DE2756259B2 - Einstückige Pulver-Treiblandung, ihre Herstellung und Verwendung - Google Patents

Einstückige Pulver-Treiblandung, ihre Herstellung und Verwendung

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Description

CH2-CH2O-C-O-CH2-CH=CH2
O 0
CH2-CH2O-C-O-CH2-CH=CH2
als organisches Carbonat.
10. Verfahren zur Herstellung der Treibladungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
(a) Imprägnieren von Körnern aus Nitrocellulosepulver mit dem Plastifizierungs- und Gelatinierungf.mittel durch Verkneten der Körner mit dem in geringer Menge von höchstens 7 Gew-%, bezogen auf die Nitrocellulose, eingesetzten Plastifizierungs- und Gelatinierungsmittel bis zu dessen vollständiger Absorption durch die Nitrocellulosepulver-Körner, ohne daß es jedoch zur Agglomeration der Körner kommt;
(b) Stabilisierung der so imprägnierten Pulverkörner durch Belassen bei Umgebungstemperatur während einer Zeit von einem bis zu mehreren 10 Tagen, wobei die Körner gegebenenfalls einige Tage nach der Imprägnierung gesiebt und graphitiert werden, wobei die Stabilisierungsphase bei Verwendung eines Diisocyanats
als Plastifizierungs- und Gelatinierungsmittel einige 10 Tage nicht überschreiten darf und vorzugsweise 2 bis 3 Tage beträgt, während die Stabilisierungsphase bei Verwendung eines Polyesters als Plastifizierungs- und Gelatinierungsmittel voizugsweise mehrere 10 Tage beträgt;
(c) Einfüllen der so stabilisierten Pulverkörner in eine auf einer Tempratur von 70 bis 95° C und vorzugsweise etwa 80° C gehaltene Form, Vorheizen und anschließendes Komprimieren der Körner bei einem Druck von 120 bis 1000 bar und vorzugsweise 300 bis 500 bar bei dieser Temperatur, Abkühlen und Endformen der so erhaltenen einstöckigen Treibladung sowie gegebenenfalls
(d) Nacherhitzen der Treibladung.
11. Verwendung der Treibladungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in oder zur Herstellung von Munition für Waffen kleiner oder mittlerer Kaliber.
Die Erfindung betrifft einstückige Pulver-Treibladungen, die aus miteinander agglomerierten Nitrocellulose-Pulverkörnern bestehen und die ballistischen Eigenschaften einer kornförmigen Ladung aufweisen, sowie ihre Herstellung und Verwendung.
Kornförmige Ladungen aus Nitrocellulosepulvern werden üblicherweise in Munitionen für Waffen kleiner und mittlerer Kaliber verwendet.
Es wurde bereits angegeben, derartige Ladungen durch Agglomerieren der Nitrocelulose-Pulverkörner durch Komprimieren zu kleinen Blöcken mit Hilfe eines inerten, hitzehärtbaren Bindemittels wie beispielsweise Polyurethan zu verbessern, um die Menge des in einem gegebenen Volumen der Ladung eingebrachten energieliefernden Materials zu erhöhen und gegebenenfalls die Verwendung eines Mantelrohrs oder einer Kartusche für die Munition vermeiden zu können, die beim Einsatz von Ladungen mit diskretem Einzelkörnern erforderlich sind.
Die Verwendung eines hitzehärtbaren Bindemittels bringt allerdings folgende Schwierigkeiten bei der Herstellung und der Lagerung mit sich:
in die Form muß eine konstante Masse des pastosen Materials eingebracht werden, das das Gemisch aus Pulver und Bindemittel darstellt, wobei die geringste Gewichtsabweichung zu einer Veränderung der mit dem als Endprodukt erhaltenen Block erzielbaren ballistischen Eigenschaften führt; die Dimensionsstabilität des so erhaltenen Blocks erweist sich unter kritischen Temperaturbedingungen, unter denen Anwendung und Lagerung des Blocks erfolgen, als nur unzureichend. Die Dimensionsbeständigkeitseigenschaften besitzen ferner einen großen Einfluß auf die ballistischen Eigenschaften, wobei die Dimensionsstabilität mit einem hitzehärtbaren Bindemittel nur schlecht ist.
