DE2628081B2

DE2628081B2 - Verfahren zur Herstellung eines Feueranzünders

Info

Publication number: DE2628081B2
Application number: DE19762628081
Authority: DE
Inventors: Ronald W. Albany Oreg. Griffin (V.St.A.)
Original assignee: Teledyne Industries Inc
Current assignee: TDY Industries LLC
Priority date: 1976-06-23
Filing date: 1976-06-23
Publication date: 1980-12-04
Also published as: DE2628081C3; DE2628081A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Feueranzünders.

Eine große Anzahl von Feueranzündern wird seit Jahren für Haushaltszwecke und dergleichen angeboten, um Holz, Hobkohle und andere Materialien zu entzünden. Dabei handelt es sich um verschiedene Materialien, z. B. entflammbare Chemikalien in flüssiger Form oder in Tablettenform, Gemische von Holzteilchen oder Staubteilchen mit verschiedenen Harzen, Wachskerzen und verschiedene halbfeste Verbindungen, die in Tuben verkauft werden. Trotz der großen Vielzahl von derzeit verfügbaren Feueranzündern besteht immer noch ein Bedürfnis nach einem Feueranzünder, der dazu imstande ist, verbrennbare Materialien, die schwierig zu entzünden sind, wie z. B. nasses Holz, Holzkohle und andere Materialien mit einer hohen Spontan-Entzündungstemperatur, wirksam zu entflammen.

Die meisten bekannten Feueranzünder haben einen oder mehrere der folgenden Nachteile:

(a) schwieriges Entzünden,

(b) gefährliches und instabiles Verhalten aufgrund einer hohen Entflammbarkeit oder einer niedrigen Spontan-Entzündungstemperatur,

(c) niedrige Brenntemperatur,

(d) kurze Brenndauer oder

(e) großes Volumen, was cien Transport und die Lagerung erschwert.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen wirksamen Feueranzünder zu schaffen, der alle erwünschten Eigenschaften hat, nämlich eine geringe Größe, ein geringes Gewicht, eine leichte Entzündbar-

s keit, jedoch bei einer hohen Spontan-Entzündungstemperatur, um eine zufällige Selbstentzündung zu vermeiden, eine lange Brennzeit, eine hohe Brenntemperatur und niedrige Kosten. Es wurde nunmehr gefunden, daß Teilchen aus Titan-,

ίο Zirkonium- und Hafniumschwamm - ein poröses Material, das in einer Zwischenstufe der Raffinierung dieser Materialien entsteht — zu einem vorzüglichen Feueranzünder verarbeitet werden können, wenn man sie zu einem Formkörper verdichtet

Solche Formkörper besitzen überraschenderweise pyrophore Eigenschaften, da sie leicht durch eine Flamme oder eine andere Wärmequelle entzündet werden können, aber trotzdem eine genügend hohe Spontan-Entzündungstemperatur besitzen, daß die Gefahr einer zufälligen Selbstentzündung vermieden wird. Weiterhin besitzen solche Formkörper eine niedrige Brenngeschwindigkeit und daher eine lange Brennzeit Außerdem ist die Brenntemperatur sehr hoch. Es wurde festgestellt, daß ein kleines 30-g-Pellet mit einem Durchmesser von 2£4 cm, das aus Zirkoniumschwamm teilchen und einem Druck von 142MPa hergestellt worden ist eine Spontan-Entzündungstemperatur von etwa 343° C, unmittelbar nach dem Entzünden eine maximale Brenntemperatur von etwa 1427° C, eine Brennzeit von mehr als 45 min und eine relativ konstante Brenntemperatur während des größten Teils der Brennzeit von etwa 816°C hat.

