSße Hochleistungssprengkörper mit einem Gehalt von 88 bis 94 % Hochleistungssprengstoff (en) eine besonders zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung dar.

Als Harzbindemittel sind in er.findungsgemäßesi Hochleistungssprengkörpern zäh-harte bis zäh-elastische Harze und insbesondere Elastomere bevorzugt, da sich gezeigt hat, daß mit spröd-harten Harzbindemitteln zwar unter Umständen besonders druckfeste Hochleistungssprengkörper erhalten werden können, die dann aber In der Regel entweder recht schlagempfindlich sind, oder, wenn man zur Verbesserung der Beschußsicherheit verhältnismäßig viel Phlegmatisierungsmittel einarbeitet, bezüglich des Gehalts an Hochleistungssprengstoff und damit auch ihrer Brisanz bzw. Leistung nur knapp über dem erfindungsgemäß als gerade noch ausreichend angesehenen unteren Grenzwert liegen.

Damit die erfindungsgemäßen Hochleistungssprengkörper nicht nur bei Raumtemperatur, sondern auch bei höheren Temperaturen noch ausreichend druckfest sind, sollen die in ihnen enthaltenen Harzbindemittel einen Erweichungspunkt von mindestens 80, vorzugsweise mindestens 100 und insbesondere mindestens 140 C aufweiten.

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Beispiele für erfindungsgesnäße Hoch leistungs Sprengkörper geeigneter Harsbindemittel sind?

.P©lyester_f vorzugsweise Polyester ungesättigter Carbonsäuren mit aliphatischen oder aromatischen Alkoholen, wie Polyacryl-= und Polymethacrylsäureester, Ester mehrwertiger Carbonsäuren mit mehrwertigen gesättigten oder wagesättigten₀ vorzugsweise aliphatischen Alkoholen, wi® P©lySthylenterephthalat_s Epoxyharze mit sauren Härten, vorzugsweise Dicarbonsäuren Polyamide, Elastomeres, wie Polyurethane und Butadienhom©= oder °>snischp©lymere_s und ■won Halogenkohlenwasserstoffen abgeleitete Polymere ₀ wie

Erfindungsgemäße HoehleistungssprengkSrper enthalten vorzugsweise Sprengstoffkörnchens, die vor dem Vermischen rait dem flüssigen j, aushärtbaren Kunststoff vorpröduktge·=» misch mit WachsCen) und/oder SaIsCen) höherer Fettsäuren_p insbesondere StoaratCen)₀ übersogen warden₈ da solche Hoehleistungssprenglcörper selbst dansi₀ wenn sie ein extrem hartes und darait besonder© Druckfestigkeit verleihendes

lieh, d*he beispielsweise besonders boschußsicher sindo

Als HochleistungseprengstoffCi) enthalten erfindungsge= ijlße Hochleistungssprengkörper v©rsugs%ieise Hexogen, Okto gen und/oder Ni-tropentao.

Die Druckfestigkeit erfindungsgemäßer Hochleistungsspreng körper soll vorzugweise mindestens 350 kp/cm bei 20 C und mindestens 250 kp/ctn bei 70 C betragene

Bei Versuchen wurde festgestellt₈ daß die Eigenschaften ©rfindungsgemäßer Hoehl@i§tur*gssprengkörper bis su einero gewissen Grad von der Körnung des verwendeten Hochleistungs»