Hinzu kommt in Fällen, in denen ein kurzer Kompressionszyklus angestrebt ist, daß die Topfzeit hitzehärtbarer Bindemittel bei 20° C nur kurz ist, was ihre technische Brauchbarkeit sehr einschränkt
Aus der DE-AS 22 45 510 sind explosive Treibmassen auf Nitrocellulosebasis für hüllenlose explosive Treibladungen bekannt, die 10 bis 30 Gew.-°/o niedriger
nitrierte Nitrocellulose enthalten und mit einem brisanten Sprengstoff wie Bleistyphnat gezündet werden. Bei der Herstellung der Treibladungen werden die Treibmassen unter sehr hohen Drucken von 2110 bis 4920 bar verpreßt
Es wurde ferner bereits angegeben, Körner aus Nitrocellulosepulver mit Nitroglycerin zu agglomerieren, das ein energetisches Plastifizierungsmittel für Nitrocellulose darstellt; die verwendete Menge Nitroglycerin ist allerdings mit 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf die Nitrocellulose, sehr hoch. Es ist ferner bekannt, daß Nitroglycerin eine Starke Tendenz zum Ausschwitzen aus derartigen Blöcken zeigt, d. h. dazu neigt, vom Inneren des Blocks an dessen Oberfläche zu diffundieren. Dieser als Ausschwitzen bezeichnete Vorgang führt nicht nur zu einer Modifizierung der Zusammensetzung an bestimmten Punkten des Blocks und damit zu einer Störung seiner ballistischen Eigenschaften; die kleinsten, an der Oberfläche des Blocks durch Ausschwitzen auftretenden Nitroglycerintröpfchen führen außerdem zum Risiko einer Detonation bei der geringsten Stoßbelastung. Nitroglycerin enthaltende Pulver sind ferner zu stark, zu zündkräftig und zu erosiv.
Der Erfindung leigt die Aufgabe zugrunde, eine einstückige Pulver-Treibladung und ihre Herstellung und Verwendung anzugeben, die aus miteinander agglomerierten Körnern aus Nitrocellulosepulver besteht, die ballistischen Eigenschaften einer kernförmigen Ladung aufweist, und die genannten Nachteile vermeidet.
Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.
Die Körner aus Nitrocellulosepulver sind erfindungsgemäß mit Hilfe eines Plastifizierungsmittels miteinander agglomeriert, das ein bei einer Temperatur von 800C oder darunter flüssiges Gelatinierungsmittel für Nitrocellulose darstellt, wobei das Plastifizierungs- und Gelatinierungsmittel in einer Menge von höchstens 7 Gew.-%, bezogen auf die Nitrocellulose, vorliegt.
Das erfindungsgemäße Plastifiziu-rungs- und Gelatinierungsmittel besitzt neben der Eigenschaft der Plastifizierung von Nitrocellulose bei normaler Temperatur ferner die Eigenschaft, die geordnete Struktur der Nitrocellulose bei über der Umgebungstemperatur liegenden Temperaturen von etwa 40 bis etwa 100° C in irreversibler Weise zum Verschwinden zu bringen.
