DE2659539C1 - Verfahren zur Herstellung von Treibmittelkoerpern fuer huelsenlose Munition mit definierter Porositaet - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung von Porosität in einem Treibmittelkörper für hülsenlose Munition aus hochtemperaturbeständigem Treibmittel.

Aus der DE-PS 75 822 ist es bekannt, Nitrocellulosepulver zur Erhöhung der Verbrennungsgeschwindigkeit durch Zusatz von entfernbaren Füllstoffen, beispielsweise wasserlöslichen Metallnitraten, porös zu machen. Der Porositätsgrad ist hierbei direkt proportional der Menge des zugesetzten und wieder entfernten Stoffes. Die Extraktion der Füllstoffe findet jedoch nur statt, solange sich die Nitrocellulose in lösungsmittelfeuchtem gequollenen Zustand befindet.

Hülsenlose Treibladungen sind an sich bekannt; sie weisen den Vorteil des geringen Gewichtes auf und bei ihrer Herstellung fallen wegen des Fortfalles der metallischen Patronenhülse weniger Arbeitsgänge an als bei konventioneller Patronenmunition. Die Handhabung von hülsenlosen Treibladungen bietet aber insofern Schwierigkeiten, als der Treibmittelkörper leicht zerbricht und Krümel bildet. Außerdem besitzen sie eine nicht ausreichende Feuchtigkeitsbeständigkeit.

Zur Behebung dieser Nachteile wird in der DE-AS 17 96 283 ein Verfahren beschrieben, die erforderliche Festigkeit des Treibmittelkörpers dadurch zu erhöhen, daß man eine nasse und teigige, gegossene Treibladung auf Nitrosecellulosebasis mit einem Cellulosebindemittel versieht und anschließend erhärten läßt. Dabei wird durch Verdunsten von zugesetztem Wasser und/oder Lösungsmittel die Porosität im Treibmittelkörper erzielt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß alleine durch Verdunsten von Wasser und/oder Lösungsmitteln sowie trotz eventuell zugesetzter Füllstoffe durch die gleichzeitige Anwesenheit von Lösungsmitteln, die diese Füllstoffe lösen, die Einstellung einer definierten Porosität bei einem z. B. sich anschließenden Waschvorgang nicht möglich ist.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, sekundäre, feingemahlene Sprengstoffe mit einer hohen Selbstentzündungstemperatur (über etwa 200°C) zusammen mit phlegmatisierend wirkenden Bindemitteln als Treibladungspulver für hülsenlose Munition einzusetzen. Diese Sprengstoff/Bindemittelgemische können jedoch Nitrosecellulose-Treibladungsgemische als Treibladungspulver nicht ersetzen, da sie in keiner Weise die günstigen innenballistischen Abbrandeigenschafen von Nitrosecellulose-Treibladungsgemischen auch nur annähernd erreichen.

Diese Sprengstoff/Bindemittelgemische zeigen bei einem zu hohen Anteil des Bindemittels den Nachteil, daß der Abbrand infolge der phlegmatisierend wirkenden Wirkung des Bindemittels nahezu zum Erliegen kommt, so daß es zu keinem vernünftigen Druckaufbau im Patronenlager kommt. Ferner wirkt sich auch nachteilig die Tatsache aus, daß im Patronenlager und auch im Lauf der Waffe unannehmbare Mengen an unverbrannten Umsetzungsprodukten (z. B. Ruß) verbleiben, da der Heizwert und Sauerstoffwert des Treibmittels durch erhöhte Bindemittelmengen sehr stark gesenkt wird.

Es bestand nun die Aufgabe, Treibmitteln für hülsenlose Munition auf der Basis von sekundären Sprengstoffen und Bindemitteln einer erhöhte Porosität zu verleihen, diese Porosität gezielt erzeugen zu können und gleichzeitig die ballistischen Daten dieser Treibmittel zu verbessern.

In Erfüllung dieser Aufgabe wurde nun ein Verfahren zur Erhöhung der Porosität von Treibmitteln für hülsenlose Munition auf der Basis von sekundären Sprengmitteln und Bindemitteln gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man dem Treibladungsgemisch zusätzlich noch Füllstoffe einverleibt, die nach der Formgebung herausgelöst werden.

