DE2554021C3

DE2554021C3 - Pyrotechnische Masse, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung in Signalpatronen

Info

Publication number: DE2554021C3
Application number: DE19752554021
Authority: DE
Inventors: Ulf 6719 Kirchheim Deisenroth
Original assignee: PYROTECHNISCHE FABRIK F FEISTEL KG 6719 GOELLHEIM
Current assignee: DEISENROTH, FRIEDRICH-ULF, 8899 RETTENBACH, DE
Priority date: 1975-12-02
Filing date: 1975-12-02
Publication date: 1980-04-30
Also published as: DE2554021B2; DE2554021A1

Description

Die Erfindung betrifft eine pyrotechnische Masse, bestehend aus einem Brennstoff und einem Sauerstoffträger, ein Verfahren zu deren Herstellung und eine pyrotechnische Signalpatrone. Bei der pyrotechnischen Masse handelt es sich um eine, die sich als Treibladungspulver, Zündsatz für metallhaltige Leuchtsätze, Zfindpulver für Feststoffraketentriebwerk^ Beiladungspul ver für Artilleriemunition und pyrotechnische Effektsätze verwenden läßt.

Als Treibladungspulver und zündwillige Anfeuerung in pyrotechnischer Munition diente bisher meist herkömmliches Schwarzpulver, eine Mischung au« Kaliumnitrat, Holzkohle und Schwefel.
Hierbei ergeben sich folgende Nachteile:
Der Schwefel des Schwarzpulvers kann mit dem Bleitrinitroresorcinat des als Primärzündung in pyrotechnischer Munition verwendeten Zündhütchens reagieren und dieses unbrauchbar machen. Dadurch ist man gezwunger., speziell für die Pyrotechnik Zündhütchen mit bleifreien Zündsätzen herzustellen und zu verwenden.

Ferner werden Patronenhülsen aus Aluminium vor allem bei höheren Lagertemperaturen durch den Schwefel unter Sulfid-Bildung angegriffen und in extremen Fällen zerstörL

Schließlich verschmutzt bei Verwendung von Schwarzpulver als Treibladung und Anfeuerung die zum Schießen benutzte Signalpistole stark.

Dadurch ist es schon nach wenigen Schuß .nit z. H. einer Einzelsternmunition, die eine Hülsenlänge von 80 mm besitzt, nicht mehr möglich, eine Fallschirmpatrone, die 150 mm lang ist, zu verladen. Das ist, wenn es sich z. B. um Notsignalmunition handelt, für die Truppe von schwerwiegendem Nachteil. Bei der Verwendung von herkömmlichem Schwarzpulver als leicht zündbarer Anfeuerung in gepreßten Signalsternen ist zu beachten, daß der Schwefel zwangsläufig mit dem Magnesium der Zwischensätze unter Bildung von schwer zündbaren Schichten reagiert. Das führt beim herkömmlichen Aufbau des Signalsystems, Leuchtsatz, Zwischensatz (der den Leuchtsatz zündet), Schwarzpulvcr (das den Zwischensatz zündet), zu Versagern in der Zündkelle und damit zum Versagen der Munition.

Außerdem ist bei Schwarzpulver die Qualität des Endproduktes von der Beschaffenheit der als Rohstoff nicht exakt zu definierenden Holzkohle und des Naturproduktes Schwefel abhängig.

Naturprodukte verursachen, bedingt durch örtliche Vorkommen mit unterschiedlichen Anteilen und Arten von Verunreinigungen, in pyrotec'inischen Massen erfahrungsgemäß Qualitätsschwankungen, so daß man den Einsatz dieser Produkte nach Vluglichkeit vermeidet. Diese Nachteile hat man durch Verwendung von schwefelfreiem Schwarzpulver, dem sogenannten 2-Komponenien-Schwarzpulver zu vermeiden gesucht, wie sie z.B. in der OS 16 46 315 und OS 16 46 317 beschrieben sind.