Das erfindungsgemäße Plastifizierungs- und Gelatinierungsmittel kann im einzelnen aus folgenden Substanzen oder Gemischen dieser Substanzen bestehen:
(a) Glycerinester niedrigen Molekulargewichts, insbesondere Glycerinacetat, Glycerindiacetat oder Glycerintriacetat (auch als Monoacetin, Diacetin bzw. Triacetin bezeichnet);
(b) Polyester aus kurzkettigen Alkoholen, die freie Hydroxylgruppen aufweisen, mit einem Molekulargewicht unter 1500, insbesondere Polydipate und Polysuccinate von kurzkettigen Alkoholen;
(c) organische Carbonate, insbesondere das Allyl-diäthylenglycol-carbonat der Formel
CH1-CH2O-C-O-CH2-CH=CH2
/ " Il
ο ο
CH2-CH2O-C-O-CH2-CH=CH2
Il ο
und
(d) aliphatische Diisocyanate mit Isocyanat-Endgruppen, insbesondere Hexamethylendiisocyanat
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung der einstückigen Treibladungen aus mit einem Plastifizierungsmittel und Gelatinierungsmittei für Nitrocellulose agglomerierten Körner aus Nitrocellulosepulver, das folgende Schritte umfaßt:
ίο (a) Imprägnieren von Körnern aus Nitrocellulosepulver mit dem Plastifizierungs- und Gelatinierungsmittel durch Verkneten der Körner mit dem in geringer Menge von höchstens 7 Gew.-%, bezogen auf die Nitrocellulose, eingesetzten Plastifizierungs- und Gelatinierungsmittel bis zu dessen vollständiger Absorption durch die Nitrocellulosepulver-Körner, ohne daß es jedoch zur Agglomerisation der Körner kommt;
(b) Stabilisierung der so imprägnierten Pulverkörner durch Belassen bei Umgebungstemperatur während einer Zeit von einem bis zu mehrern 10 Tagen, wobei die Körner gegebenenfalls einige Tage nach der Imprägnierung gesiebt und graphitiert werden, wobei die Stabilisierungsphase bei Verwendung eines Diisocyanats als Plastifizierungs- und Gelaiinierungsmittel einige 10 Tage nicht überschreiten darf und vorzugsweise 2 bis 3 Tage beträgt, während die Stabilisierungsphase bei Verwendung eines Polyesters als Plastifizierungs- und Gelatinie-
Jo rungsmittel vorzugsweise mehrere 10 Tage beträgt;
(c) Einfüllen der so stabilisierten Pulverkörner in eine auf einer Temperatur von 70 bis 95° C und vorzugsweise etwa 8O0C gehaltene Form, Vorhei-
Jj zen und anschließendes Komprimieren der Körner
bei einem Druck von 120 bis 1000 bar und vorzugsweise 300 bis 500 bar bei dieser Temperatur, Abkühlen und Entfernen der so erhaltenen einstückigen Treibladung sowie gegebenenfalls
(d) Nacherhitzen der Treibladung.
Durch den Erfindungsgegenstand werden zahlreiche Vorteile erreicht:
— Die Agglomerisation der Körner aus Nitrocellulosepulver mit einem Plastifizierungsmittel, das gegenüber der Nitrocellulose als Gelatinierungsmittel wirkt und in einer Menge von höchstens 7 Gew.-%, bezogen auf die Nitrocellulosemenge, eingesetzt wird, erlaubt die Erzielung von einstückigen Treibladungen, die praktisch das Energiepotential der Ausgangs-Nitrocellulose aufweisen.
Wenn so von einem Nitrocellulosepulver mit einem Stickstoffgehalt von 13,2% und einem Potential von 4,1868 kj/kg ausgegangen wird, werden erfindungsgemäß kompakte Ladungen mit einem Potential erhalten, das 3,977 kj/kg erreichen kann, ohne daß es hierfür erforderlich ist, den Ladungen ein energielieferndes Mittel wie insbesondere Nitroglycerin zuzusetzen.
Im Gegensatz dazu wird bei Verwendung des Plastifizierungs- und Gelatinierungsmittels in einer Menge über 7 Gew.-%, bezogen auf das Nitrocellulosegewicht, ein bedeutender Abfall des Potentials festgestellt. So überschreitet das Potential der mit 20% Triacetin erhaltenen einsiückigen Ladung uen Wert von 2,512 kj/kg nicht.