Es sind zwar aus der DE-OS 24 58 877 auch schon Formkörper aus sekundärem Sprengstoff und Bindemitteln bekannt, die eine erhöhte Porosität und damit einen beschleunigten Abbrand aufweisen. Die Erzeugung der Poren erfolgt dort jedoch vor der Herstellung des Formkörpers durch Aufschäumen und anschließendes Verfestigen des Bindemittels, während im vorliegenden Fall die Porenbildung nach der Herstellung und Verfestigung der Treibmittelkörper durch Herauslösen löslicher Salze durchgeführt wird.

Überraschenderweise besitzen solche erfindungsgemäß hergestellten Treibmittelkörper eine für hülsenlose Munition ausreichende Festigkeit und ballistische Eigenschaften, die den nicht porös gemachten Treibmittelkörpern überlegen sind.

Im Gegensatz zu den in der DE-AS 17 96 283 genannten Nitrocellulose-Treibmittelkörpern liegen die vorliegenden Treibmittelkörper nicht in einem gequollenen Zustand vor, der noch Lösungsmittel enthält, sondern enthalten ein inniges, lösungsmittelfreies Gemisch aus festem Treibmittel, Füllstoffen und Bindemittel, wobei das Bindemittel alle Festteilchen miteinander verklebt. Es war demzufolge nicht zu erwarten, daß aus diesem innigen Gemisch nur die Füllstoffe herausgelöst werden, während das Treibmittel zusammen mit dem Bindemittel den festen Zusammenhalt bewahrt.

Zu den erfindungsgemäß als Treibmittel einsetzbaren Sprengstoffen zählen beispielsweise organische Nitroverbindungen, die sich von einkernigen Aromaten ableiten oder Nitramine. Als nitrierte einkernige Aromaten seien beispielsweise die Di- und Triamino-Verbindungen des symmetrischen Trinitrobenzols, sowie deren Acylierungsprodukte, z. B. 2,2′, 4,4′, 6,6′-Hexanitrooxanilid oder 2,2′, 4,4′, 6,6′-Hexanitro-N,N′-diphenylharnstoff. Auch nitrierte Aromaten, die über ein oder mehrere Kohlenstoffatome oder über Schwefel-, Sauerstoff- oder Stickstoffatome miteinander verbunden sind, sollen unter den Nitroverbindungen einkerniger Aromaten verstanden werden. Beispiele für solche Verbindungen sind Nitrierungsprodukte von Diphenyl, Stilben, Diphenyloxyd, Diphenylsulfid, -sulfon und Diphenylamin. Hierzu gehören auch durch Pikrylreste substituierte Heterocylcen wie Thiophen, Triazin oder Pyrimidin, nitrierte Heterocyclen wie 1,3,6,8-Tetranitrocarbazol, Tetranitroacridon, ferner Verbindungen wie 3,3′-Azo-bis-(2,2′, 4,4′, 6,6′-hexanitrodiphenyl), 3,3′-Diamino-2,2′, 4,4′, 6,6′-hexanitrodiphenyl und 1,3-Bis(2,4,6-trinitrophenylamino)-2,4,6-trinitrobenzol oder Tetranitrodibenzo-1,3a, 4,6a-tetraazapentalen.

Zu den als zweiten Gruppe der im Sinne der Erfindung einsetzbaren Treibmittel genannten Nitraminen zählen insbesondere 3,3′-Bis- (methylnitramino)-2,2′, 4,4′, 6,6′-hexanitrodiphenyl, Trinitro- 2,4,6-phenylmethylnitramin (Tetryl) und Oktogen. Bevorzugt wird Oktogen eingesetzt.

Als Bindemittel werden im Treibmittel zweckmäßig thermoplastische Polymere fein verteil wie Polymere auf der Basis Polyvinylacetal, wobei als Aldehyde gemäß der Erfindung niedere aliphatische Aldehyde mit einer Kohlenstoffzahl von 1 bis 6, insbesondere Butyraldehyde, eingesetzt werden. Es eignen sich aber auch Polyurethane, Polyester, Polyvinylalkohole oder Poly (meth)-acrylate. Das Verhältnis der Treibmittel zu den Bindemitteln liegt im allgemeinen zwischen 98 : 2 und 60 : 40, bevorzugt zwischen 86 : 14 und 78 : 22.

Die Verteilung von Thermoplasten als Bindemittel im Treibmittelpulver kann mechanisch oder bevorzugt mittels eines Lösungsmittels vorgenommen werden; im letzteren Fall ist eine gleichmäßige Umhüllung des Treibmittelkornes durch das Bindemittel gewährleistet. Anschließend an den Mischvorgang erfolgt die Formgebung und/oder Verdichtung zu den festen Treibmittelkörpern.