Diese Eigenschaften sind deshalb überraschend, weil von Titan und Zirkonium bekannt ist daß sie in Pulverform pyrophore Eigenschaften besitzen. Es ist daher schon angeregt worden, diese Metalle als Initialzünder für Blitzlampen und für Munition zu verwenden. Solche Metallpulver konnten aber nicht als Feueranzünder verwendet werden, weil Feueranzünder Brennzeiten von mehreren Minuten erfordern und weil solche Metallpulver dazu neigen, blitzartig zu verbrennen. Weiterhin machen ihre niedrigen Selbstentzündungstemperaturen sie für Feueranzünder ungeeignet Zwar eignet sich der erfindungsgemäß hergestellte

ν-, Feueranzünder in erster Linie für Haushaltszwecke, wo es darauf ankommt Holz, Holzkohle und andere Brennmaterialien zu entzünden, aber diese Feueranzünder können auch für andere Zwecke verwendet werden, wo ein langer und heißbrennender Feueranzünder

Yt wichtig ist wie z. B. bei Brandbomben «nd bestimmten Munitionsarten.

Di-; Ausgangsmaterialien für das erfindungsgemäße Verfahren sind Titan-, Zirkonium' und Hafniumschwamm. Wie bereits erwähnt, fallen solche Schwäm- me in einer Zwischenstufe beim Raffinieren der reinen Metalle aus den Erzen an. Zirkonium wird beispielsweise aus Zirkon (Zirkoniumsilikat ZrSiO₄) und Baddeleyit (Zirkoniumoxid, ZrO₂) hergestellt. Zirkon wird üblicherwebe aus bestimmten Arten von Seesand gewonnen.

μ Zur Raffinierung des Zirkoniums kann das bekannte Kroll-Verfahren angewendet werden. Bei diesen Verfahren wird Zirkon durch eine Flüssigkeitsextraktion in Zirkoniumoxid umgewandelt, welches dann in Zirkoniumchlorid (ZrCU) umgewandelt wird, welches schließ-

h^r> lieh mittels geschmolzenem Magnesium reduziert wird. Dabei entsteht der Zirkoniumschwamm.

Die Verwendung von Zirkoniumschwamm beim erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise von Zirkoniumschwamm niedriger Reinheit ausgegangen. Diese Schwammart brennt heißer und entzündet sich rascher als reiner Zirkoniumschwamm.

Roher Zirkoniumschwamm kann die verschiedensten Verunreinigungen enthalten. Eine typische Analyse von rohem Zirkoniumschwamm ist in der Folge angegeben.

Tabelle I Chemische Analyse von rohem Zirkoniumschwamm.

Pb

Si Ti U Cl P O

weniger als 50 ppm

97 ppm

29 ppm

0,60 ppm

1350 ppm

42 ppm

0,33%

Bei dem weiter oben genannten Herstellungsverüihren fällt der Metallschwamm meistens in verhältnismä ßig großen Klumpen an. Diese können beim erfindungsgemäßen Verfahren zerkleinert werden. Eine Ausgangsgröße der Metallschwammteilchen von 0,018 bis cm wird bevorzugt

Bei einer Versuchsreihe wurden Pellets mit einem Durchmesser von 2^5 cm und mit einem Gewicht von g durch Pressen unter einem Druck von 143 MPa aus Titan-, Zirkonium oder Hafniumschwammteilchen verschiedener Teilchengröße hergestellt. Diese Produkte wurden auf die Entzündungseigenschaften und die Brennzeit untersucht Die Ergebnisse dieser Versuchsreihe sind in Tabelle 2 zusammengestellt

Vergleich der Entzündungs- und Brenneigenschaften von verschiedenen gemäß der Erfindung hergestellten Feueranzündern

C	500 ppm
N	0,20%
Hf	28 ppm
Cb	weniger als 100 ppm
Ta	weniger als 200 ppm
Fe	4240 ppm
Cr	235 ppm
Ni	weniger.^Is 35 ppm
Al	206 ppm
Mg	650 ppm
Tabelle	II