Darüber hinaus ist die mit einem Gehalt an Plastifizierungsmittel bis höchstens 7% hergestellte
Ladung brüchig und verbrennt augenblicklich wie ein aus unabhängigen Einzelteilchen bestehendes Pulver. Bei einem Gehalt über 7% zerfällt die Ladung entsprechend der Erhöhung des Gehalts an Plastifizierungsmittel immer schlechter, wobei sie schließlich fortschreitend entsprechend einer Flammenfront abbrennt Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß der Block bei Erhöhung des Gehalts an Plastifizierungsmittel insbesondere über 7% schlecht bricht und auf Zielscheiben aus Karton die Anwesenheit großer Löcher festzustellen ist die von groben, unverbrannten Teilchen herrühren, woraus ersichtlich ist daß der Block nur schlecht zerfällt und wie ein kompakter Block und nicht mehr wie eine aus Einzelteilchen bestehende Ladung zu brennen beginnt
Die Topfzeit der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen ist gegenüber der von Granulaten aus Nitrocellulosepulvern, die mit einem hitzehärtbaren Harz gemischt sind, erheblich verbessert, da diese Granulate nach Imprägnieren mit dem Plastifizierungs- und Gelatinierungsmittel über lange Zeit bei Umgebungstemperatur gelagert werden können, bevor die Phase des Vorerhitzens und Komprimierens vorgenommen wird.
— Da erfindungsgemäß ein zusätzliches energielieferndes Mittel eingesetzt wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren ferner weniger gefährlich und erlaubt die Anwendung höherer Agglomerationsdrucke.
— Die mit dem Plastifizierungs- und Gelatinierungsmittel imprägnierten erfindungsgemäßen Körner aus Nitrocellulosepulver sind zudem bei der Agglomerationsbehandlung trocken, was ihre Handhabung insbesondere bei der Einwaage der Chargen und beim Füllen der Formen erleichtert. Im Gegensatz dazu sind die Pulverkörner beim herkömmlichen Verfahren zur Agglomeration von Pulver mit Nitroglycerin klebrig und nur schwierig handzuhaben.
— Die erfindungsgemäßen einstückigen Ladungen sind ferner im Verlauf der Verbrennung zerbrechlich und daher progressiver als übliche Ladungen in loser Schüttung, was bedeutet, daß die erfindungsgemäßen Ladungen bei einem gegebenen maximalen Druck eine zeitlich erheblich konstantere Gaserzeugungskinetik als herkömmliche Ladungen aufweisen.
— Die erfindungsgemäßen einstückigen Ladungen enthalten außerdem im Vergleich zu Ladungen in loser Schüttung eine erheblich höhere Menge an energielieferndem Material pro Volumeinheit.
— Die erfindungsgemäßen einstückigen Ladungen weisen schließlich eine erheblich bessere thermische Dimensionsstabilität als Ladung auf, die mit einem Bindemittel auf der Basis eines hitzehärtbaren Harzes erhalten werden.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert.
B e i s ρ i e 1 1 M
Als Ausgangspulver dient ein Pulver mit Körnern aus nicht geglätteter und nicht graphitierter Nitrocellulose mit einem Stickstoffgehalt von 13,2%, einem Gehalt von 1% Diphenylamin als Stabilisierungsmittel und 0,3% K2SO4 als Mündungsfeuerdämpfer. b5
Die Körner weisen die Form von Röhrchen von 1,15 mm Außendurchmesser, 0,15 mm Innendurchmesser und 1,3 mm Länge auf.
Kneten
In einen Kneter werden das oben definierte Nitrocellulosepulver und portionsweise in kleinen Mengen Triacetin in einer Menge von 3,5 Gew.-%, bezogen auf die Menge des Nitrocellulosepulvers, eingebracht; danach wird bis zur vollständigen Absorption des Triacetins durch die Körner des Nitrocellulosepulvers geknetet Bei Beendigung des Knetens müssen die Pulverkörner noch gut voneinander getrennt vorliegen und nicht zu Aggregaten agglomeriert sein.