Für Treibladungspulver in pyrotechnischer Munition sind diese 2-Komponenten-Pulver jedoch dem herkömmlichen Schwarzpulver an Leistung und Zündwiliigkeit unterlegen, so daß außer der Verbesserung der chemischen Stabilität keine weiteren Vorteile erzielt werden.

Man hat auch versucht, aus Kaliumnitrat, Tetranitrocarbazol und Aluminium bestehendes Pulver zu verwenden. Die Vorteile dieses Pulvers, gute chemische Stabilität und hoher Energiegehalt, werden durch die Nachteile, wie große mechanische Empfindlichkeit und Aufwendigkeit des Tetranitrocarbazols mehr als aufgewogen. Tetranitrocarbazol (TNC) ist auch Bestandteil einer Anfeuerung für magnesiumhallige Leuchtkörper, in denen das Schwarzpulver und der Zwischensatz durch eine Mischung aus TNC, Zirkonhydrid, Bariumnilrat und einem Kunstharzbinder ersetzt wurde.

Der Nachteil dieses Pulvers iu die Gefährlichkeit seiner Herstellung und die Aufwendigkeit des Zirkonhydrids und des TNC. Schließlich hat man Schwarzpulver in Artillerieprimern durch Mischungen aus Nitrocellulose und 2-Komponenten-Pulver ohne aus Nitrocellulose, Magnesium und Kaliumnitrat ersetzt. Der Nachteil

dieser Pulver ist, dall sie nach den bekannten Verfahren für NC-Pulver hergestellt werden und daher aufwendig sind. Ferner ist aus der OS 17 71 454 bekannt, Pulver aus anorganischen oder organischen Nitraten, organischen Harzen und natürlichen Brennstoffen herzustellen. Der Nachteil solcher Pulver ist vor allem die mit der ausschließlichen Verwendung von wasserlöslichen Nitraten, wie KNOi und Ba(NOi)₂ verbundene Feuchtigkeitsempfindlichkeit, die durch die Verwendung von natürlichen Brennstoffen, wie Zucker und Kohle noch gesteigert wird.

Generell ist die Verwendung von natürlichen Brennstoffen, wie Gummi accroides. Gummi arabicum. Stärke U. ä- in pyrotechnischen Massen bekannt.

Der Nachteil dieser Brennstoffe ist neben den bereits oben beschriebenen, die schlechte Feuchtigkeitsbeständigkeit der damit hergestellten Massen, vor ullcm in Anwesenheit von Metallpulvern.

Bekannt sind auch Kombinationen elastomeren Bindermaterials wie Polyisobutylen, Bulylgumrci, Butadien, Styrolcopolymer, Polyalkylsulfidpolymer, Butadienacrylnitrilcopolymer. Polyvinylalkohol und Chloropren mit einem anorganischen Oxydator wie Chromat, Permanganal, Perchlorat etc. (siehe z. B. GB-PS 9 41 745). Diese dienen jedoch als Raketentreibstoffe, müssen daher langsam und gesteuert abbrennen. Sie sind daher z. B. als Treibladungspulver in pyrotechnischen Sätzen völlig ungeeignet.

Es wurde nun gefunden, daß eine pyrotechnische Masse, die als Brennstoff polymere und/oder copolymere cycloaliphatische Kohlenwasserstoffverbindungen, ggf. unter Zusatz von polymeren und/oder copolymeren aromatischen Kohlenwasserstoffverbindungen, enthält, die Nachteile der oben beschriebenen Sätze nicht aufweist.

Geeignete Sauerstoffträger sind Perchlorate, insbesondere schwerlösliche Perchlorate, wie Kaliumperchlorat, eventuell in Mischung mit an sich bekannten farbgebenden Nitraten, wie Bariuninitrat und Strontiumnitrat. Ihr Gewichtsanteil in der pyrotechnischen Masse sollte mindestens 40% betragen.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, Kohlenwasserstoffverbindungen mit einem Molekulargewicht vcn 600 bis 1500 einzusetzen. Beispiele solcher Kohlenwasserstoffe sind polymere Cyclopentandiene und/oder deren Copolymere mit Penten, Methylbuten, Isopren.