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Sprengstoffs abhängen, und daß man Hochleistungssprengkörper mit besonders günstigen anwendungstechnischen Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich Dichte und Druckfestigkeit, erhält, wenn man beim.·Verfahren der Erfindung einen Hochleistungssprengstoff mit einer Korngröße von höchstens etwa 150 um und insbesondere etwa 20 bis 80 um einsetzt. Ferner wurde festgestellt, daß sich die Eigenschaften der Hochleistungssprengkörper beim Verfahren der Erfindung dadurch günstig beeinflussen lassen, daß man als Ausgangsmaterial Hochleistungssprengstoffe verwendet, deren Korngrößenverteilung einer Fullerkurve entspricht. Noch günstiger ist, wie festgestellt wurde, die Verwendung von Hochleistungssprengstoff en, die vorwiegend, d.h. zu mehr als 50 % und vorzugsweise zu etwa 70 bis. 90 % aus einem verhältnismäßig grob gekörnten Anteil mit einer vorzugsweise möglichst einheitlichen Korngröße im Bereich von etwa 200 bis 500 um und im übrigen aus einem feinkörnigen Anteil bestehen, dessen Korngröße höchstens etwa 1/iO bis 1/3 derjenigen des. Grobkornanteils entspricht. Die günstigen Eigenschaften unter Beachtung dieser Auswahlregeln hergestellter erfindungsgemäßer Hochleistungssprengkörper sind vermutlich darauf zurückzuführen, daß bei Verwendung von Hochleistungssprengstoffen, deren Körnung und/oder Korngrößenverteilung den vorstehenden Auswahlregeln genügt, eine besonders dichte Packung des Sprengstoffs in den HochleistungsSprengkörpern erreicht werden kann.

Die Verpressung des Gemischs aus Hochleistungssprengstoff(en) und Kunststoffvorproduktgemisch, sowie gegebenenfalls Phlegmatisierungsmittel kann in beliebiger an sich bekann-

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ter Meise durchgeführt werden _t wobei man vorzugsweise mit einem Preßdruck von et^a O₈S bis 5_S insbesondere 1„5 bis 3,5 t/cm² arbeitet.

Wenn ein klassisches Phlegmatisierungsmittel enthaltende erfindungsgemäße Hochleistungssprengkörper hergestellt werden sollen₉ so empfiehlt es sich, dieses auf die Sprengstoffkörnchen aufzuziehen, indem man es aus einer Lösung oder einer Dispersion von möglichst fein zerteiltem Phlegmatisierungsmittel In einem flüssigen, Vorzugs» weise leicht-flüchtlgen und/oder den Hochleistungssprengstoff nicht oder allenfalls schlecht lösenden inerten Dispersionsmedium, s.B© einem Alkohol, wie Methanol, Äthanol oder Propanol, Ester einer aliphatischen Carbonsäure mit einem aliphatischen Alkohol, wie Methyl- oder Äthylacetat, Keton, wie Aceton, Methyläthy!keton oder Cyclohexanon j aliphatischen oder aromatischen Halogenkohlenwasserstoff, wie Methylenchlorid, Trichloräthylen oder Chlorbenzol, oder substituierten Olefin, wie Styrol, oder einer Nitroverbindung, wie Nitromethan oder Nitrobenzol, auf dem Hochleistungssprengstoff abscheidet und dann das Dispersionsmedium möglichst vollständig, z.B. durch Verdampfen unter vermindertem Druck, entfernt.

Als Kunststoffvorproduktgemisch verwendet man erfindungsgemäß vorzugsweise solche Reaktionsgemische, die in Masse bei verhältnismäßig niederen Temperaturen von weniger als 80 und insbesondere weniger als 60 C relativ rasch und vorzugsweise in längstens 3 Tagen zu einem Harzbindemittel ausgehärtet werden können. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, daß festgestellt wurde, daß Kunststoff Vorproduktgemische, die nach dem Aufziehen auf den Hochleistungssprengstoff stunden- oder sogar tagelang nicht soweit aushärten, daß das betreffende Gemisch nicht mehr zu erfindungsgemäßen Hochleistungssprengkörpern

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verpreßbar ist₈ nach dem Verpress©n auch dann ziemlich rasch auszuhärten beginnen, wenn man die Preßlinge nicht anv;ärmt_s um die Härtungsreaktion in" Gang su setsen ©der su beschleunigen.