Sieben
Das mit Triacetin imprägnierte Pulver wird 24 h nach dem Kneten zur Abtrennung eventuell vorhandener Aggregate durch ein Sieb mit quadratischen Maschen von 2 mm lichter Weite gesiebt
Graphitierung
Das mit Triacetin imprägnierte und gesiebte Pulver wird anschließend graphitiert Die Graphitierung dient zur Erleichterung des gegenseitigen Aneinandergieitens der Pulverkörner sowie zur Sicherstellung der Reproduzierbarkeit der Ladung in der Form und damit der Reproduzierbarkeit der ballistischen Eigenschaften.
Stabilisierung
Nach dem Graphitieren wird das Pulver 3 Tage bei Umgebungstemperatur stehengelassen, wodurch die Körner nicht mehr klebrig, sondern völlig trocken sind.
Einbringen in die Form
r> Es wird eine herkömmliche Form mit zylindrischem, röhrenförmigem Körper, zwei beweglichen Stempeln, die den Boden und den Deckel der Form bilden, und einem zentralen Kern verwendet, dessen Enden in axialen Ausnehmungen der Stempel gelagert sind. Die
4(i Verschiebung der Stempel erfolgt durch Schraubenantrieb.
Das Erhitzen der Form sowie ihre Abkühlung erfolgen durch einen Heiz- bzw. Kühlkreislauf mit einer Flüssigkeit.
4r> Die Form wird durch Innenbehandlung von Formkörper, Stempeln und Kern mit einem Entformungsmittel vorbehandelt.
Danach werden 65 g mit Triacetin imprägniertes und wie oben beschrieben stabilisiertes Nitrocellulosepulver abgewogen und in die Form eingebracht, die danach 15 min mit dem Heizflüssigkeitskreislauf auf 8O0C vorerhitzt wird. Das Pulver wird anschließend bei 8O0C 15 min unter einem Druck von 500 bar gepreßt.
55 Abkühlen, Entformen und Nacherhitzen
Der noch unter Druck stehende Block wird durch Inbetriebnahme des Kühlflüssigkeitskreislaufs abgekühlt und danach entformt, worauf er 48 h auf etwa 70° C nacherhitzt wird.
Auf diese Weise wird schließlich ein Hohlzylinderblock mit einem Gewicht von 65 g erhalten, der sich für Munitionen vom Kaliber 30 mm eignet.
Nach dem Einsetzen dieses Blocks in eine Metallhülse vom Kaliber 30 mm mit einer Granate von 236 g und Abschießen mit einem elektrischen Zünder und 1,5 g Zusatzpulver im Mittelkanal des Blocks wurden folgende Ergebnisse erhalten, wobei das Zusatzpulver
zur Zündung des Blocks und Initiierung seines Zerfalls diente:
Anzahl der Schüsse:
Mittlerer Maximaldruck:
Geschwindigkeit, gemessen
in einem Abstand von 25 m
von der Rohrmündung:
3108 bar (gemessen mit
piezoelektrischem
Aufnehmer)
869 m/s
Das Potential des erfindungsgemäßen, zu einem Block agglomerierten Pulvers betrug ferner 3,977 kj/kg gegenüber 4,1868 kj/kg für das aus Einzelkörnern bestehende Ausgangspulver.
Zu Vergleichzwecken wurden die obigen Untersuchungen auch am als Ausgangsmaterial eingesetzten, aus Einzelkörnern bestehenden Nitrocellulosepulver durchgeführt, das als Munition eingesetzt und unter Verwendung der gleichen Elemente wie oben (Projektil, Zünder, Hülse, die aufgrund des Volumverlusts in den Zwischenräumen der Schüttung nur 52 g des aus diskreten Partikeln bestehenden Pulvers enthält) abgeschossen wurde; dabei wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Mittlere1" Maximaldruck:
Geschwindigkeit, gemessen
in 25 m Abstand von
der Rohrmündung:
3000 bar (gemessen mit
piezoelektrischem
Aufnehmer)
790 m/s
20
Beispiel 2
Als Ausgangspulver wird ein nicht geglättetes, jedoch graphitiertes Pulver aus Nitroceiiulosekörnern mit einem Stickstoffgehalt von 13,2% und 1% Diphenylamin als Stabilisierungsmittel eingesetzt.