Es können aber auch bifunktionelle Monomere als Bindemittel eingesetzt werden. Mit diesen Bindemitteln erfolgt während des Mischens mit dem Treibladungspulver eine radikalisch ausgelöste Vernetzung oder eine Kondensation mit dem Treibladungspulver, die zu einem festen Gefüge des Treibmittelkörpers führt.

Als Füllstoffe können beliebige Zusätze verwendet werden, sofern sie eine ausreichende mechanische Stabilität besitzen, thermisch stabil sind und in einem Lösungsmittel löslich sind, das Treibmittel und Binder nicht wesentlich angreift. Die thermische Stabilität ist deshalb notwendig, weil bei Anwendung von Thermoplasten als Bindemittel die Verarbeitung des Treibmittels bei erhöhter Temperatur erfolgt.

Füllstoffe, die diese Bedingungen erfüllen, sind beispielsweise anorganische Verbindungen, insbesondere Salze, z. B. Halogenide, Nitrate oder Acetate der Alkali-, Erdalkalimetalle und des Ammoniums, Sulfate der Alkalimetalle und des Ammoniums, sowie Carbonate der Alkalimetalle. Ferner können als organische Verbindungen z. B. Salze quartärer Ammoniumverbindungen eingesetzt werden, die der allgemeinen Formel (R¹, R², R³, R⁴) NX entsprechen, wobei R¹, R², R³ und R⁴ für Wasserstoff, Alkyl- oder Arylreste stehen, X=Halogen, NO₃′, SO₄′′ oder bei R¹=R²= R²=R⁴=H ein organischer Carbonsäurerest, wie z. B. Acetat oder Benzoat bedeuten kann.

Als bevorzugter Füllstoff sei KNO₃ genannt.

Die genannten Füllstoffe zeichnen sich durch ihre Löslichkeit in Wasser aus, das somit auch das bevorzugte und allgemein anwendbare Eluens ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch anwendbar bei wasserunlöslichen Zusätzen, wobei jedoch Treibmittel und Binder in dem verwendeten Eluens unlöslich sein müssen.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Treibmittelkörper erfolgt im allgemeinen in der Weise, daß Treibmittel, Binder und Füllstoffe in feiner Verteilung durch Sieben oder in einem inerten Lösungsmittel z. B. Benzin, vermischt werden. Anschließend wird das Gemisch, gegebenenfalls nach einer vorgangegangenen Filtration, getrocknet und daraufhin zu Treibmittelkörpern verformt. Die Verformung zu den gewünschten Formkörpern erfolgt im allgemeinen durch Pressen, wobei der Preßdruck, je nach verwendetem Bindemittel, zwischen 0,39 und 3,9 · 10⁸ N/m² betragen soll. Die Anwendung eines zu niedrigen Druckes führt gelegentlich zu Verarbeitungsschwierigkeiten, während ein hoher Druck ein festes Gefüge und ein optimales ballistisches Ergebnis nach Herauslösen des Füllstoffes bewirkt.

Im Gegensatz zu den Treibmitteln auf Nitrocellulosebasis kann die Preßtemperatur bis zu 150°C betragen; auch diese Temperatur ist von dem verwendeten Bindemittel abhängig; es ist auch ein Pressen bei Raumtemperatur möglich.

Die Forgebung kann außer durch Pressen auch noch z. B. durch Extrudieren erfolgen.

Die Korngröße und die Menge der Füllstoffe kann in weiten Bereichen schwanken. Je größer die Menge der Füllstoffe ist, um so größer wird die Porosität. Weiterhin läßt sich die Größe der Pore durch die eingesetzten Korngrößen der Füllstoffe beeinflussen: Je größer das Korn der Füllstoffe, um so größer werden die Poren.

Der Vergleich mit nicht porös gemachten Treibmitteln zeigt, daß nach dieser Behandlung die unvollständige Verbrennung des Treibmittels, die zu Rückständen im Patronenlager führt, verhindert wird.