Eine besonders zweckmäßig© Ausführungs£öot der Erfindung stallen Hochleistungssprengkörper aus etwa 94 % Hochlei-εtungssprengstoff, etwa 2 % Har-abindemittel und etua 4 % Phlegrnatisierungsraittel dar₉ Seran Verhalten gegenüber Reibung, Schlag und Stoßwellen bsw. Beschüß demjenigen herkömmlicher Comp·-B-Sprengkörper entspricht_s.-obwohl sie eine weitaus höhere Brisanz als diese bekannten Sprengkörper besitzenj die der von bekannten Sprengkörpern aus 95 % Hexogen und 5 % Wachs entspricht, die diese bevorzugten erfindungsgemäßen Hochleistungssprengkörper hinsichtlich der Wirksamkeit wegen ihrer durch das Herstellungsverfahren bedingten hohen Homogenität im Sprengkörperaufbau sogar noch übertreffen« Ein weiterer und entscheidender Vorteil dieser bevorzugten erfindungsgemäßen Hochleistung ssprengkörper ist ihre enorme Druckfestigkeit,

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die mit 300 bis 400 kp/cm weitaus höher ist als diejenige aller herkömmlichen Hochleistungssprengkörper, die in der

2 Regel in einem Bereich von etwa 25 bis 150 kp/cm liegt.

Das nachfolgende Beispiel und die Vergleichsversuche erläutern die Erfindung.

Beispiel

Aus mit einer Kolloidmühle gemahlenem und anschließend getrocknetem Oktogen mit einer Korngröße von 20 bis 150 um (Durchschnittskorngröße 80 um) wurden unter Verwendung der nachstehend angegebenen Binde- und Phlegmatisierungsmittel wie folgt drei Gemische (Gemisch 1, 2 bzw. 3) hergestellt:

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Sas Qkt©g<sn wird® ul@ ©s was¹ in eines« Gewichts^erhSltnis 9 § 1- (Gemisch® 1 und 2) bsw_o nach in an sich bekann= Weise durchgeführter Phleginatisierung mit 41 Gewichts·= teilen Paraffinwachs auf 94- Gewichtsteile Qkfcogenpulver iß einera Gewichtsverhältnis won 98 § 2 (Gemisch 3) innig mit eines* bereits snifc Härter und Besehleuniger vermisch-= flü@sigen₉ ungesättigten Polyesterharz (Palatal PS) ehe i ΐίηα 3) hrnuo -Polyurethan mit einer Viskosität stwa 100 cP CPolimrethan K 334) (Gemisch 2) ver= !lischt₀ ©inige Stunden stehengelassen wad dann durch ein Sieb mit einer lichten Masehenweite ¹VQSi 315 ura gedrückt_o

so erhaltenen Geraische i-jurden 24 Stunden stehengelas= sen und jeweils in zwei Proben aufgeteilt_s die wie folgt

Erfindungsgemäße Probesprengkörpers Xn <sine 12_fl5· mm Form warden jeweils S₀S g aussuforraen des G<gmisch,l₉ 2 oder 3 gefüllt und salt einem Preß=

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druck "von 3 t/cro su einem sylindrischen₉ etwa 25 mm hohea Probesprengkörper mit einem Durchmesser von 12j5 Esro (Sprengkörper El₉ Ξ2 3bswo -E3 5 verpreßt_e der J.e%#eils bei Raumtemperatur über Macht au

II) Vergleichssprengkörpers

In eine 12₀5 mra Form viurden Jevjeils 5_S5 g auszuformen·= des Gemisch I₉ 2 oder 3 gefüllt und nach dem Vibrations= gußverfahren bei 95°C und mit einer Auflast von 200kp/ cm zu einem zylindrischen, etwa 25 mm hohen Vergleichssprengkörper mit einem Durchmesser von 12,5 mm (Sprengkörper Vl₉ V2 bzwο V3) ausgeformt, der jeweils über Nacht aushärtete.