Es wird ferner vorgeschlagen, daß die pyrotechnische Masse als Sauerstoffträger Perchlorate enthält, vorzugsweise in Mengen von mindestens 40%.

Die pyrotechnische Masse kann zusätzlich pyrotechnische Hilfsmittel enthalten, beispielsweise polymerisierbare, härtbare oder thermoplastische Kunststoffe. Sie kann in poröser Form vorliegen und/oder granuliert sein.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines porösen pyrotechnischen Granulats, nach dem man erfindungsgemäß Brennstoff mit dem Lösungsmittel enthallenden Binder und ggf. weiteren Additiven rrtischt, den Sauerstoffträger zusetzt, die Mischung homogenisiert, granuliert und trocknet.

Nach einer anderen Durchführungsform des Verfahrens schmilzt man den Brennstoff, fügt den Sauerstoffträger und die AdJitive zu, homogenisiert und granuliert. £weckmä0ig setzt man einen flüchtige Anteile enthaltenden Brennstoff ein.

Letztlich betrifft die Erfindung auch die Verwendung Jer pyrotechnischen Ma we als Treibladung sowie gleichzeitig als Anfeuerungssatz wirkenden Zündsatz in Signalpatronen, bestehend aus einer Hülse mit Zündhütchen, einer Treibladung und einer pyrotechnischen Ladung mit Zünd- und Anfeuerungssatz, sowie einer Verdammung.

Vorzugsweise besteht die Verdammung aus einem in situ geschäumten Kunststoffpfropfen. Es kann ferner als äußeres Verschlußelement ein Kunstsloffküinpel vorgesehen sein. Die in der pyrotechnischen Masse enthaltenen Kohlenwasserstoffharze haben in der Seitenkette einen mehr oder weniger großen Anteil an Naphthenringen.

Diese Naphthenringe sind für den spröden Charakter verantwortlich, der im Gegensatz zu den verwandten Paraffinwachsen und linearen Polyolefinen sehr ausgeprägt ist und dazu führt, daß die Harzt.· leicht /u pulverisieren sind.

Somit ist es möglich, die Polymere sowohl als pulverigen Brennstoff als auch, wegti. ihres niedrigen Molekulargewichts von ca. 600 bis 1600, a« schmelzbaren Binder zu verwenden.

Vorteilhaft sind weiterhin die durch die apolare Natur der Polymeren bewirkte wasserabweisende Wirkung, sowie das Fehlen jeglicher reaktiver Gruppen. Beide Tatsachen zusammen verschaffen den erfindungsgemäßen pyrotechnischen Massen eine sehr gute chemische Stabilität.

Der Gewichtsanteil der Harze in der pyrotechnischen Masse beträgt 2 — 40%, vorzugsweise jedoch 2— 15%.

;o Bei Verwendung der Kohlenwasserstoffharze in pulverisierter Form kann es notwendig sein, in der Pyrotechnik an sich bekannte Binder mitzuverwenden. Geeignete wasserlösliche Binder sind Dextrin, Methylcellulose und Polyvinylpyrrolidon, alkohollösliche Binder wie z. B. Phenolharz-Novolake und Polyvinylacetat und selbsthärtende Binder, wie z. B. Polyurethane, Polysulfide, Polyester, Epoxidharze und Phenolharze.

Zur Moderierung der Abbrandeigenschaften lassen sich eine Reihe von an sich bekannten Zusätzen verwenden. Dazu gehören Abbrandkatalysatoren, wie Kupfer(I)-oxid, Kupferchromit und Eisen(HI)-oxid, Metallpulver z. B. aus Aluminium, Magnesium, Al-Mg-Legierungen und Titan.

Hochenergetische Zusätze, die zur Regulierung des

<5 Gasvolumens dienen, wenn die pyrotechnische Masse als Raketen-Treibsatz verwendet wird, sind ι. B.

Nitroguanidin, Triaminnguanidinnitrat und Polyvinylnitrat.

Weiterhin kann es notwendig sein, die Harzein einem geeigneten Lösemittel zu lösen und das Lösungsmittel nach der Einarbeitung der übrigen Bestandteile zu entfernen.