Beispiele 1 bis 5

Treibmittel, Binder und Füllstoffe werden nach einer gegebenenfalls notwendigen Verkleinerung mechanisch - oder unter Zuhilfenahme eines inerten Lösungsmittels, wie z. B. eines aliphatischen Kohlenwasserstoffes - innig vermischt; anschließend wird das Gemisch bei Verwendung eines Lösungsmittels von diesem durch Filtration oder Verdampfen befreit und nach dem Trocknen bei erhöhter Temperatur verpreßt. Wird ohne Verwendung eines Lösungsmittels gemischt, kann das Verpressen direkt nach dem Mischen erfolgen. Das Verpressen erfolgt in einem Preßwerkzeug, das auf 100°C erwärmt ist. Das Treibmittel-Binder-Füllstoffgemisch wird darin 10 bis 30 s lang einem Druck von 1,18 bis 1,76 N/m² ausgesetzt.

Anschließend wird der Füllstoff durch eine 48stündige Behandlung mit fließendem Wasser von 35°C aus dem Treibmittelkörper herausgelöst.

Die ballistischen Daten einer hülsenlosen Munition, die ein auf diese Weise hergestelltes Treibmittel enthält, sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt. Das in dieser Tabelle genannte α-Oktogen besaß eine mittlere Korngröße von 15 µm.

Das Beispiel 5 ist ein Vergleichsbeispiel, während die anderen Beispiele erfindungsgemäße Beispiele sind. Die ballistischen Daten zeigen, daß die erfindungsgemäße Herstellung immer bessere Ergebnisse liefert als das Vergleichsbeispiel, selbst wenn die Korngrößen des Füllmittels (Beispiel 1 bis 3) oder die Menge des Füllstoffs (Beispiel 4) variiert werden. In allen Beispielen verbrannten die porös gemachten Treibmittelkörper sauber, während in Beispiel 5 unverbrannte Treibmittelreste das Patronenlager verschmutzten.

Wenn anstelle von α-Oktogen andere, oben genannte Sprengstoffe eingesetzt werden, erzielt man analoge Ergebnisse.

Beispiel 6

87 Gew.-Teile Dipikrylsulfon werden mit 13 Gew.-Teilen Polyvinylbutyral (mit Weichmacher) und 4 Gew.-Teilen KNO₃ einer Kornfraktion <10<200 µm vermischt und bei einem Druck von 1,76 · 10⁸ N/m² und einer Temperatur von 100°C bei einer Preßdauer von 30 s verpreßt. Die Preßlinge wurden anschließend 48 Stunden lang durch fließendes Wasser mit einer Temperatur von 35°C vom Kaliumnitrat befreit. Die Beschußergebnisse zeigen einen maximalen Druck von 4115 bar, eine Schußzeit von 2,00 ms und eine Geschoßgeschwindigkeit nach 5 m von 805 ms^-1.

Beispiel 7

Analog wie in Beispiel 5 werden 87 Gew.-Teile 2,4,6,2′, 4′, 6′- hexanitrodiphenyläther mit 13 Gew.-Teilen Polyvinylbutyral (mit Weichmacher) und 4 Gew.-Teilen KNO₃ vermischt, bei einem Druck von 1,76 · 10⁸ n/m² und einer Temperatur von 100°C zu Treibmittelkörpern verpreßt. Nach dem Verpressen wird das Kaliumnitrat durch warmes Wasser herausgelöst. Eine mit einem solchermaßen hergestellten Treibmittelkörper versehene hülsenlose Munition zeigte im Beschuß einen P_max von 1878 bar und eine Geschoßgeschwindigkeit von 409 ms^-1s.

Zu Vergleichszwecken für die Beispiele 6 und 7 wurden auf vollkommen analoger Art Treibmittelkörper ohne Zusatz des Kaliumnitrats hergestellt. Das nach der Formgebung notwendige Wässern wurde selbstverständlich nicht durchgeführt. Die mit diesen Treibmittelkörpern hergestellte hülsenlose Munition zeigte eine völlig unzureichende Geschoßgeschwindigkeit, die in manchen Fällen das Geschoß noch nicht einmal aus dem Lauf der Waffe vollständig hinausförderte. Der Maximaldruck lag in beiden Fällen etwa bei 400 bar.

Claims (5)

1. Verfahren zur Erhöhung der Porosität von Treibmitteln für hülsenlose Munition auf der Basis von sekundären Sprengstoffen und Bindemitteln, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Treibladungsgemisch zusätzlich noch Füllstoffe einverleibt, die nach der Formgebung herausgelöst werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoffe anorganische Salze eingesetzt werden.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganische Salze Nitrate der Alkali- oder Erdalkalimetalle eingesetzt werden.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Treibmittelgemisch, eingesetzt werden.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel Wasser verwendet wird.