Beispiel	Größe der Pellets	Teilchen größe	Material der Teilchen
I	2^4 cm 0 30 g	0,64 cm	?^:;koniumschwamm
2	2^4 cm 0 30g	0,32 cm	Zirkoniumschwamm
3	2,54 cm 0 30 g	0,33 cm	Zirkoniumschwamm
4	2,54 cm 0 30 g	0,84 cm	Zirkoniumschwamm
5	2,54 cm 0 30 g	0,33 cm	50% Zirkoniumschwamm, 50% Titanschwamm
6	2,54 cm 0 30 g	0,33 cm	25% Zirkoniumschwamm, 75% Titanschwamm
7	2,54 cm 0 30 g	0,33 cm	50% Zirkoniumschwamm, 50% llafniumschwamm
8	2,54 cm 0 30 g	0,33 cm	Titanschwamm
9	2,54 cm 0 30 g	0,33 cm	I lafniiini schwamm

Gute Entzündung, jedoch kurze Brennzeit Gute Entzündung, gute Brennzeit Gute Entzündung, lange Brermieit

Gute Entzündung, jedoch war die Brennzeit nicht so lange wie bei dem Zirkoniumschwamm mit 0,33 cm

Die Entzündung war nicht so gut wie bei 100% Zirkoniumschwamm. Die Brennzeit war geringer als bei 100% Zirkoniumschwamm

Schwierig zu entzünden. Die Brenntemperatur war nicht so hoch wie bei 100% Zirkoniun.schwamm. Die Brennzeil war nicht so groß wie bei 100% Zirkoniumschwamm

Entzündung so gut wie bei 100% Zirkoniumschwamm. Ungefähr die gleiche Brennzeit und Brenntemperatur wie bei 100% Zirkoniumschwainm

Schwierig zu entzünden. Brenntemperatur nicht so hoch wie bei Zirkoniumschwamm. Brennzeit nur die Hälfte wie bei Zirkoniumschwamm. Jedoch war das Verhalten immer noch zufriedenstellend

Gute Entzündung, gute Brenntemperatur, gute Brennzeit, vergleichbar Zirkoniumschwamm mit 0.33 cm

Beim Testen von Pellets verschiedener Größe, die aus Schwammteilchen verschiedener Größe hergestellt worden waren, wurde gefunden, daß die Größe der Teilchen umso kleiner sein sollte, je kleiner die hergestellten Pellets sind. Die Größe der Pellets beeinflußte weder die maximale Brenntemperatur noch ihre mittlere Brenntemperatur. Je größer die Pellets waren, desto länger war ihre Brennzeit, was nicht überraschend war. Pellets aus Zirkoniumschwamm mit 30 g und emem Durchmesser von 2M cm brannten je nach der Ausgangsteilchengröße 45 min bis 2 h. Pellets von !Og Gewicht und mit einem Durchmesser von 13 cn·., die aus Zirkoniumschwammteilchen vergleichbarer Größe hergestellt worden waren, brannten je nach der Teilchengröße nur 20 min oder weniger.

In der folgenden Tabelle IH ist der empfohlene Bereich von Teilchengröße!; für die Metallschwamiviteilchen zur Herstellung von Feueranzündern verschiedener Größe angegeben.

10

Tabelle III

Empfohlener Bereich für Schwammteilchengrößen und Verdichtungsdrücke für verdichtete Produkte mit variierenden Größen

Beispiel Größe des verdichteten Produkts

1 0 0,3 cm oder KaAtenlänge 0,3 cm

2 0 1,3 cm oder Kanlenlänge 1,3 cm

3 0 1,9 cm oder Kantenlänge 1,9 cm

4 0 24 cm oder Kantenlänge 2,5 cm

5 0 3,8 cm oder Kantenlänge 3,8 cm

Große der	Verdichtungs
Schwammteilchen	druck
	MP?
0,084 cm bis 0,198 cm	43 bis 142
0,084 cm bis 0,198 cm	71 bis 178
0,198 cm bis 0,333 cm	142 bis 286
0,i98 cm bis 0,475 cm	142 bis 286
0,198 cm bis 1,586 cm	178 bis 427

Es wurde gefunden, daß die maximale Größe der Zirkoniumschwammteilchen, die einen Feueranzünder ergab, der beim Brennen vollständig durchoxidierte, annähernd 04 cm betrug. Größere Schwammteilchen, J5 beispielsweise Teilchen mit einer Größe von 1,9 cm, ergaben zwar brennbare Produkte, die aber weniger lang brannten und auch schwieriger zu entzünden waren.