Die Körner stellen Rörchen von 1,22 mm Länge,
0,82 mm Außendurchmesser und 0,17 mm Innendurchmesser dar.
Es wird wie in Beispiel 1 verfahren, wobei jedoch nun.nehr 5 Gew.-% Diacetin, bezogen auf das Gewicht das Nitrocellulosepulvers, verwendet werden.
Nach der oben angegebenen Verfahrensweise wird schließlich ein zylindrischer Hohlblock von 65 g Gewicht erhalten, der sich für Munition vom Kaliber 30 mm eignet.
Nach dem Erhitzen in eine Metallhülse vom Kaliber 30 mm mit einer Granate von 236 g und Abschießen mit einem elektrischen Zünder sowie 0,3 g Zusatzpulver im Mittelkanal des Blocks wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Mittlerer Maximaldruck:
Geschwindigkeit, gemessen
in einem Abstand von
25 m von der
Rohrmündung:
2830 bar (gemessen mit
piezoelektrischem
Aufnehmer)
846 m/s
Das Potential des zu einem Block agglomerierten Pulvers betrug ferner 3,894 kj/kg.
Beispiele 3 bis 5
Die Beispiele betreffen die Herstellung erfindungsgemäßer Blöcke mit verschiedenen Plastifizierungsmitteln.
Als Ausgangspulver wird das in Beispiel 2 beschriebene Nitrocellulosepulver eingesetzt.
Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren mit dem Unterschied, daß nicht gesiebt wurde.
Auf diese Weise wurden zylindrische Vollblöcke von 30 mm Durchmesser hergestellt.
Die Eigenschaften der erhaltenen Blöcke der jeweiligen Beispiele gehen aus der nachstehenden Tabelle hervor:
Beispiel
Plastifizierungsmittel
Gehalt an Plastifizierungs mittel inGew.-70 des Pulvers Zur Blockherstellung verwendete Masse
handelsübliches Glycol-polyadipat Allyl-diäthylenglycol-carbonat
Hexamethylendiisocyanat
ClI-MlO < O -- CH — C H = C H:
( Ii (H OC O- (II. - C H= CII..
O
20
20
65
Stabil isierungszeit
(Tage)
15
3
3
Länge des
Zylinders
(mm)
23 23
75
Die erfindungsgemäßen Treibladungen besitzen praktisch das gleiche Energiepotential wie die als Ausgangsmaterial eingesetzte Nitrocellulose; darüber hinaus zerfallen und brennen die erfindungsgemäßen Treibladungen augenblicklich wie ein aus Einzelkörnern bestehendes Pulver.

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Einstückige Pulver-Treibladung aus miteinander agglomerierten Körnern von Nitrocellulosepulver, die die ballistischen Eigenschaften einer kornförmigen Ladung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Körner des Nitrocellulosepulvers mit einem bei Temperaturen <80°C flüssigen Plastifizierungs- und Gelatinierungsmitttel für Nitrocellulose in einer Menge von < 7Gew.-°/o, bezogen auf das Nitrocellulosegewicht, agglomeriert sind.
2. Treibladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Piastifizierungs- und Gelatinierungsmittel ein Glycerinester niederen Molekulargewichts ist.
3. Treibladung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Monoacetin, Diacetin und/oder Triacetin als Glycerinester.
4. Treibladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plastifizierungs- und Gelatinierungsmittel ein Polyester eines kurzkettigen Alkohols mit freien Hydroxylgruppen und einem Molekulargewicht unter 1500 ist.
5. Treibladung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Polyadipate und/oder Polysuccinate als Polyester.
6. Treibladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plastifizierungs- und Gelatinierungsmittel ein aliphatisches Diisocyanat mit endständigen Isocyanatgruppen ist.
7. Treibladung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Hexamethylendiisocyanat als Diisocyanat.
8. Treibladung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plastifizierungs- und Gelatinierungsmittel ein organisches Carbonat ist.
9. Treibladung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Allyl-diäthylenglycol-carbonat der Formel
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