Schließlich läßt sich eine pyrotechnische Masse dadurch herstellen, daß man die Harze unter Mitverwendung von Weichmachern aus der Gruppe der Phthalate und Adipate aufschmilzt, die übrigen Bestandteile bei einer Temperatur, die unter der Entzündungstemperatur liegt, einmischt und aus der Schmelze vergießt oder granuliert.

Die Masse weist je nach Herstellungsverfahren eine mehr oder minder ausgeprägte Porosität auf, wodurch sich das Abbrennverhalten weitgehend beeinflussen läßt.

B e i s ρ i e I I

In einem Kneter wurden 72Og einer 50%igen alkoholischen Lösung eines handelsüblichen Phenolharz-Novolaks in 400 h eines feineeoulverten cvcloali-

phatischen Kohlcnwasscrstoffharzcs mit einem Molekulargewicht von etwa 1500 eingearbeitet.

Nach Homogenisierung wurden 2880 g Kaliumpcrchlorat sowie 40g Kupfer(l)oxid als Abbrandmoderator eingemischt. Die feuchte Masse wurde granuliert, getrocknet und auf eine Korngröße von 0,5— 1,6 mm abgesiebt.

Das so erhaltene Granulat wurde als Treibladungspulver in Leuchtpatronen CaI. 26,5 mm verladen. Es wurden entsprechende Patronen unter Verwendung herkömmlichen Kornschwarzpulvers hergestellt.

Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse eines Verglcichsbeschusses.

Abschußwinkel:	90"	Schwarzpulver	Sleigh'
Sterngewicht:	25 g	Ladung«.
Kaliber:		gewicht	70 m
Masse neu		0,8 g	98 m
26,5 mm	1.6 g	153 m
	3,0 g
l.adungs- Steighöhe
gewicht
0,8 g 114 m
1,0 g 136 m
1,2g 156m

Es zeigte sich, daß zum Erreichen gleicher Steighöhen wesentlich weniger des neuen Treibladungspulvers benötigt wurde.

In die im VergleichsbeschuQ benutzten Leuchtpistolen wurden nach je 15 Schuß Fallschirmpatronen mit einer Länge von 150 mm verladen.

Während die schwarzpulverbeschossene Pistole wegen der großen Verschmutzung nicht mehr zu laden war, ließ sich die Vergleichs-Pistole einwandfrei laden.

Beispiel 2

Die pyrotechnische Masse nach Beispiel I wurde auf Bariumnitrat-Magnesium-Leuchtsterne als Anfeuerung ohne Verwendung eines Zwischensatzes aufgepreßt. Parallel dazu wurden entsprechende Sterne mit

Ciiwai £pu!rci gcicl UgI.

suche ergaben, daß die Sterne vom Schwarzpulver nicht gezündet wurden, wohl aber von der neuen Anfeuerung. Die dadurch möglich werdende Einsparung des Zwischensatzes vereinfacht wesentlich die Fertigung.

Beispiel 3

Leuchtsterne herkömmlichen Aufbaus mit einem Natriumnitrat-Magnesium-Leuchtsatz, Zwischensatz und Schwarzpulveranfeuerung wurden mit Vergleichssternen, bei denen die pyrotechnische Masse gemäß Beispiel I direkt auf den Leuchtsatz aufgepreßt war, in einem Gefäß bei 90% rel. l.uflfeuchtc und 30"( eingelagert.

Die herkömmlichen Sterne zeigten bereits nach · Wochen starke Ausblühungen und /erfallscrscheinun

■) gen, während an den Vergleichss.jrncn keine Verände rungcn feststellbar waren.

B e i s ρ i e I 4

In einem beheizbaren Kneter wurden 140g eine!

ίο cycloaliphatischen Kohlenwasserstoffharzes mit einen Molekulargewicht von ca. I ^r>'K) und 60 g Dioctylphthala bei 120"C aufgeschmolzen. In die Schmelze wurder 200 g Strontiumnilrat und 600 g Kaliiimperchlora eingemischt.