40

Tabelle IV

Zur Untersuchung der Brenntemperatur in Abhängigkeit von der Brenndauer wurden Feueranzünder aus Zirkonium unter einem Verdichtungsdruck von 143 MPa hergestellt Der Durchmesser der Feueranzünder war 2,54 cm. Die Ausgangsgröße der Schwammteilchen war 0,3 cm bis 0,08 cm.

50

Zeit nach der spontanen Entzündung Temperatur s C

0 22 60 120 180 240
300
360 420 480 540
600
660

418

1538

1482

1002

824

780

780

799

821

835

849

857

860

Zeit nach der spontanen Entzündung Temperatur s C"

860 856 860 840

In der folgenden Tabelle V sind die Ergebnisse von verdichteten Zirkoniumschwammprodukten mit einem Gewicht von 30 g, die aus Schwammteilchen mit verschiedener Größe hergestellt worden sind, zusammengestellt

Tabelle V

Länge der Brennzeit von verdichteten Zirkoniumschwammprodukten mit einem Gewicht von 30 g, hergestellt aus Teilchen verschiedener Teilchengröße

Beispiel

55

Größe der Schwammleilchen	Brennzeit
cm	min
0,05	123
0,20	80
0,30	51
0,41	32
OJl	29

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Brennzeit des verdichteten Produkts umso größer ist je kleiner die Größe der Ausgangsschwammteilchen ist.

In der folgenden Tabelle Vl sind weitere pyrophore Eigenschaften d«:7 in Tabelle V getesteten verdichteten Zirkoniumschwammprodukte mit einem Gewicht von 30 g angegeben.

Tabelle VI

Pyrophorc FigenschaHen von Zirkoniunischwiimmncllels

UeispiVI	(iinltc der Sclm.iniiiilcilclien	Spoiiun- l-.nl/i'iiuliinjis- Ic in pe γ.ιϊ ti r	I emper;iliii iinmillelli.ir nah tier I iil/iiiuhiiu'.	I Cnipcriitur 10 min midi der I iil/iiiuliinii
	cm	(	(	(
I	0.05	1X2	1377	(i60
2	0.2(1	210	1454	5>)<)
>	0.3(1	2X2	1454	(i4<>
4	0.41	316	1343	54 3
S	0.05	343	1354	5⁽)3

Im allgemeinen wurde festgestellt, daß weder die Größe des verdichteten Produkts noch die Größe der Ausgangsschwamimeilchen die Anfangsbrenn temperatur noch die spiitere Brenntemperatur wesentlich beeinflußten. Jedoch beeinflußte die Teilchengröße beträchtlich die Spontan-F.ntzündiingstcmperaUir. Je kleiner die Teilchengröße ist. desto niedriger ist die Spontan-Entzündungstemperatur.

Bei den meisten der vorstehenden Versuche wurde ein Pellet mit einem Gewicht von 30 g verwendet, das einen Durchmesser von ungefähr 2.5 cm und eine Höhe von ungefähr 1,3 cm aufwies. Der Verdichtungsdruck war 143 MPa. Ein solches Pellet erwies sich als ideal für das Zünden von Hol/ und Holzkohle im nassen oder trockenen Zustand. Das Pellet brennt 45 min oder langer, wenn eine Kenngröße von 0.3 cm oder weniger verwendet *urdc. Fs zeigte eine hohe, aber nicht übermäßig hohe Spontan-Entzünclungstemperatur von ungefähr 'i\b bis 343¹C. Es erreichte eine Maximaltemperatur von etwa 1427"C. Es brannte während des größten Teils der anschließenden Brennzeit mit einer Temperatur von 538 bis 816"C.