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Von allen wie vorstehend beschrieben hergestellten Probe- bzw. Vergleichssprengkorpern wurden dann die Dichte, Druckfestigkeit, Schlagempfindlichkeit, Reibungsempfindlichkeit und Detonationsgeschwindigkeit wie folgt bestimmt:

a) Dichte: Durch Differenzwägüng in Wasser und Lwft

(Auftriebsmethode)·

b) Druckfestigkeit: Nach DIN 53 454, jedoch mit einer

Prüfgeschwindigkeit von 6mm pro Minute.

c) Schlagempfindlichkeit: Nach Vorschrift der BAM.

d) Reibungsempfindlichkeit: Nach Vorschrift der BAM,

e) Detonationsgeschwindigkeit:

Die bei diesen Versuchen erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßte

Tabelle

Eigenschaft	El	Vl	Sprengkörper	V2	i.o	Nr.	E3	V3	1,0
Dichte, g/cm	1,790	1,501	E2	1,567	>36	1,780	1,446	>36
Druckfestigkeit, . kp/cm	710	48	1,680	50	6700	350	44	6400
Schlagempfindlich keit, kp · m	0,5	1,0	387	1,5
Reibungsempfindlich keit, kp	24	>36	0,75	> 36
Detonationsgeschwin digkeit, m/s	8520	6710	>36	8690
		8400

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Aus den in der vorstehenden Tabelle aufgeführten Werten ist zu ersehen, daß die erfindungsgemäßen bzw· erfindungsgemäß hergestellten Hochleistungssprengkörper allen zum Vergleich untersuchten Hochleistungssprengkörpern nach dem Stand der Technik eindeutig überlegen sind, obwohl sie sich in ihrer Zusammensetzung nur wenig oder überhaupt nicht unterscheiden und auch zwischen den Verfahren, nach denen die untersuchten Sprengkörper hergestellt sind, scheinbar keine erheblichen Unterschiede bestehen.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Hochleistungssprengkörper aus 85 bis 95 % Hochleistungssprengstoff (en) , 2 bis 15 % Harzbindemittel(n) und 0 bis 13 % Phlegmatisierungsmittel(n) mit geringer Schlagempfindlichkeit und Rißanfälligkeit, sowie hoher Druckfestigkeit, gekennzeichnet durch eine nach DIN 53 454, jedoch mit einer Prüfgeschwindigkeit von 6 mm pro Minute bestimmte Druck-

2 festigkeit von mindestens 300 kp/cm ·

2. Hochleistungssprengkörper nach Anspruch l_s dadurch

gekennzeichnet

daß er höchstens 8,

vorzugsweise höchstens 6 % Harzbindemittel enthält.

3. Hochleistungssprengkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß er 1 bis 11, vorzugsweise 1 bis 6 und insbesondere 2 bis 5 % Phlegmatisierungsmittel enthält.

4. Hochleistungssprengkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß er 88 bis 94 % Hochleistungssprengstoff enthält.

5. Hochleistungssprengkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß er als Harzbindemittel ein zäh-hartes bis zäh-elastisches Harz, insbesondere ein Elastomer, enthält·

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6· Hochleistungssprengkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß er ein Harzbindemittel mit einem Erweichungspunkt von mindestens 8O₈ vorzugsweise mindestens 100 und insbesondere mindestens 140 ⁰C₉ enthält,

7. Hochleistungssprengkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß er als Phlegmatisierungsmittel ein oder mehrere Wachs(e) und/oder -SaIzCe) höherer Fettsäuren₉ insbesondere Stearat(e), enthält» ' .

8. Hochleistungssprengkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7j dadurch gekennzeichnet., daß ©s" als Hochleistungssprengstoff Hexogen, Oktogen und/oder Nitropenta_s enthält*

9» Hochleistungssprengkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ge kennzeichnet durch eine Druck-

2 festigkeit von mindestens 350 kp/cm bei Raumtemperatur

und mindestens 250 kp/cm² bei 70⁰C.

10. HochleistungsSprengkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Detonationsgesctwindigkeit von mindestens 8400 m/s.

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