ι- Die erhaltene Schmelze wurde in zylindrisch* Formen von 80 mm Durchmesser gegossen, wo si' unter Ausbildung von lunkerfreien Gußkörpern erstarr te.

Nach dem Entzünden brannte dir Masse mit einei

Abbrandgeschwindigkeit von 1 cm/min mit tiefrote Flamme. Die erfindungsgemäße pyrotechnische Masse kann somit zur Herstellung von pyrotechnische Lichtern, Fackeln. Notlichtern u. ä. dienen, wobei eir wesentlicher Vorteil ihre völlige Wasserbeständigkeil und mechanische Integrität ist.

Der Aufbau der Signalpatronc mit der crfindungsgc mäßen pyrotcchnischen Masse wird anhand de Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt die Patrone im Längsschnitt.

Die Hülse I der Patrone weist einen massiven Boden 2 mit einer Aussparung 3 für das Zündhütchen auf. Eine erfindungsgemäße Treibladung 4 ist in einem Kunst stoffnapf 5 untergebracht.

Über der Treibladung ist eine pyrotechnische Ladung

angeordnet. Sie besteht aus einem Behälter 6, z. B. au Aluminium, die den eigentlichen Stern 7 und einen gleichzeitig als Anfeuerungssatz dienenden Zündsalz enthält.

Im vorderen Teil der Patrone ist eine Verdammung

in Form eines in situ geschäumten Kunststoffpfropfen! vorgesehen und nach außen durch einen Kunststoff kumpei i0 abgeschlossen.

Die wasserabweisende Eigenschaften tragen mit zu bedeutend verlängerten Lagerfähigkeit der Patrone be Darüber hinaus bedeutet der Wegfall eines gesonderten Anfeuerungssatzes für die pyrotechnische Ladung, sowie das Einbringen des Zündsatzes durch Eingießen, Einspritzen oder Einstreichen aus einer Lösung ode Schmelze eine bemerkenswerte Vereinfachung dei Herstellung. Hinzu kommt die Möglichkeit der Ve: p dung eines einstückigen Behälters 6, ohne gesondert zu fertigenden und zu befestigenden Boden und Deckel.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pyrotechnische Masse, bestehend aus Brennstoff und Sauerstoffträger, insbesondere Perchlorat, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Brennstoff polymere und/oder copolymere cycloaliphatische Kohlenwasserstoffverbindungen, ggf. unter Zusatz von polymeren und/oder (»polymeren aromatischen KohlenwasserMoffverbindungen, enthält.

2. Pyrotechnische Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffverbindungen ein Molekulargewicht von 600 bis 1300 aufweisen.

J. Pyrotechnische Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoffe polymere Cyclopentadiene und/oder deren Copolymere mit Penten, Methylbuten, Isopren sind.

4. Pyrotecimische Masse nach Anspruch 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens 40% Perchlorate enthält.

5. Pyrotechnische Masse nach Anspruch I —4, dadurch gekennzeichnet, daß sie pyrotechnische Hilfsmi'.lel enthält.

6. Pyrotechnische Masse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie als pyrotechnisches Hilfsmittel polymerisierbare, härtbare oder thermoplastische Kunstharze enthält.

7. Pyrotechnische Masse' nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie porös ist.

8. Pyrotechnische Masse -<ach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, <£jß sie granuliert ist.

9. Verfahren zur Herstellu^ eines porösen, py rot ethnischen Granulats nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß man Brennstoff mit dem Lösungsmittel enthaltenden Binder und ggf. weiteren Additiven mischt, den Sauerstoffträger zusetzt, die Mischung homogenisiert, granuliert und trocknet.

10. Verfahren zur Herstellung eines Granulats nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Brennstoff schmilzt, den Sauerstoffträger und Additive zufügt, homogenisiert und granuliert.

11. Verfahren 2ur Herstellung eines Granulats nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man einen flüchtige Anteile enthaltenden Brennstoff einsetzt.

12. Verwendung einer pyrotechnischen Masse nach den Ansprüchen I - 11 als Treibladung sowie als gleichzeitig ais Anfeucrungssatz wirkenden Zündsatz in Signalpalronen.