Die gemäß der Erfindung hergestellten Formkörper können /. B. durch eine offene Flamme gezündet werden. Zur Erleichterung der Zündung kann man in den Formkörper eine brennbare Substanz einarbeiten. Beispielsweise kann man den fertigen Formkörper mit einer brennbaren Substanz imprägnieren oder eine solche brennbare Substanz vor dem Verdichten mit den Meiallschwammteilchen mischen. Eine brauchbare brennbare Substanz ist ein Wachs oder ein Harz.

Das Einarbeiten von Wachs kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man gepreßte Pellets in heißes flüssiges Wachs taucht. Die Pellets sind ausreichend porös, daß sie das flüssige Wachs in den Poren absorbieren. Wenn die Pellets aus dem Wachsbad herausgenommen und auf Raumtemperatur abgekühlt werden, dann verfestigt sich das Wachs, und die Pellets werden auf diese Weise dauerhaft mit Wachs imprägniert. Durch diese Maßnahme wird auch iIlt Zusammenhalt der Pellets verbessert.

Das verwendete brennbare Material sollte eine niedrigere Spontan-Entzündungstemperatur als das verdichtete Pellet aufweisen, damit die Zündung des Pellets erleichtert wird.

Bei einer anderen Verfahrensweise zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Feueranzünders schütte: man lose Metalki'hwammteilchen direkt in heißes flüssiges Wachs. Das erhaltene Gemisch wird dann verdichtet. Dies kann beispielsweise in Papierbechern geschehen. Man kann ein solches Gemisch auch aus einem Extruder auspressen. Das kontinuierlich extrudierte Material wird dann in kürzere Pcliets zerschnitten.

Die erhaltenen Pellets können mit einer brennbaren Substanz, wie z. B. mit Wachspapier umhüllt werden, um das Anzünden mittels eines Zündholzes zu erleichtern. Vorzugsweise sollte eine solche Umhüllung auch wasserfest sein, insbesondere dann, wenn der Feueranzünder im Freien verwendet werden soll.

Hafniumschwamm hat ähnliche Brenncigcnschaften wie Zirkoniumschwamm. Jedoch hat Titanschwamm eine kürzere mittlere Brennzeit als Zirkoniumschwamm, eine niedrigere Brenntemperatur und eine höhere Entzündungstemperatur. Aus Titanschwamm hergestellte Feueranzünder sind jedoch ebenfalls sehr biauchbar, wenn für die Entzündung entsprechend höhere Temperaturen zur Verfügung stehen. Zirkoniumschwamm wird gegenüber Hafniumschwamm bevorzugt, und zwar in erster Linie wegen des geringeren Preises.

Für geeignete Anwendungen kann ein erfindungsgemäß hergestellter Feueranzünder auch mit einer Detonationseinrichtung versehen werden. Dies gilt insbesondere, wenn der Feueranzünder für militärische Zwecke verwendet werden soll.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Feueranzünders, dadurch gekennzeichnet, daß man Teilchen aus Titan-, Zirkonium- oder Hafniummetallschwamm zu einem Formkörper verdichtet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Metallschwammteilchen mit einer Größe von 0,018 bis 1305 cm verwendet

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Verdichtungsdruck von mindestens etwa 43 MPa verwendet

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Formkörper eine brennbare Substanz einarbeitet

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Formkörper mit einer brennbaren Substanz imprägniert

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die brennbare Substanz vor dem Verdichten mit den Metallschwammteilchen vermischt

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als brennbare Substanz ein Wachs oder ein Harz verwendet

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper mit einer brennbaren Substanz umhüllt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Umhüllung ein Wachspapier verwendet wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden -Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper mit einer Detonationseinrichtung versehen wird.